Парижский авиасалон 2019:основные моменты

Статическая экспозиция военного авиалайнера Airbus A400M с интенсивным использованием композитных материалов на Парижском авиасалоне 2019 года. Источник | CW

Ожидания от Парижского авиасалона 2019 года (17-23 июня) были смешанными. Ожидалось, что Boeing заложит больше оснований для нового самолета среднего размера (NMA), но кризис 737 MAX отнял у компании большую часть энергии и внимания. Действительно, в первый день авиасалона Boeing сделал очень общее объявление относительно условий ведения бизнеса и опубликовал свой 20-летний прогноз для коммерческих самолетов. Ничего не найдено по NMA. Самым большим фурором Boeing во время выставки стала новость о том, что она продала 200 самолетов 737 MAX компании International Airline Group (IAG).

Airbus, с другой стороны, анонсировал A321XLR (LR =long range), последнюю версию A320neo. Запланированный на вооружение в 2023 году, A321XLR будет иметь дальность полета 4700 морских миль, достижимую за счет дополнительных емкостей для хранения топлива. Airbus заявила, что дальность полета самолета предоставит авиакомпаниям менее дорогие узкофюзеляжные рейсы на маршрутах, которые сейчас обслуживаются в основном более дорогими двухфюзеляжными самолетами. К таким маршрутам относятся Нью-Йорк-Рио, Шанхай-Сидней и Мадрид-Дубай.

Несмотря на отсутствие новостей NMA, среди компаний, связанных с композитами, участвующих в Парижском авиасалоне, по-прежнему предпринимаются решительные усилия по разработке и согласованию материалов и технологических процессов для удовлетворения любых требований, которые Boeing и Airbus предъявляют к цепочке поставок в ближайшее десятилетие. Сюда входят традиционные термореактивные препреги с автоклавным отверждением, введение жидкой смолы сухих волокон с отверждением вне автоклава, термопластичные композиты и аддитивное производство. Ощущение ожидания по всей цепочке поставок ощутимо.

Этот EVTOL от Boeing был одним из нескольких, представленных на Парижском авиасалоне. Источник | CW.

На линии полета был обычный ряд коммерческих, военных и гражданских самолетов с ежедневными демонстрациями полета. В воздухе заметны были демонстрации самолетов с электрическими двигателями, которые резко и тихо контрастировали с оглушительным ревом истребителей и коммерческих самолетов. На статических дисплеях было несколько летательных аппаратов EVTOL (электрические вертикальные взлетно-посадочные аппараты), ориентированных на рынок городской мобильности. Этот тип самолета, в частности, является важным объектом применения композитных материалов, которые необходимы для полета с электрическим приводом. Тем не менее, объемы производства некоторых из этих платформ, вероятно, будут исчисляться тысячами в год, что подталкивает технологии материалов и процессов к модели производства, похожей на автомобильную. Тем не менее, EVTOL находятся в молодости, особенно с учетом нормативных требований, требований к квалификации и управления воздушным пространством, которые еще предстоит устранить.

Ниже представлены основные моменты выставки.

Spirit AeroSystems. Крупнейший в мире самолетостроитель Spirit AeroSystems (Уичито, Канзас) начал показ рано утром в понедельник с пресс-конференции, на которой было объявлено о представлении панели фюзеляжа ASTRA (Advanced Structures Technology и Revolutionary Architecture), предназначенной для демонстрации того, как полностью композитный Фюзеляж может быть спроектирован с учетом требований к характеристикам, скорости и стоимости узкофюзеляжного самолета следующего поколения. Дизайн и производство этой панели описаны здесь в отдельном рассказе.

Задняя сторона панели фюзеляжа демонстратора Spirit AeroSystems ASTRA для высокоскоростного одноместного двигателя нового поколения. -сланный самолет. Источник | CW

MTorres. Еще одна интересная композитная панель на выставке была найдена на стенде MTorres (Торрес-де-Элорз, Наварра, Испания). Эта усиленная ребрами «сетка / структура кожи», изготовленная путем вливания смолы из сухих углеродных волокон, на самом деле является детищем Стивена Цая, ветерана композитов и почетного профессора аэронавтики и космонавтики Стэнфордского университета, который был в трибуне MTorres объясни это. Цай сказал, что он задумал этот дизайн несколько лет назад и основал его на структуре сетки / обшивки, использованной при производстве Vickers Wellington , британский бомбардировщик времен Второй мировой войны, произведенный Vickers-Armstrongs и прославившийся сохранением структурной целостности при авариях. Чтобы воплотить эту конструкцию в жизнь в композитном приложении, Цай спроектировал ребра в виде решетчатой ​​структуры, при этом каждое ребро имеет фиксированную ширину и высоту, а расстояние между ребрами также фиксировано.

