Главная » 2011»Август»9 » Роль углепластика в создании самолета Airbus A350 XWB
16:43
Роль углепластика в создании самолета Airbus A350 XWB
Когда компания Boeing представила свой новый авиалайнер 787 Dreamliner, европейский концерн Airbus поначалу рассчитывал просто провести модернизацию самолета A330, ответив, таким образом, на грозный шаг своего конкурента. Но потом, обсудив с потенциальными заказчиками особенности этого проекта, Airbus решилась на разработку совершенно нового самолета, с более широким фюзеляжем по сравнению с моделью Boeing 787. Новое детище европейцев получило обозначение A350 XWB.
Руководству Airbus пришлось отказаться от своих предыдущих заявлений, когда они настаивали на том, что использовать композитные материалы для строительства фюзеляжа самолета не нужно. Применение композитных материалов представляет серьезную проблему, поскольку раньше фюзеляжи авиалайнеров изготавливались из металла, и никто не знал, каким образом можно создать большую камеру высокого давления из углепластика, в которой помимо всего прочего нужно еще разместить сотни пассажиров. При этом было непонятно, как поведет себя такой фюзеляж в процессе эксплуатации самолета. Неизвестных факторов было множество и их нужно было учесть в процессе проектирования.
Но Boeing не отказалась от этой идеи, и лайнеры Boeing 787, которые в скором времени должны получить сертификат типа, на 50% состоят из композитных материалов. Airbus последовала этому примеру и решила использовать углепластик при строительстве фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения и других аэродинамических элементов самолетов A350 XWB. Фактически, уровень использования композитных материалов в европейском авиалайнере достигает 53%. Также применяются такие материалы, как литий-алюминиевые сплавы (19%), титан (14%), сталь (6%) и другие (8%).
В свое время именно Airbus стала первой авиастроительной компанией, которая начала широкомасштабное использование композитных материалов при создании новых самолетов. На лайнерах A310 углепластик использовался в производстве элементов хвостового оперения, чуть позже самолеты семейства A320 стали первыми воздушными судами, на которых использовалось крыло, полностью выполненное из композитных материалов. Далее были лайнеры A330/A340, потом A380. С появлением каждой новой модели доля углепластика в их конструкции постоянно увеличивалась. Если в конструкции A310 композитные материалы составляли лишь 5%, то в лайнерах A380 их доля была доведена до 25%.
Конечно, авиакомпаниям не интересна такая конкуренция между авиастроителями, но с другой стороны перевозчики заинтересованы в снижении собственного веса самолета, и как следствие в сокращении расхода топлива. По предварительным оценкам, по топливной экономичности лайнеры A350 должны быть эффективнее своих предшественников на 25%. Не секрет, что композитные материалы по сравнению с традиционными металлическими сплавами обладают рядом преимуществ, среди которых низкая масса, достаточно высокая прочность, устойчивость к коррозии и высокая долговечность. Такие преимущества не могут не понравиться руководителям авиакомпаний.
Для Airbus фюзеляж лайнера A350 стал первым композитным фюзеляжем такого рода, поэтому прежде чем он будет запущен в производство, необходимо провести его серьезные испытания. Так, например, специалисты европейского концерна уже проводят наземное тестирование акустических характеристик композитных элементов фюзеляжа на испытательном стенде A340. По словам Дидье Эвра, менеджера программы A350 XWB, углепластик с точки зрения акустики ничем не хуже и не лучше металлических сплавов, поэтому с этой позиции использованию такого материала ничего не мешает.
На своем заводе в Гамбурге Airbus уже построила два демонстратора фюзеляжа самолета A350, включая полномасштабный демонстратор, который будет использоваться для проверки монтажа различных систем. Такой подход был принят на вооружение после того, как возникли проблемы с монтажом проводки на лайнерах A380. Тогда эта операция осуществлялась на цифровом макете фюзеляжа A380, в результате допущенных просчетов поставки первых A380 были отложены. Сейчас технические специалисты Airbus обучаются монтажу различных элементов на демонстраторе фюзеляжа, после этого они приступают к работе с реальным самолетом.
