¿Cuál es la densidad media de los materiales utilizados en un avión de pasajeros moderno? Sea lo que sea, la reducción de la densidad media ha sido enorme desde que los hermanos Wright volaron el primer avión práctico. El impulso para reducir el peso en los aviones es agresivo y continuo y se acelera por la rápida subida de los precios del combustible. Esta transmisión reduce los costos de combustible específicos, mejora la ecuación de rango / carga útil y ayuda al medio ambiente. Los materiales compuestos juegan un papel importante en los aviones modernos y el Boeing Dreamliner no es una excepción para mantener la tendencia a la disminución del peso.
Composites y reducción de peso
El Douglas DC3 (que se remonta a 1936) tenía un peso de despegue de aproximadamente 25,200 libras con un complemento de pasajeros de aproximadamente 25. Con un rango de carga útil máxima de 350 millas, eso es aproximadamente 3 libras por pasajero milla. El Boeing Dreamliner tiene un peso de despegue de 550.000 libras y lleva 290 pasajeros. Con un rango de carga completa de más de 8,000 millas, eso es aproximadamente ¼ de libra por pasajero milla - ¡1100% mejor!
Motores a reacción, mejor diseño, tecnología de ahorro de peso como fly by wire, todos han contribuido al salto cuántico, pero los compuestos han tenido un papel importante que desempeñar. Se utilizan en la estructura del avión Dreamliner, los motores y muchos otros componentes.
Uso de materiales compuestos en la estructura del avión Dreamliner
El Dreamliner tiene un fuselaje que comprende casi un 50% de plástico reforzado con fibra de carbono y otros compuestos. Este enfoque ofrece un ahorro de peso en promedio del 20 por ciento en comparación con los diseños de aluminio más convencionales (y obsoletos) .
Los materiales compuestos en la estructura del avión también tienen ventajas de mantenimiento. Una reparación típicamente adherida puede requerir 24 horas o más de tiempo de inactividad del avión, pero Boeing ha desarrollado una nueva línea de capacidad de reparación de mantenimiento que requiere menos de una hora para su aplicación. Esta técnica rápida ofrece la posibilidad de reparaciones temporales y un cambio rápido, mientras que un daño tan leve podría haber dejado en tierra un avión de aluminio. Esa es una perspectiva intrigante.
El fuselaje está construido en segmentos tubulares que luego se unen durante el ensamblaje final. Se dice que el uso de materiales compuestos ahorra 50.000 remaches por plano. Cada sitio de remache habría requerido una revisión de mantenimiento como una ubicación de falla potencial. ¡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 utilizan compuestos ampliamente. Las góndolas (capotas de entrada y abanico) son un candidato obvio para materiales compuestos. Sin embargo, los compuestos incluso se utilizan en las aspas de los ventiladores de los motores GE. La tecnología de las palas ha avanzado enormemente desde los días del Rolls-Royce RB211. La tecnología inicial llevó a la compañía a la bancarrota en 1971 cuando sus aspas de ventilador de fibra de carbono Hyfil fallaron en las pruebas de impacto de aves.
General Electric ha liderado el camino con la tecnología de aspas de ventilador de material compuesto con punta de titanio desde 1995. En la planta de energía Dreamliner, los compuestos se utilizan para las primeras 5 etapas de la turbina de baja presión de 7 etapas.
Más sobre menos peso
¿Qué pasa con algunos números? La caja de contención del ventilador de peso ligero de la planta de energía de GE reduce el peso de la aeronave en 1200 libras (más de ½ tonelada). El estuche está reforzado con trenza de fibra de carbono. Eso es solo el ahorro de peso de la carcasa del ventilador, y es un indicador importante de los beneficios de resistencia / peso de los compuestos. Esto se debe a que la carcasa del ventilador debe contener todos los residuos en caso de que falle el ventilador. Si no contiene los escombros, el motor no puede certificarse para vuelo.
El peso que se ahorra en las palas de las turbinas también ahorra peso en la caja de contención y los rotores necesarios. 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 (20 toneladas) libras son fibra de carbono.
Conclusión
Los primeros problemas de diseño y producción del uso de materiales compuestos en aviones se han superado ahora. El Dreamliner está en la cima de la eficiencia de combustible de los aviones, minimiza el impacto ambiental y la seguridad. Con recuentos de componentes reducidos, niveles más bajos de verificación de mantenimiento y mayor tiempo de uso, los costos de soporte se reducen significativamente para los operadores de aerolíneas.
Desde las aspas del ventilador hasta el fuselaje, desde las alas hasta los baños, la eficiencia del Dreamliner sería imposible sin compuestos avanzados.