787 Dreamliner de Boeing

¿Cuál es la densidad promedio de los materiales utilizados en un avión moderno? Sea lo que sea, la reducción en la densidad promedio ha sido enorme desde que los Wright Brothers volaron el primer avión práctico. El impulso para reducir el peso en los aviones es agresivo y continuo y se acelera al subir rápidamente los precios del combustible. Esta unidad reduce los costos específicos de combustible, mejora la ecuación de rango / carga útil y ayuda al medio ambiente. Los compuestos desempeñan un papel importante en los aviones modernos y el Boeing Dreamliner no es una excepción para mantener la tendencia a la disminución del peso..

Compuestos y reducción de peso

El Douglas DC3 (que data de 1936) tenía un peso de despegue de aproximadamente 25,200 libras con un complemento de pasajeros de aproximadamente 25. Con un rango de carga máxima de 350 millas, eso es aproximadamente 3 libras por milla de pasajero. El Boeing Dreamliner tiene un peso de despegue de 550,000 libras con 290 pasajeros. Con un rango de carga completa de más de 8,000 millas, eso es aproximadamente ¼ de libra por milla de pasajero - 1100% mejor!

Los motores a reacción, un mejor diseño, tecnología de ahorro de peso como volar por cable, todos han contribuido al salto cuántico, pero los compuestos han tenido un papel importante que desempeñar. Se utilizan en la célula de Dreamliner, los motores y muchos otros componentes..

Uso de compuestos en la estructura de Dreamliner

El Dreamliner tiene una célula que comprende casi 50% de plástico reforzado con fibra de carbono y otros compuestos. Este enfoque ofrece un ahorro de peso en promedio del 20% en comparación con los diseños de aluminio más convencionales (y anticuados).

Los compuestos en el fuselaje también tienen ventajas de mantenimiento. Una reparación típicamente unida puede requerir 24 o más horas de inactividad del avión, pero Boeing ha desarrollado una nueva línea de capacidad de reparación de mantenimiento que requiere menos de una hora para aplicar. Esta técnica rápida ofrece la posibilidad de reparaciones temporales y un cambio rápido mientras que un daño tan pequeño podría haber puesto a tierra un avión de aluminio. Esa es una perspectiva intrigante.

El fuselaje se construye en segmentos tubulares que luego se unen durante el ensamblaje final. Se dice que el uso de materiales compuestos ahorra 50,000 remaches por avión. Cada sitio de remache habría requerido una verificación de mantenimiento como posible ubicación de falla. Y eso es solo remaches!

Compuestos en los motores

El Dreamliner tiene opciones de motor GE (GEnx-1B) y Rolls Royce (Trent 1000), y ambos usan compuestos ampliamente. Las góndolas (capó de entrada y ventilador) son un candidato obvio para los compuestos. Sin embargo, los compuestos incluso se usan en las aspas del ventilador de los motores GE. La tecnología de cuchillas ha avanzado enormemente desde los días del Rolls-Royce RB211. La tecnología inicial quebró a la compañía en 1971 cuando fallaron las aspas del ventilador de fibra de carbono Hyfil en las pruebas de impacto de aves..

General Electric ha liderado el camino con la tecnología de aspas de ventilador con punta de titanio desde 1995. En la central eléctrica Dreamliner, los compuestos se utilizan para las primeras 5 etapas de la turbina de baja presión de 7 etapas..

Más sobre menos peso

¿Qué hay de algunos números? La caja de contención de ventilador liviana de la planta de energía de GE reduce el peso de la aeronave en 1200 libras (más de ½ tonelada). La carcasa está reforzada con trenza de fibra de carbono. Eso es solo el ahorro de peso de la caja del ventilador, y es un indicador importante de los beneficios de resistencia / peso de los compuestos. Esto se debe a que una caja del ventilador debe contener todos los desechos en caso de falla del ventilador. Si no contendrá los escombros, entonces el motor no puede ser certificado para el vuelo.

El peso ahorrado en las palas de la turbina también ahorra peso en la caja de contención y los rotores requeridos. Esto multiplica su ahorro y mejora su relación potencia / peso.

En total, cada Dreamliner contiene aproximadamente 70,000 libras (33 toneladas) de plástico reforzado con fibra de carbono, de las cuales aproximadamente 45,000 libras (20 toneladas) son de fibra de carbono.

Conclusión

Los primeros problemas de diseño y producción del uso de materiales compuestos en aviones ahora se han superado. El Dreamliner está en la cima de la eficiencia de combustible del avión, minimizando el impacto ambiental y la seguridad. Con conteos de componentes reducidos, niveles más bajos de verificación de mantenimiento y mayor tiempo de aire, los costos de soporte se reducen significativamente para los operadores de líneas aéreas.

Desde aspas de ventilador hasta fuselaje, desde alas hasta baños, la eficiencia del Dreamliner sería imposible sin compuestos avanzados.