211service.com
Boeings sammensatte problem
Boeing siger, at det er 787 Dreamliner – et mellemstort, brændstofeffektivt passagerjetfly, der i øjeblikket er under udvikling – vil være det første kommercielle fly, hvor store strukturelle elementer er lavet af kompositmaterialer i stedet for aluminiumslegeringer. Ændringerne forventes at reducere komponentvægten med 20 procent, hvilket øger brændstofeffektiviteten markant.
Bøn og en vinge: En forproduktion af Boeing 787 blev afsløret sidste år, men dele af dens vingeboks (ovenfor) – hovedstrukturen af hver vinge – spændte i stresstest. Strukturen, der er lavet af kompositmaterialer, måler mere end 15 meter gange 5 meter og vejer 55.000 pund, inklusive test af hardware og instrumenter. Virksomheden stivner denne version, da den justerer designet af fremtidige vingekasser.
Sådanne kompositmaterialer – lag af superstærke kulfibre og epoxy – har længe været brugt i militærfly, hvor penge sjældent er en genstand, og i kommercielle jetfly til dele som bagagebærerrammer. Men Boeing er ved at lære, hvor svære kompositter kan være at analysere effektivt og bygge økonomisk til kommercielle jetstrukturer. Virksomheden har været nødt til at forsinke introduktionen af 787'eren, fordi elementer af den sammensatte vingekasse - hovedstrukturen inde i hver vinge - spændte i stresstest.
Vingekassen begynder omtrent i midten af planet og strækker sig omkring to tredjedele af vingefanget. Denne nøglekomponent – mere end 15 meter lang og 5 meter bred – blev designet og bygget af Boeing sammen med Mitsubishi Heavy Industries og Fuji Heavy Industries , i Japan. Pat Shanahan , vicepræsident for 787-programmet, sagde i en telefonkonference i sidste uge, at strukturelle tests havde identificeret behovet for at afstive elementer inden for den midterste fløjkasse.
Rettelsen kræver tilføjelse af nye beslag og andre dele til vingekasser, der allerede er bygget, samt ændring af designet af kasser, der endnu ikke er bygget. Eftermontering af eksisterende bokse vil trænge ind i ledningsveje og forværre problemerne. Så Boeing skubber 787'erens leveringsdato omkring seks måneder, fra første kvartal til tredje kvartal af 2009.
Problemet med kompositter er ikke, at de ikke er stærke; det er, at de er så indre komplekse. De består af lag orienteret i forskellige retninger; disse lag er til gengæld lavet af individuelle fibre, der kan variere noget i sammensætning. Dette gør det vanskeligt for ingeniører nøjagtigt at efterligne deres ydeevne i computermodeller til præfabrikationstest.
Kompositmaterialer er sværere at analysere end simple homogene metaller, siger John Hansman , direktør for Internationalt Center for Lufttransport , på MIT. Du modellerer generelt ikke alle fibre i strukturen, så du kommer med modeller, der har forenklinger.
Hvad mere er, siger han, giver kompositter ingeniører mulighed for at lave brugerdefinerede former, men disse brugerdefinerede former forværrer det allerede vanskelige modelleringsproblem. Du har mange flere designmuligheder, som både kan være en styrke og en svaghed. Der er mange flere ting, jeg kan gøre med kompositmaterialer – tilføje styrke på bestemte steder, tage det væk – men så har du kombinationer af både geometrien og den særlige opbygning af kompositmaterialerne, der er unikke.
Boeings mekaniske stresstest starter med repræsentative stykker (kendt som kuponer), går derefter videre til gradvist større dele af strukturen og til sidst til den fulde struktur. Boeing sætter de strukturelle dele i enorme hydrauliske maskiner, der bøjer og vrider dem for at efterligne spændinger, der går langt ud over de værst forventede forhold i rigtige flyvninger. Det var under sådanne tests, at der opstod problemer med strukturelle bjælker i vingeboksen.
Shanahan sagde i sidste uges telefonkonference, at Boeing har sporet problemet tilbage til en fejl i tidligere modelleringsanalyse, men han forklarede ikke detaljerne. Vi opdagede det. Vi vender tilbage og retter det, sagde han. Shanahan tilføjede, at Boeing ikke har mistet troen på sine beslutninger om at bruge kompositter i større udstrækning; 95 procent af tusindvis af tests har givet lige så gode eller bedre end forventet resultater. På en sådan test – af komposit-fremstillede skrog-tønde – måtte ingeniører stoppe testen af frygt for at bryde testudstyret, pralede han.
David Roylance , en kompositekspert og lektor i materialeteknik ved MIT, siger, at Boeings erfaringer med 787 viser, at industrien stadig er på en indlæringskurve i at bruge kompositter mere udbredt i kommercielle fly. Der er en lang række ting med kompositter, der er manipulerbare, men som er anderledes end metaller, siger han. Så det tager tid for folk at føle sig godt tilpas med det.