Innowacyjne konstrukcje kadłuba do bezpiecznych i ekologicznych samolotów
Aeronautyka jest ważnym składnikiem aktywów przyszłej Europy, jednak branża ta stoi obecnie przed wyzwaniem polegającym na zwiększeniu przystępności, poziomu bezpieczeństwa, czystości oraz obniżeniu poziomu hałasu samolotów. Jednocześnie musi ona być gotowa na zaspokojenie zapotrzebowania, które prawdopodobnie potroi się w ciągu najbliższych 20 lat. Wyzwania tego podjął się zespół inicjatywy WASIS (Composite fuselage section wafer design approach for safety increasing in worst case situations and joints minimizing), projektując nową konstrukcję kadłuba przy uwzględnieniu wielu funkcji pozwalających na oszczędność kosztów. Ogólnym celem badaczy było opracowanie sztywniejszego kadłuba poprzez zastąpienie konwencjonalnych konstrukcji aluminiowych całkowicie kompozytową konstrukcją siatkową. Zespół projektu pracował nad kompozytową konstrukcją kadłuba opartą na koncepcji usztywnienia siatki (płytki), która optymalizuje właściwości geometryczne i masowe stref przejścia złączy konstrukcyjnych kadłuba. Specjalnie zaprojektowane elementy łączące (półpętle i mikroszpilki) umożliwiają rozluźnienie konstrukcji. W rezultacie jedynie włókna powierzchniowe kadłuba są cięte, podczas gdy żebra siatki pozostają nieprzerwane. Poza zapewnianiem większej niezawodności złączy i zapobieganiem marnowaniu drogich materiałów kompozytowych, mikroszpilki usprawniają także przenoszenie obciążenia z metali na kompozyty. Projektowanie innowacyjnej sekcji kadłuba połączono z wysoce wydajną technologią nawijania włókien w celu obniżenia kosztów i czasu produkcji. Testy wirtualne zmniejszyły liczbę niezbędnych prototypów, przynosząc dodatkową oszczędność materiału. Zaprojektowano specjalne oprzyrządowanie, aby w pełni zautomatyzować złożony proces wytwórstwa. Poszycie, żebra i wbudowane elementy łączące wyprodukowano w ramach pojedynczego procesu, tworząc jednoczęściowy kadłub. Naukowcy dokonali także oceny bezpieczeństwa polimeru wzmacnianego włóknem węglowym za pomocą symulacji i testów prowadzonych już od pierwszych etapów projektowania, aby zagwarantować, że konstrukcja lepiej stawi opór ładunkom przypadkowym. Ponadto zbadano także zachowanie wibro-akustyczne. Projekt WASIS oferuje wyjątkową szansę na połączenie nowoczesnych materiałów kompozytowych ze wytwarzaniem zautomatyzowanym, wspólnie pozwalając uzyskać silniejsze a jednocześnie lżejsze kadłuby samolotów. Przyczyni się to do zmniejszania zużycia paliwa i ograniczania strat produkcyjnych. Nowe konstrukcje ułatwią także realizację napraw. Te innowacyjne działania przyczynią się do pobudzenia przemysłu europejskiego.
Słowa kluczowe
Kadłub, samolot, materiały kompozytowe, konstrukcje siatkowe, projektowanie płytkowe, nawijanie włókien Konstrukcje usztywniane siatką
