211service.com
Het samengestelde probleem van Boeing
Boeing zegt dat het is 787 Dreamliner -een middelgroot, zuinig passagiersvliegtuig dat momenteel in ontwikkeling is - zal het eerste commerciële vliegtuig zijn waarin belangrijke structurele elementen zijn gemaakt van composietmaterialen in plaats van aluminiumlegeringen. De veranderingen zullen naar verwachting het gewicht van de componenten met 20 procent verlagen, wat de brandstofefficiëntie aanzienlijk zal verhogen.
Gebed en een vleugel: Vorig jaar werd een preproductie Boeing 787 onthuld, maar delen van de vleugelkast (hierboven) - de hoofdstructuur van elke vleugel - knikten tijdens stresstests. De structuur, gemaakt van composietmaterialen, meet meer dan 15 meter bij 5 meter en weegt 55.000 pond, inclusief testhardware en -instrumenten. Het bedrijf versterkt deze versie omdat het het ontwerp van toekomstige vleugeldozen aanpast.
Dergelijke composietmaterialen - lagen supersterke koolstofvezels en epoxy - worden al lang gebruikt in militaire vliegtuigen, waar geld zelden een rol speelt, en in commerciële vliegtuigen voor onderdelen zoals bagagerekframes. Maar Boeing leert hoe moeilijk composieten kunnen zijn om effectief te analyseren en economisch te bouwen voor commerciële straalvliegtuigen. Het bedrijf heeft de introductie van de 787 moeten uitstellen omdat elementen van de composiet gemaakte vleugelkast - de belangrijkste structuur in elke vleugel - tijdens stresstests verbogen.
De vleugeldoos begint ongeveer in het midden van het vliegtuig en strekt zich ongeveer tweederde van de spanwijdte uit. Dit belangrijke onderdeel - meer dan 15 meter lang en 5 meter breed - is ontworpen en gebouwd door Boeing samen met: Mitsubishi Heavy Industries en Fuji Heavy Industries , in Japan. Pat Shanahan , vice-president voor het 787-programma, zei vorige week in een telefonische vergadering dat structurele tests de noodzaak hadden geïdentificeerd om elementen in de middelste vleugelkast te verstevigen.
De oplossing vereist het toevoegen van nieuwe beugels en andere onderdelen aan reeds gebouwde vleugeldozen, evenals het wijzigen van het ontwerp van nog niet gebouwde dozen. De retrofits van bestaande dozen zullen de bedradingspaden binnendringen, waardoor de problemen nog groter worden. Dus Boeing schuift de leveringsdatum van de 787 ongeveer zes maanden op, van het eerste kwartaal naar het derde kwartaal van 2009.
Het probleem met composieten is niet dat ze niet sterk zijn; het is dat ze zo intern complex zijn. Ze bestaan uit lagen die in verschillende richtingen zijn georiënteerd; die lagen zijn op hun beurt gemaakt van individuele vezels die enigszins kunnen variëren in samenstelling. Dit maakt het moeilijk voor ingenieurs om hun prestaties nauwkeurig na te bootsen in computermodellen voor prefabricagetests.
Samengestelde materialen zijn moeilijker te analyseren dan eenvoudige homogene metalen, zegt John Hansman , directeur van de Internationaal centrum voor luchtvervoer , bij MIT. Je modelleert over het algemeen niet elke vezel in de structuur, dus je komt met modellen die vereenvoudigingen hebben.
Bovendien, zegt hij, stellen composieten ingenieurs in staat om aangepaste vormen te maken, maar deze aangepaste vormen verergeren het toch al moeilijke modelleringsprobleem. Je hebt veel meer ontwerpmogelijkheden, wat zowel een sterkte als een zwakte kan zijn. Er zijn nog veel meer dingen die ik met composietmaterialen kan doen - sterkte toevoegen op specifieke plaatsen, weghalen - maar dan heb je combinaties van zowel de geometrie als de specifieke lay-out van de composietmaterialen die uniek zijn.
De mechanische stresstests van Boeing beginnen met representatieve stukken (bekend als coupons), gaan dan verder naar steeds grotere delen van de constructie en uiteindelijk naar de volledige constructie. Boeing plaatst de structurele onderdelen in enorme hydraulische machines die ze buigen en draaien om spanningen na te bootsen die veel verder gaan dan de slechtst verwachte omstandigheden in echte vluchten. Het was tijdens dergelijke tests dat er problemen ontstonden met structurele rondhouten in de vleugelkast.
Shanahan zei in de conference call van vorige week dat Boeing het probleem heeft herleid tot een fout in eerdere modelleringsanalyses, maar hij legde de details niet uit. We hebben het ontdekt. We gaan terug en corrigeren het, zei hij. Shanahan voegde eraan toe dat Boeing het vertrouwen in zijn beslissingen om op grotere schaal composieten te gebruiken, niet heeft verloren; 95 procent van de duizenden tests hebben even goede of beter dan verwachte resultaten opgeleverd. Bij een van die tests - van de van composiet gemaakte romp van de romp - moesten ingenieurs de test stopzetten uit angst om de testapparatuur te breken, schepte hij op.
David Roylance , een expert op het gebied van composieten en universitair hoofddocent materiaaltechnologie aan het MIT, zegt dat de ervaring van Boeing met de 787 aantoont dat de industrie zich nog steeds in een leercurve bevindt om composieten op grotere schaal in commerciële vliegtuigen te gebruiken. Er zijn een hele reeks dingen met composieten die maakbaar zijn, maar anders zijn dan metalen, zegt hij. Het kost dus tijd voordat mensen zich er prettig bij voelen.