Стив Цай стоит с панелью с ребрами жесткости, которую он спроектировал, и МТоррес помог ему изготовить. Ключевым фактором является точное размещение волокон для создания ребер. Источник | CW

Цай сказал, что задача его конструкции заключалась в том, чтобы разработать пересечения ребер, которые могли бы выдерживать большие механические нагрузки. Он придумал структуру ребер, в которой используются ленты из углеродного волокна, размещенные непрерывно в одном направлении (назовите его A) и прерывисто в пересекающемся направлении (назовите его B). Затем для следующего слоя ленты будут размещаться прерывисто в направлении A и непрерывно в направлении B. Этот узор будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина ребра. Таким образом, каждое соединение ребер всегда будет пересекаться непрерывной лентой. После того, как ребра встроены в инструмент, поверх него накладывается пленка с помощью автоматического размещения волокон (AFP) или автоматической укладки ленты (ATL), и вся конструкция совместно отверждается.

По словам Цая, у этой конструкции несколько преимуществ, но главное состоит в том, что «повреждению трудно выйти за пределы локализованной области», а это означает, что трещина, распространяющаяся в коже, не может легко мигрировать за пределы любого из ребер, граничащих с ней. пострадавшие регионы. Цай также сказал, что структура сетки / обшивки имеет большой вес и эффективна с точки зрения материалов. Тем не менее, он отметил:«Это легко спроектировать, но сложно сделать». Вот тут-то и пригодится MTorres.

Крупный план стыка ребер на ребристой панели MTorres в Paris Air Показывать. Цай говорит, что его дизайн может найти применение в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Источник | CW

Цай сказал, что ограничивающим фактором при изготовлении конструкции его панели было размещение ребристых лент. Чтобы быть полностью индустриализированным, им требовались скорость и точность укладки ленты, что до недавнего времени было невозможно. Однако Цай подошел к MTorres со своим дизайном и спросил, сможет ли специалист ATL / AFP выполнить эту работу. Иньиго Идарета, руководитель отдела специальных проектов компании, и команда композиторов MTorres работали с Цаем над адаптацией технологий MTorres к приложению. На авиасалоне Идарета сказал, что есть две проблемы:точная настройка скорости и точности наложения ленты, где возможность резки AFP MTorres «на лету» была ключевой для поддержания постоянной высокой скорости укладки; и разработка инструментальных решений, которые позволили наращивать каждое ребро без потери целостности пакета ребром. Кроме того, для выполнения этой сложной работы по инфузии потребовалось использование собственного формата сухого углеродного волокна MTorres для AFP. «Все было достигнуто», - сказала Идарета. Кроме того, благодаря дизайну Цая, волокна размещены под углом к ​​обшивке панели, состоящей из четырех слоев и толщиной около 1,2 мм.

Элементарный рисунок Джеффа Слоана, который пытается показать, как устроены ребра. Непрерывное волокно сначала помещается в одном направлении (A), а прерывистое волокно - в другом направлении (B). Для следующего слоя непрерывное волокно помещается в направлении B, а прерывистое волокно - в направлении A. Таким образом, стык ребер всегда покрывается непрерывным волокном. Источник | CW

В качестве углеродного волокна использовался сухой материал 50K от Mitsubishi Chemical Carbon Fiber &Composites Inc. (Сакраменто, Калифорния, США), выбранный в первую очередь потому, что это был материал, который имелся под рукой MTorres. В качестве смолы использовалась «стандартная» промышленно упрочненная эпоксидная смола. Идарета говорит, что панель была протестирована Аланом Неттлсом в НАСА и показала хорошие результаты. В частности, он сказал, что соединение ребер с кожей было превосходным. Цай признал, что слабым местом панели является ребристый стык, который представляет собой поперечно-слоистый [0/90] ламинат. Ребра были все [0]. Таким образом, соединения имели примерно половину прочности на одноосное растяжение и немногим более половины прочности на одноосное сжатие. Даже с учетом этого недостатка прочность сетки / оболочки более чем в два раза выше, чем у алюминиевых технологий той же конструкции, не считая дополнительного меньшего веса композитов. Цай также сказал, что для достижения тех же прочностных свойств, которые предусмотрены его конструкцией, алюминий будет весить в три раза больше.

