Innowacyjne powłoki zabezpieczają strukturę pokładu śmigłowca
Wszystkie statki powietrzne są produkowane zgodnie z coraz surowszymi wymaganiami dotyczącymi ich masy. Mniejsza masa oznacza mniejsze zużycie paliwa, co przekłada się na oszczędności i niższą emisję CO2. Korpusy statków powietrznych są obecnie wykonywane z kompozytu zbrojonego włóknem węglowym i polimerową osłoną (CFRP). Materiał ten ogólnie nadaje się do produkcji ram statków powietrznych, ale są części, których nie wolno z niego wytwarzać. Pokład silników helikoptera to znajdująca się ponad kabiną platforma, na której spoczywają silniki. Pokład ten zazwyczaj ma dwa przedziały, jeden na każdy silnik. Przedziały są oddzielone ścianką ogniotrwałą, stanowiącą fizyczną barierę pomiędzy silnikami, której zadaniem jest powstrzymanie przeniesienia się ognia z jednego silnika na drugi. Ścianki ogniotrwałe mogą być narażone na działanie ekstremalnie wysokich temperatur, dlatego też nie można ich wykonywać z CFRP, gdyż materiał ten uległby natychmiastowemu zapłonowi. Z tego też powodu ścianki ogniotrwałe nadal wykonuje się z metalu, mimo że jest on materiałem zdecydowanie cięższym.
Pierwszy ogniotrwały CFRP
Rozwiązaniem idealnym byłaby zatem ścianka ogniotrwała wykonana z CFRP. Mając to na uwadze, uczestnicy unijnego projektu HEFESTO (finansowanego w ramach wspólnego przedsięwzięcia CS) opracowali materiał, z którego można wykonywać pokłady silnikowe i ścianki ogniotrwałe. Gonzalo Garcia Fuentes, koordynator projektu, wyjaśnia: „Opracowaliśmy lekki laminat, którym można pokryć strukturę wykonaną z CFRP. Laminat ten charakteryzuje się stopniem ogniotrwałości zalecanym przez normę przemysłu lotniczego i kosmicznego ISO 2685”. Poza zapewnianiem bezpośredniej ochrony przed ogniem powłoka ta sprawia, że temperatura pokrytego nią CFRP nigdy nie przekroczy 120 °C. Dlatego też w razie wybuchu pożaru materiał utrzyma swoje właściwości strukturalne na tyle długo, by statek powietrzny zdołał bezpiecznie wylądować. Produkcja laminatu nie jest droga i wykorzystuje dostępne na rynku materiały. Połączenie laminatu i CFRP może prowadzić, zgodnie z najlepszym studium przypadku, do oszczędności masy śmigłowca na poziomie 10–20 % w stosunku do rozwiązań z metalowymi ściankami ogniotrwałymi.
Testy nowej metody nakładania
Zespół opracował także nowy proces inżynieryjny nakładania laminatów na prototypy ścianek ogniotrwałych wykonanych z CFRP. Metoda ta pozwala nakładać laminat na ścianki ogniotrwałe o skomplikowanych kształtach, w tym także w narożach i na złączach oraz wokół mocowania lub innych elementów przechodzących przez ściankę. Równolegle do opracowania materiału i metod jego nakładania naukowcy zaproponowali także nowe struktury statków powietrznych i wprowadzili innowacje w zakresie montażu dostosowane do możliwości nowych materiałów. Ubocznym efektem ich działań było uproszczenie montażu części i elementów mocujących do struktury kadłuba. Połączenie nowego projektu i materiałów nie zapewnia kompatybilności wstecznej do istniejących maszyn. Dlatego też wprowadzone zmiany pojawią się w statkach powietrznych nowej generacji, przewidzianych do wprowadzenia na rynek za 4 do 5 lat. Powłoki z laminatu można teoretycznie stosować na dowolnych strukturach CFRP stosowanych w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Uczeni przetestowali zmiany zgodnie ze ścisłymi wymogami normy ISO 2685. Norma ta wymaga, między innymi, aby struktura statku powietrznego była w stanie wytrzymać uszkodzenia wywołane zapłonem paliwa na bazie nafty przy jednoczesnych silnych drganiach mechanicznych. Po pomyślnym zakończeniu testów produktowi przyznano 5–6 poziom gotowości technologicznej, co oznacza, że udało się dowieść słuszności tej koncepcji. Teraz zespół projektu HEFESTO zajmie się wskazaniem wszelkich potencjalnych słabych punktów zastosowanego podejścia i w razie potrzeby wprowadzi w nim odpowiednie zmiany. Garcia Fuentes dodaje: „Jednocześnie sprawdzamy możliwości w zakresie opatentowania wyników naszej pracy i oceniamy różne modele jej wykorzystania”. Wynikiem prac będą pokłady silnikowe oraz ścianki ogniotrwałe wykonane z lekkiego CFRP, który spełnia wymogi branżowej normy dotyczącej ogniotrwałości. Dzięki temu przyszłe helikoptery będą charakteryzować się znacznie bardziej wydajnym zużyciem paliwa.
Słowa kluczowe
HEFESTO, ścianka ogniotrwała, CFRP, powłoka, helikopter, laminat, ogniotrwały, oszczędność masy, kompozyt zbrojony włóknem węglowym i polimerową osłoną
