211service.com
Složený problém Boeingu
Boeing říká, že jeho 787 Dreamliner – středně velké letadlo pro cestující s nízkou spotřebou paliva, které je v současné době ve vývoji – bude prvním komerčním letadlem, jehož hlavní konstrukční prvky jsou vyrobeny z kompozitních materiálů spíše než z hliníkových slitin. Očekává se, že tyto změny sníží hmotnost komponent o 20 procent, což výrazně zvýší účinnost paliva.
Modlitba a křídlo: Předprodukční Boeing 787 byl odhalen loni, ale části jeho křídla (nahoře) – hlavní konstrukce každého křídla – se při zátěžových testech vybouřily. Konstrukce vyrobená z kompozitních materiálů měří více než 15 metrů na 5 metrů a váží 55 000 liber, včetně testovacího hardwaru a nástrojů. Společnost tuto verzi zpevňuje, protože upravuje design budoucích křídelních boxů.
Takové kompozitní materiály – vrstvy superpevných uhlíkových vláken a epoxidové pryskyřice – se již dlouho používají ve vojenských letadlech, kde jsou peníze jen zřídka předmětem, a v komerčních letadlech na díly, jako jsou rámy nosičů zavazadel. Ale Boeing se učí, jak těžké může být kompozity efektivně analyzovat a stavět ekonomicky pro komerční tryskové konstrukce. Společnost musela uvedení 787 odložit, protože prvky kompozitního křídla – hlavní konstrukce uvnitř každého křídla – se při zátěžových testech vybouřily.
Skříň křídla začíná zhruba ve středu letadla a sahá asi do dvou třetin rozpětí křídel. Tento klíčový komponent – více než 15 metrů dlouhý a 5 metrů široký – byl navržen a vyroben společností Boeing společně s Mitsubishi Heavy Industries a Fuji Heavy Industries , v Japonsku. Pat Shanahan , viceprezident pro program 787, v konferenčním hovoru minulý týden řekl, že strukturální testy identifikovaly potřebu vyztužení prvků v rámečku středového křídla.
Oprava vyžaduje přidání nových držáků a dalších dílů k již postaveným křídlovým skříním a také úpravu designu krabic, které ještě nebyly vyrobeny. Dovybavení stávajících krabic bude zasahovat do kabelových cest, čímž se problémy zhorší. Boeing tedy posouvá termín dodání 787 zhruba o šest měsíců, z prvního čtvrtletí na třetí čtvrtletí roku 2009.
Problém s kompozity není v tom, že nejsou silné; že jsou tak vnitřně složité. Skládají se z vrstev orientovaných v různých směrech; tyto vrstvy jsou zase vyrobeny z jednotlivých vláken, která se mohou poněkud lišit ve složení. To ztěžuje inženýrům přesně napodobit jejich výkon v počítačových modelech pro předvýrobní testování.
Kompozitní materiály se analyzují obtížněji než jednoduché homogenní kovy, říká John Hansman , ředitel společnosti Mezinárodní centrum pro leteckou dopravu , na MIT. Obecně nemodelujete každé vlákno ve struktuře, takže přicházíte s modely, které mají zjednodušení.
A co víc, říká, kompozity umožňují inženýrům vytvářet vlastní tvary, ale tyto vlastní tvary ještě zhoršují již tak obtížný problém modelování. Máte mnohem více možností designu, což může být silnou i slabou stránkou. S kompozitními materiály mohu dělat mnohem více věcí – přidat sílu na konkrétních místech, ubrat ji – ale pak máte kombinace geometrie a konkrétního uspořádání kompozitních materiálů, které jsou jedinečné.
Mechanické zátěžové testy Boeingu začínají reprezentativními kusy (známými jako kupony), poté přecházejí na postupně větší části konstrukce a nakonec na celou konstrukci. Boeing vkládá konstrukční díly do obrovských hydraulických strojů, které je ohýbají a kroutí tak, aby napodobovaly namáhání, které daleko přesahuje nejhorší očekávané podmínky při skutečných letech. Právě během těchto testů se objevily problémy s konstrukčními nosníky ve skříni křídla.
Shanahan v konferenčním hovoru z minulého týdne uvedl, že Boeing vysledoval problém zpět k chybě v dřívější modelovací analýze, ale nevysvětlil podrobnosti. Objevili jsme to. Vrátíme se a opravíme to, řekl. Shanahan dodal, že Boeing neztratil důvěru ve svá rozhodnutí o širším použití kompozitů; 95 procent z tisíců testů přineslo stejně dobré nebo lepší výsledky, než se očekávalo. Při jednom takovém testu – kompozitního trupového barelu – museli inženýři test zastavit ze strachu, že rozbijí testovací zařízení, chlubil se.
David Roylance , odborník na kompozity a docent v materiálovém inženýrství na MIT, říká, že zkušenosti Boeingu s 787 ukazují, že průmysl je stále na křivce učení v širším používání kompozitů v komerčních letadlech. Existuje celá řada věcí s kompozity, které jsou inženýrské, ale jsou jiné než kovy, říká. Chce to tedy čas, aby se s tím lidé cítili dobře.