Nowe rozwiązanie w zakresie badań zaawansowanych materiałów na potrzeby lotnictwa
Sektor lotniczy, który jest odpowiedzialny za 2 % ogółu światowych emisji CO2 musi pracować nad zmniejszeniem swojego śladu węglowego. Prace mogą rozpocząć się od samego płatowca. „Im cięższy samolot, tym wyższe jest jego zużycie paliwa”, mówi Alfonso Carpio Rovira, kierownik programu badań i rozwoju w spółce Applus Laboratories(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Kadłub odpowiada za 20-30 % całkowitej masy samolotu, zatem jego odchudzenie może przyczynić się do zmniejszenia zużycia paliwa, a tym samym emisji dwutlenku węgla”. O jak dużych oszczędnościach mowa? Według niektórych szacunków, płatowce wykonane ze stopów glinu i litu (Al-Li) mogą być lżejsze nawet o 10 %, czego skutkiem będzie zmniejszenie spalania o 20 %. Aby pomóc projektantom samolotów wykorzystać możliwości w zakresie obniżenia emisji dwutlenku węgla dzięki ograniczeniu masy płatowca, spółki Applus i Athena(odnośnik otworzy się w nowym oknie) skorzystały ze wsparcia finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu DEMONSTRATE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w celu oceny wytrzymałości strukturalnej dwóch nowatorskich konstrukcji płatowców ze stopów glinu i litu oraz z tworzywa termoplastycznego.
Zaawansowane metody symulacji i testowania
Biorąc pod uwagę fakt, że konstrukcja płatowca ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa samolotu, każdy jej element musi przejść rygorystyczne testy. To właśnie na tym skupia się projekt DEMONSTRATE. „Naszym celem była weryfikacja integralności strukturalnej paneli kadłuba przy użyciu zaawansowanych metod symulacji i testowania w połączeniu z danymi zgromadzonymi w ramach doświadczeń”, wyjaśnia Carpio Rovira. Pierwszym krokiem w tym kierunku było opracowanie niezbędnej technologii, w tym wirtualnych metod badawczych pozwalających na określenie warunków granicznych oraz obciążeniowych usztywnionych paneli. „Zapewnienie prawidłowych warunków granicznych w elastycznym narzędziu zapewniającym duży zakres swobody okazało się dużo większym wyzwaniem niż oczekiwano”, dodaje Carpio Rovira. Aby pokonać tę potencjalną przeszkodę, przedstawiciele spółki Athena opracowali realistyczny model oparty na metodzie elementów skończonych (MES), pozwalający na przewidywanie zachowania i dostarczanie wytycznych pozwalających na projektowanie narzędzi. Inne kluczowe technologie obejmują szeroki asortyment technik pomiarowych i zaawansowane metody symulacji.
Pełnowymiarowe stanowisko testowe
Opracowane technologie zostały następnie połączone w ramach pełnowymiarowego stanowiska testowego charakteryzującego się innowacyjnością, przystępną ceną i łatwością dostosowania. Stanowisko to zostało następnie wykorzystane do przeprowadzenia zoptymalizowanych testów paneli kompozytowych i metalowych. Badacze wykorzystali je do przeprowadzenia testów statycznych zaawansowanych zakrzywionych paneli metalowych i termoplastycznych w pełnej skali, zbliżonej do wymiarów elementów poszycia typowego pasażerskiego samolotu odrzutowego. Stanowisko posłużyło także do przeprowadzenia badań wytrzymałościowych integralnie usztywnionego panelu AI-Li czwartej generacji w rzeczywistych warunkach.
Obopólne korzyści
Na podstawie przeprowadzonych testów badacze ustalili, że nowe metody testowania i narzędzia mogą skrócić czas i obniżyć koszty weryfikacji rozwiązań o połowę. „To bardzo ważna kwestia dla zespołu Applus – możliwość skrócenia czasu i redukcji kosztów naszych usług bez poświęcania dokładności zwiększy konkurencyjność naszych testów i przyczyni się do szybszego wprowadzenia tych ważnych materiałów na rynek”, wyjaśnia Carpio Rovira. Działania w ramach projektu przyniosły także szereg korzyści zespołowi spółki Athena, który planuje dalszy rozwój swoich modeli MES w celu wykorzystania w środowisku akademickim i przemyśle. „Uzyskanie dużej ilości danych przy użyciu dokładnej cyfrowej korelacji obrazów toruje drogę do zestawiania doświadczeń z modelami MES”, dodaje George Lampeas, przedstawiciel spółki Athena. „Może to pozwolić na dokładniejszą weryfikację tych ostatnich, jednocześnie poprawiając ich niezawodność, a tym samym użyteczność w środowiskach przemysłowych”.
