211service.com
Złożony problem Boeinga
Boeing mówi, że to 787 Dreamliner – średniej wielkości, oszczędny odrzutowiec pasażerski, który jest obecnie opracowywany – będzie pierwszym samolotem komercyjnym, w którym główne elementy konstrukcyjne są wykonane z materiałów kompozytowych, a nie ze stopów aluminium. Oczekuje się, że zmiany zmniejszą wagę podzespołów o 20 procent, znacznie zwiększając wydajność paliwową.
Modlitwa i skrzydło: Przedprodukcyjny egzemplarz Boeinga 787 został zaprezentowany w zeszłym roku, ale części jego skrzynki (powyżej) – główna struktura każdego skrzydła – uległy wyboczeniu w testach wytrzymałościowych. Konstrukcja, wykonana z materiałów kompozytowych, mierzy ponad 15 metrów na 5 metrów i waży 55 000 funtów, łącznie ze sprzętem testowym i instrumentami. Firma usztywnia tę wersję, modyfikując projekt przyszłych skrzynek skrzydłowych.
Takie materiały kompozytowe – warstwy supermocnych włókien węglowych i żywic epoksydowych – są od dawna używane w samolotach wojskowych, gdzie pieniądze rzadko są przedmiotem, oraz w samolotach komercyjnych do produkcji takich części, jak ramy bagażników. Jednak Boeing uczy się, jak twarde mogą być kompozyty do efektywnej analizy i ekonomicznej budowy dla komercyjnych struktur odrzutowych. Firma musiała opóźnić wprowadzenie 787, ponieważ elementy wykonanego z kompozytów skrzydła – głównej konstrukcji wewnątrz każdego skrzydła – uległy wyboczeniu w testach wytrzymałościowych.
Skrzydło zaczyna się mniej więcej w środku samolotu i rozciąga się na około dwie trzecie rozpiętości skrzydeł. Ten kluczowy element – ponad 15 metrów długości i 5 metrów szerokości – został zaprojektowany i zbudowany przez Boeinga wraz z Mitsubishi Heavy Industries oraz Fuji Heavy Industries , w Japonii. Pat Shanahan , wiceprezes programu 787, powiedział podczas telekonferencji w zeszłym tygodniu, że testy strukturalne wykazały potrzebę usztywnienia elementów w centropłatu.
Poprawka wymaga dodania nowych wsporników i innych części do już zbudowanych skrzynek, a także zmodyfikowania konstrukcji skrzynek jeszcze nie zbudowanych. Modernizacje istniejących skrzynek będą ingerować w ścieżki okablowania, pogłębiając problemy. Tak więc Boeing przesuwa termin dostawy 787 o około sześć miesięcy, z pierwszego kwartału do trzeciego kwartału 2009 roku.
Problem z kompozytami nie polega na tym, że nie są one mocne; to dlatego, że są tak złożone wewnętrznie. Składają się z warstw zorientowanych w różnych kierunkach; te warstwy z kolei są wykonane z pojedynczych włókien, które mogą się nieco różnić składem. Utrudnia to inżynierom dokładne naśladowanie ich wydajności w modelach komputerowych do testów przedprodukcyjnych.
Materiały kompozytowe są trudniejsze do analizy niż proste metale jednorodne, mówi Jana Hansmana , dyrektor Międzynarodowe Centrum Transportu Lotniczego , w MIT. Generalnie nie modelujesz każdego włókna w strukturze, więc wymyślasz modele, które mają uproszczenia.
Co więcej, mówi, kompozyty umożliwiają inżynierom tworzenie niestandardowych kształtów, ale te niestandardowe kształty komplikują i tak już trudny problem modelowania. Masz o wiele więcej opcji projektowych, które mogą być zarówno mocną, jak i słabą stroną. Jest o wiele więcej rzeczy, które mogę zrobić z materiałami kompozytowymi – dodać siłę w określonych miejscach, odjąć ją – ale masz kombinacje zarówno geometrii, jak i szczególnego ułożenia materiałów kompozytowych, które są unikalne.
Testy naprężeń mechanicznych Boeinga rozpoczynają się od reprezentatywnych elementów (znanych jako kupony), a następnie przechodzą do coraz większych części konstrukcji, a na końcu do pełnej konstrukcji. Boeing umieszcza elementy konstrukcyjne w ogromnych maszynach hydraulicznych, które zginają je i skręcają, aby naśladować naprężenia, które znacznie wykraczają poza najgorsze przewidywane warunki podczas rzeczywistych lotów. To właśnie podczas takich testów pojawiły się problemy z dźwigarami konstrukcyjnymi w skrzydle.
Shanahan powiedział podczas telekonferencji w zeszłym tygodniu, że Boeing wyśledził problem z błędem we wcześniejszej analizie modelowania, ale nie wyjaśnił szczegółów. Odkryliśmy to. Wrócimy i poprawimy to, powiedział. Shanahan dodał, że Boeing nie stracił wiary w swoje decyzje o szerszym stosowaniu kompozytów; 95 procent tysięcy testów dało równie dobre lub lepsze niż oczekiwano wyniki. Chwalił się, że podczas jednego z takich testów – lufy kadłuba wykonanej z kompozytów – inżynierowie musieli przerwać test z obawy przed uszkodzeniem sprzętu testowego.
David Roylance , ekspert ds. kompozytów i profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej na MIT, mówi, że doświadczenie Boeinga z 787 pokazuje, że branża wciąż uczy się szerszego stosowania kompozytów w samolotach komercyjnych. Mówi, że z kompozytami jest wiele rzeczy, które można konstruować, ale różnią się od metali. Dlatego potrzeba czasu, aby ludzie poczuli się z tym komfortowo.