Qual é a densidade média dos materiais usados em um avião moderno? Seja o que for, a redução na densidade média tem sido enorme desde o Irmãos Wright voou o primeiro avião prático. O esforço para reduzir o peso nos aviões é agressivo, contínuo e acelerado, subindo rapidamente os preços dos combustíveis. Esse acionamento reduz custos específicos de combustível, melhora a equação de faixa / carga útil e ajuda o meio ambiente. Os compósitos desempenham um papel importante nos aviões modernos e o Boeing Dreamliner não é uma exceção para manter a tendência de queda de peso.
Compósitos e redução de peso
O Douglas DC3 (de 1936) tinha um peso de decolagem de cerca de 25.200 libras com um complemento de passageiros de cerca de 25. Com um alcance máximo de carga útil de 350 milhas, são cerca de 3 libras por milha de passageiros. O Boeing Dreamliner tem um peso de decolagem de 550.000 libras transportando 290 passageiros. Com uma faixa totalmente carregada de mais de 13.000 quilômetros, isso é aproximadamente ¼ libra por milha de passageiros - 1100% melhor!
Motores a jato, melhor design, tecnologia de redução de peso, como voar por fio - todos contribuíram para o salto quântico - mas compósitos tiveram um grande papel a desempenhar. Eles são usados na estrutura do Dreamliner, nos motores e em muitos outros componentes.
Uso de compósitos na estrutura do Dreamliner
O Dreamliner possui uma estrutura composta por quase 50% fibra de carbono plástico reforçado e outros compósitos. Essa abordagem oferece economia de peso em média de 20% em comparação com as mais convencionais (e desatualizadas) alumínio designs.
Os compósitos na estrutura também têm vantagens de manutenção. Um reparo normalmente ligado pode exigir 24 ou mais horas de inatividade do avião, mas a Boeing desenvolveu uma nova linha de capacidade de reparo de manutenção que requer menos de uma hora para ser aplicada. Essa técnica rápida oferece a possibilidade de reparos temporários e uma rápida recuperação, enquanto danos menores podem ter aterrado um avião de alumínio. Essa é uma perspectiva intrigante.
A fuselagem é construída em segmentos tubulares que são então unidos durante a montagem final. Diz-se que o uso de compósitos economiza 50.000 rebites por avião. Cada local de rebite exigiria a verificação de manutenção como um local potencial de falha. E isso é apenas rebites!
Compósitos nos motores
O Dreamliner possui opções de mecanismo GE (GEnx-1B) e Rolls Royce (Trent 1000), e ambos usam compostos extensivamente. As naceles (capas de entrada e de ventilação) são um candidato óbvio para compósitos. No entanto, os compósitos são usados até nas pás dos ventiladores dos motores da GE. A tecnologia blade avançou tremendamente desde os dias do Rolls-Royce RB211. A tecnologia inicial quebrou a empresa em 1971, quando as pás do ventilador de fibra de carbono Hyfil falharam nos testes de ataque de pássaros.
A General Electric lidera o caminho com a tecnologia de pás de ventilador de ponta de titânio desde 1995. Na usina elétrica Dreamliner, os compósitos são usados nos 5 primeiros estágios da turbina de baixa pressão de 7 estágios.
Mais sobre menos peso
E alguns números? O gabinete de contenção leve do ventilador da usina GE reduz o peso da aeronave em 1200 libras (mais de ½ tonelada). O estojo é reforçado com trança de fibra de carbono. Essa é apenas a economia de peso da caixa do ventilador e é um importante indicador dos benefícios de força / peso dos compósitos. Isso ocorre porque um gabinete do ventilador deve conter todos os detritos em caso de falha do ventilador. Se não contiver os detritos, o motor não poderá ser certificado para voo.
O peso economizado nas pás da turbina também poupa peso no estojo e nos rotores necessários. Isso multiplica sua economia e melhora sua relação potência / peso.
No total, cada Dreamliner contém cerca de 70.000 libras (33 toneladas) de plástico reforçado com fibra de carbono - das quais 45.000 (20 toneladas) são de fibra de carbono.
Conclusão
Os problemas iniciais de projeto e produção do uso de compósitos em aviões já foram superados. O Dreamliner está no auge da eficiência de combustível do avião, impacto ambiental e segurança minimizados. Com contagens reduzidas de componentes, níveis mais baixos de verificação de manutenção e maior tempo de antena, os custos de suporte são reduzidos significativamente para as operadoras aéreas.
De pás de ventilador a fuselagem, asas a banheiros, a eficiência do Dreamliner seria impossível sem compostos avançados.