Что дальше с этой технологией? Цай сказал, что он «готов к применению», и перечислил несколько возможных типов деталей:конструкции фюзеляжа, корпуса космических ракет-носителей, автомобильные панели, ящики для батарей. Идарета сказал, что MTorres работает над изменением дизайна, включая разработку изогнутой панели и полностью цилиндрической панели. Оба, по его словам, находятся в пределах досягаемости.

Кроме того, есть несколько аспектов конструкции Tsai, которые могут быть изменены для соответствия различным нагрузкам. К ним относятся ширина ребра, высота ребра, угол пересечения и расстояние между ребрами. Кроме того, несмотря на то, что компания MTorres использовала инфузию для демонстрации панели на авиашоу, ее можно было изготовить с использованием традиционного термореактивного препрега.

GKN Aerospace. Специалист по коммерческому крылу GKN Aerospace (Реддич, Великобритания) объявила на авиасалоне, что изготовила первые детали для своей части работы по программе Airbus Wing of Tomorrow, рассчитанной на пять лет (2018-2022), с участием нескольких компаний, Великобритания. Усилия Catapult по разработке материалов и технологических процессов для высокоскоростного (100 в месяц) изготовления крыльев из композитного углеродного волокна, пропитанного смолой, которые будут использоваться на узкофюзеляжных самолетах нового поколения.

Пол Перера, вице-президент по технологиям GKN Aerospace, присутствовал на авиасалоне и предоставил более подробную информацию о программе. Он сказал, что в GKN в настоящее время работают 60 человек над лонжероном и нервюрами крыла, при этом основная часть работы выполняется в Глобальном технологическом центре GKN, который в конце этого года переезжает в новые помещения в Филтоне, Великобритания.

Лонжерон представляет собой сухое волокно, размещенное GKN, а затем настаивается. Ребра будут изготовлены как из термопластичных композитов, так и из алюминия. Национальный центр композитов (Бристоль, Великобритания) работает над несколькими технологиями для Wing of Tomorrow, включая iCAP (программа приобретения цифровых возможностей) для разработки решений автоматизации на основе данных, а также над системами автоматической резки и размещения волокон, разработанными Loop Technology (Poundberry , Дорчестер, Великобритания), который будет использоваться при изготовлении крыла. Northrop Grumman (ранее Orbital ATK, Клирфилд, Юта, США) разрабатывает стрингеры для этой программы. Обшивка нижней части крыла будет производиться Spirit AeroSystems на ее заводе в Прествике, Шотландия; Обшивку верхней части крыла будет производить Airbus. Целью является поставка трех комплектов кораблей на завод по производству крыльев Airbus в Бротоне, Великобритания, для сборки в течение следующих 18 месяцев:первый - в июне 2020 года, второй - в конце 2020 года, а третий - в начале 2021 года. В конечном итоге, если программа будет продолжена. как и планировалось, это докажет, что введение смолы является жизнеспособным процессом для высокопроизводительного производства композитного крыла для узкофюзеляжного крыла следующего поколения. Перера говорит, что 1-метровые секции лонжерона, произведенные и оцененные на заводе GKN на острове Уайт, Великобритания, показывают, что материалы и процесс хорошо подходят для этого приложения.

Перера отметил, что основная часть программы Wing of Tomorrow будет сосредоточена на разработке автоматизации. Фактически, по его словам, автоматизация станет ключевым фактором в производстве смол для аэрокосмической промышленности следующего поколения.

Композитные материалы Solvay. Если вы ищете доказательства того, как акцент на индустриализацию аэрокосмического производства и эффективность производства падает до поставщиков материалов, не ищите ничего, кроме Solvay Composite Materials (Alpharetta, Ga., US), который находится в середине многолетнего усилия по переоценке того, где и как она производит смолы, ленты и препреги аэрокосмического качества. Основное внимание Solvay уделяет разработке операционной стратегии, ориентированной на предприятия, которые производят меньшее количество продукции на узкоспециализированном оборудовании, которое может удовлетворить требования к скорости и качеству самолетов следующего поколения. Марк Дойл, исполнительный вице-президент Solvay по аэрокосмической отрасли, говорит, что новый объект компании в Рексхэме, Уэльс, Великобритания, является символом этих усилий. Этот завод, открывшийся в сентябре 2018 года, производит всего два продукта (клеи), но в хорошо структурированной, высокооптимизированной среде с преобладанием автоматизации, разработанной для своевременного удовлетворения требований клиентов. Компания рассчитывает следовать этой модели со всеми новыми производственными мощностями, а также попытается преобразовать устаревшие заводы.