Стремление сократить расход топлива нового самолета побудило использовать новые подходы и при проектировании крыла лайнера A350. Возможно, именно крыло является самой оригинальной частью этого воздушного судна с его тонким поперечным сечением и загибающимися вверх законцовками. Это уже второе композитное крыло, разработкой которого занимается концерн Airbus. Первое проектировалось для военно-транспортного самолета A400M. Тем не менее Airbus впервые в своей истории создает крыло в горизонтальной конфигурации, а не в вертикальной, как было раньше. Такой подход даст больше доступа к центральной секции крыла и упростит установку различных элементов под крылом.
Стоит отметить, что лайнеры A350 XWB будут обладать самым большим крылом среди всех однопалубных самолетов. По сравнению с авиалайнерами A330 стреловидность крыла A350 была увеличена, в результате ожидается увеличение максимальной скорости самолета с 0,85 до 0,89 Mach.
Сборка крыльев для лайнеров A350 будет осуществляться на заводе Airbus в Манчестере, на модернизацию которого в свое время компания инвестировала $760 млн. Комплектующие же поставляются с различных частей света. Так, передний лонжерон производится компанией Spirit Aerosystems в США, задний лонжерон изготавливается фирмой GKN в Филтоне, недалеко от Бристоля, передняя кромка крыла будет изготавливаться также Spirit Aerosystems, но уже на заводе в Прествике (Шотландия), верхнее покрытие изготавливается в Германии, а нижнее покрытие - в Испании.
После того, как крыло в Манчестере будет подготовлено к дальнейшей сборке, его отправят на завод Airbus в Бремене (Германия), где на крыло установят электропроводку, элементы пневматической и гидравлической систем, управляющие плоскости. После этого крыло перевезут на завод Airbus в Тулузе для окончательной сборки лайнера.
Переход на использование композитных материалов вносит свой отпечаток и в характер производственного процесса. Металлические элементы, как правило, изготавливаются в виде предварительных заготовок, отвечающих определенным техническим требованиям. В дальнейшем производится окончательная обработка этих деталей в пределах технических допусков. Совсем иначе происходит изготовление деталей из углепластика. Композитные детали необходимого размера изготавливаются с самого начала и никаких дальнейших доработок и подгонок не предусмотрено. Поэтому здесь приходится решать иную задачу - как создать оборудование, которое сможет точно изготавливать новые детали из углепластика, а не как создавать сами детали.
В отличие от компании Boeing европейский концерн не использует столь масштабный аутсорсинг при создании лайнера A350. Конечно, Airbus работает с другими поставщиками, но как уже описывалось ранее, большую часть работ компания выполняет собственными силами. Таким образом, Airbus пытается избежать тех ловушек, в которые в свое время попала Boeing, реализуя программу Dreamliner.
Например, в начале марта 2011 г. состоялось открытие нового завода в Китае, на котором будут изготавливаться композитные рули направления и высоты для лайнеров A350. Руководить работой завода будет совместное предприятие Harbin Hafei Airbus Composite Manufacturing Centre, которое специализируется на производстве элементов из углепластика для авиации. Необходимо отметить, что в сотрудничестве с китайскими партнерами Airbus уже производит в этой стране рули направления и высоты, а также элементы горизонтального стабилизатора для лайнеров семейства A320. И такое сотрудничество в дальнейшем будет развиваться.
Что касается непосредственно конечных эксплуатантов лайнеров A350, то теперь, благодаря применению углепластика, им не придется опасаться коррозии или усталостных повреждений металла, но с другой стороны увеличится риск повреждения корпуса самолета при столкновении с другими объектами (например, птицами). Помимо этого придется уделять больше внимания визуальному осмотру фюзеляжа, а также использовать новые технологии при проведении ремонта. В производственном процессе также придется применять новые методы, чтобы гарантировать отсутствие дефектов в готовых элементах фюзеляжа. Для этих целей Airbus наладила сотрудничество с ведущими научно-исследовательскими организациями в рамках разработки новых методов тестирования состояния композитных материалов.
Очевидно, что со временем углепластик займет ведущее положение в авиационной отрасли. Уже сейчас новые самолеты наполовину состоят из композитных материалов. Но технологии не стоят на месте, и в будущем доля этих материалов будет увеличиваться. Учитывая основные преимущества углепластика, можно сказать, что конечные эксплуатанты новых авиалайнеров получат значительные выгоды.
форма входа