Каждый килограмм имеет значение: чтобы еще больше снизить вес самолета, дизайнеры все чаще обращаются к пластиковым деталям, армированным углеродным волокном (CFRP). Крайне важно продемонстрировать надежность этих компонентов в полете. Используя оптические измерительные волокна и пьезоэлектрические датчики, ученые Fraunhofer LBF смогли определить реальные нагрузки на больших высотах и контролировать структуру. На основании этих результатов теперь можно оптимизировать компоненты и, таким образом, снизить вес. Кроме того, эти легкие компоненты могут оставаться в эксплуатации дольше.
Проектировать большие структуры углепластика более эффективно
Команда исследователей из Fraunhofer LBF использовала специальную измерительную установку для контроля фюзеляжа самолета, чтобы исследовать поведение больших конструкций углепластика во время полета. Испытательным самолетом служила модель средней дальности полета примерно на 70 пассажиров. Целью измерений было получение надежных данных, которые можно сравнить с теоретическими расчетами производителей воздушных судов относительно поведения больших конструкций углепластика для более эффективного проектирования таких компонентов в будущем. Для этого ученые подвергли фюзеляж самолета циклической нагрузке внутреннего давления в ходе наземных испытаний, а также нескольких летных испытаний на различных высотах полета. Многократно надувая закрытый фюзеляж на земле, они моделировали расширение конструкции на большой высоте при постоянной температуре,исключить эффекты холода, которые дополнительно влияют на конструкцию на больших высотах.
Картинная галерея
Анализировать поведение всего фюзеляжа
Сеть датчиков, выполненная из оптических измерительных волокон, была применена к фюзеляжу самолета для контроля напряжения и растяжения. Исследователи разместили измерительные волокна на стороне, обращенной к внутренней части самолета, и на внешней поверхности фюзеляжа. Тонкие удлиненные стеклянные волокна могут указывать даже на очень небольшие изменения в более крупных компонентах. Кроме того, на нижней стороне фюзеляжа была применена система контроля структуры на основе пьезо, чтобы обнаружить изменения в структуре и в материале. «С помощью этой процедуры мы можем теперь анализировать и отслеживать поведение всего фюзеляжа и надежно фиксировать изменения в конструкции», - объясняет Оливер Шварцхаупт, ответственный за исследовательский проект Fraunhofer LBF.
Вождение экономичного авиастроения
Эти знания могут быть использованы в будущем для производства более легких, оптимизированных компонентов, которые снижают вес и, следовательно, экономят топливо. Благодаря структурному мониторингу время работы компонентов также может быть значительно увеличено, что снижает затраты и повышает безопасность работы. «Таким образом, разработанная нами всеобъемлющая система мониторинга вносит значительный вклад в управление экономичным самолетостроением, а также безопасную и экологическую авиацию», - уверяет Шварцхаупт. С такой системой можно было бы контролировать состояние конструкции на земле и во время полета.
Испытания являются частью Clean Sky, совместного исследовательского проекта между Европейской комиссией и европейской аэрокосмической промышленностью. Цель состоит в том, чтобы сконструировать еще более легкие компоненты из углепластика, то есть сэкономить ненужные материалы и, следовательно, топливо, продлить срок эксплуатации деталей и добиться значительной экономии при обслуживании и замене, и, таким образом, эксплуатировать самолеты более экономично и экологически безвредно. (Ага)