Что касается инновационных материалов, Solvay выделил две заметные работы:одна была сосредоточена на термопластах, а другая - на углеродных волокнах. Майк Блэр, исполнительный вице-президент по исследованиям и инновациям, сказал, что одной из самых больших проблем / возможностей термопластов является их высокая температурная дельта; то есть высокие температуры процесса термопластов могут вызывать проблемы с коэффициентом теплового расширения (КТР) в деталях при их охлаждении, особенно в больших деталях. Цель? Измените химию поликетонов, чтобы снизить температуру процесса, не влияя на стеклование (T _g ) температура. Компания также ищет пути повышения обрабатываемости и обработки термопластов в автоматизированном оборудовании. «Наши стандартные материалы PEEK и PEKK действительно работают хорошо, - сказал Блэр. «Нам просто нужно изменить их, чтобы сделать их более адаптируемыми».

Не менее интересны инновации, связанные с углеродными волокнами. В 2017 году Solvay приобрела производителя полиакрилонитрила большого размера (PAN) European Carbon Fiber GbmH (Кельхайм, Германия), который дал Solvay новую и здоровую поставку PAN для жгута углеродного волокна 50K. В связи с этим возникла проблема:можно ли отформатировать углеродное волокно с большим жгутом, чтобы обеспечить рабочие характеристики небольшого жгута углеродного волокна с промежуточным модулем упругости (IM)? Блэр сказал, что эта идея заставляет задуматься, но не является тривиальной. Он отметил, что простое обращение с жгутом волокна 50K может само по себе повредить волокно. Итак, не вдаваясь в подробности о том, что имеет в виду Solvay, Блэр сказал, что компания работает над технологией обработки, предназначенной для предотвращения повреждения волокна. «Интенсивный график для этого, - сказал он, - будет 18 месяцев».

Расширенные композиты Toray. Прежние TenCate Advanced Composites теперь полностью поглощены Toray, а с марта перешли Toray Advanced Composites (Морган Хилл, Калифорния, США). Стив Мид, управляющий директор, говорит, что EVOTL сейчас особенно активен для компании (термореактивные пластмассы и термопласты). Он отметил, что «мы поставляем материал для новых программ EVOTL», добавив, что «композиты являются настоящим помощником из-за паразитного веса батареи на этих самолетах. Использование некомпозиционных материалов невозможно ». По его словам, сочетание производства аэрокосмического качества с автомобильными ставками интригует.

Уклонение. Среди наиболее заметных представлений на Парижском авиасалоне была Алиса . , полностью электрический, полностью составной самолет, представленный Eviation (Кадима-Цоран, Израиль). Алиса - это девятиместный региональный транспортный самолет, который имеет дальность полета 650 миль / 1000 километров при крейсерской скорости 240 узлов. Самолет оснащен одним основным толкающим винтом в хвостовой части и двумя дополнительными толкающими винтами на законцовках крыла для уменьшения лобового сопротивления и создания избыточности. Омар Бар-Йохай, генеральный директор Eviation, представил самолет и сказал, что летные испытания будут проведены в Мозес-Лейк, штат Вашингтон, США, после чего в конце 2020 или начале 2021 года будет проведена сертификация Федерального авиационного управления США (FAA). прейскурантная цена составляет 4 миллиона долларов, и Бар-Йохай сказал, что компания полностью финансируется за счет сертификации и раннего производства.

Омар Бар-Йохай, генеральный директор Eviation, стоит перед Alice и полностью электрический, полностью составной, девятиместный самолет, который, как ожидается, выйдет на рынок к 2021 году. Источник | CW

Судно, представленное на выставке, было нелетным прототипом, собранным всего за неделю до этого. Где и как в конечном итоге будет произведен этот самолет, еще неизвестно. В свою очередь, прототип был собран из композитных конструкций, изготовленных несколькими поставщиками. Одним из них является Multiplast (Ванн, Франция), часть Carboman Group SA (Ванн), объединение пяти компаний, которое также включает Decision (Экубленс, Швейцария), SNE SMM (Lanester, Франция), Plastinov (Самазан, Франция) и Пластеол (Самазан). Компания Multiplast, имеющая опыт производства морских конструкций, изготовила фюзеляж для Alice вне автоклава (OOA) с использованием многослойной структуры с сотовым заполнителем Nomex. Фюзеляж был построен из двух половин на основе конфигурации осевой линии правого борта / левого борта, при этом две секции фюзеляжа были скреплены / скреплены вместе (см. Замедленное видео ниже). Multiplast не знает, выиграет ли она контракт на серийное производство этого аппарата, но компания заявляет, что оценивает, что потребуется с точки зрения материалов и процессов для индустриализации производства. Крылья и обтекатели для Алисы были поставлены Composite Cluster Singapore (CCS).

Stratasys. Специалист по оборудованию для аддитивного производства (AM) Stratasys (Иден-Прери, Миннесота, США) присутствовал на Парижском авиасалоне, подчеркивая свою способность использовать AM для производства деталей и инструментов. При производстве композитов упор был сделан на оснастку. На стенде компании стояли две пресс-формы, изготовленные на станках Stratasys. В качестве материала используется ULTEM 1010 компании SABIC, неармированный полиэфиримид (PEI), который подходит для обработки в автоклаве. Первая форма предназначалась для изготовления передней кромки крыла из углеродного волокна и оснащена внутриформованными электродами для повышения теплопроизводительности препрега и сокращения времени отверждения с 1,5 часов до всего 10 минут. Другая часть - это инструмент для сборки, сделанный Boom Aerospace (Centennial, Colo., США) для производства мелких деталей для Overture сверхзвуковой коммерческий самолет, разрабатываемый компанией. Скотт Севчик, вице-президент по производственным решениям в Stratasys, сказал, что Boom уже использует две машины Stratasys, а третья будет поставлена ​​позже в этом году. Севчик сказал, что Stratasys, как ожидается, представит два новых армированных рубленым углеродным волокном материала для использования в AM в конце этого года; По его словам, Stratasys также работает над армированием непрерывным волокном для AM.

Этот инструмент компоновки был создан Boom Aerospace с использованием системы аддитивного производства Stratasys. Материал неармированный ULTEM (PEI). Источник | CW

Boom Aerospace. Еще одно яркое объявление на Парижском авиасалоне было сделано компанией Boom Aerospace (Энглвуд, штат Колорадо, США), которая, как уже отмечалось, разрабатывает Overture , новый сверхзвуковой пассажирский самолет. Генеральный директор и основатель Boom Блейк Шолл заявил на пресс-конференции, что Boom близится к завершению проекта XB-1 с интенсивным использованием композитных материалов. , субшкальный прототип Overture который, как ожидается, будет развернут к концу 2019 года, а испытательные полеты пройдут где-то в 2020 году. Эти испытательные полеты, по словам Шолля, призваны помочь Boom оценить конструктивные и инженерные принципы самолета и применить извлеченные уроки к окончательному проектированию и производству Увертюра , который, как ожидается, войдет в строй в середине 2020-х годов. Это более длинный график, чем первоначально ожидал Boom. «Это амбициозный проект», - сказал Шолль. «Вначале легко быть слишком оптимистичным».

Самолеты Overture, работающие с интенсивным использованием композитных материалов, будут обеспечивать сверхзвуковой полет со скоростью 2,2 Маха. Источник | CW

Увертюра Ожидается, что максимальная скорость будет 2,2 Маха, крейсерская высота 60 000 футов (19 354 метра) и доставит пассажиров (55-75) из Сиднея в Лос-Анджелес всего за 7 часов или из Вашингтона в Лондон всего за 3,5 часа. Шолль заявил, что стоимость билета на Overture ожидается, что он будет конкурентоспособным, исходя из количества мест на милю, с текущими ценами авиакомпаний. Шолль также сказал, что Overture ожидается, что будет использоваться технология под названием Prometheus Fuels, которая преобразует атмосферный углерод в бензин или, в случае Boom, в топливо для реактивных двигателей, используя электричество, полученное из возобновляемых источников. Таким образом, по его словам, самолет обеспечит сверхзвуковой полет с нулевым выбросом углерода.