Pertunjukan Udara Paris 2019:Sorotan

Tampilan statis pesawat angkut militer Airbus A400M komposit intensif di Paris Air Show 2019. Sumber | CW

Ekspektasi beragam menjelang Paris Air Show 2019 (17-23 Juni). Boeing, diharapkan, akan meletakkan lebih banyak landasan untuk New Midsize Aircraft (NMA), tetapi krisis 737 MAX telah menghabiskan banyak energi dan perhatian perusahaan. Memang, pada hari pertama pertunjukan udara, Boeing memberikan pengumuman yang sangat umum mengenai kondisi bisnis dan mengeluarkan perkiraan pesawat komersial 20 tahun. Tidak ada di NMA. Percikan terbesar yang dibuat Boeing selama pertunjukan adalah berita bahwa mereka telah menjual 200 737 MAX pesawat ke International Airline Group (IAG).

Airbus, di sisi lain, mengumumkan A321XLR (LR =jarak jauh), iterasi terbaru dari A320neo. Dijadwalkan untuk mulai beroperasi pada tahun 2023, A321XLR akan memiliki jangkauan 4.700 mil laut, yang dapat dicapai melalui kapasitas penyimpanan bahan bakar tambahan. Airbus mengatakan bahwa jangkauan pesawat akan memberikan maskapai penerbangan pilihan lorong tunggal yang lebih murah pada rute yang sekarang dilayani terutama oleh pesawat lorong ganda yang lebih mahal. Rute tersebut termasuk New York-Rio, Shanghai-Sydney dan Madrid-Dubai.

Terlepas dari kurangnya berita NMA, di antara perusahaan terkait komposit yang dipamerkan di Paris Air Show, masih ada upaya pasti untuk mengembangkan dan menyelaraskan bahan dan teknologi proses untuk memenuhi permintaan apa pun yang ditempatkan Boeing dan Airbus pada rantai pasokan dalam dekade mendatang. Ini termasuk prepreg termoset tradisional dengan pengawetan autoklaf, infus resin cair dari serat kering dengan pengawetan di luar autoklaf, komposit termoplastik dan manufaktur aditif. Rasa harapan di seluruh rantai pasokan sangat terasa.

EVTOL ini, dari Boeing, adalah salah satu dari beberapa yang dipamerkan di Paris Air Show. Sumber | CW.

Di jalur penerbangan, ada jajaran pesawat komersial, militer dan sipil yang biasa, dengan demonstrasi penerbangan setiap hari. Yang menonjol di udara adalah demonstrasi pesawat bertenaga listrik, yang sangat kontras dan tenang dengan raungan memekakkan telinga yang terkait dengan jet tempur dan komersial. Dalam pajangan statis tersebut, terdapat sejumlah kapal EVTOL (electric vertical takeoff and landing) yang ditargetkan untuk pasar mobilitas perkotaan. Jenis pesawat ini, khususnya, membuktikan target signifikan dari material komposit, yang merupakan kebutuhan untuk penerbangan bertenaga listrik. Namun, volume produksi dari beberapa platform ini kemungkinan akan berjumlah ribuan per tahun, yang mendorong teknologi material dan proses lebih ke arah model produksi otomotif. Konon, EVTOL masih muda, terutama mengingat hambatan regulasi, kualifikasi, dan manajemen wilayah udara yang belum diselesaikan.

Di bawah ini adalah sorotan dari acara tersebut.

Roh AeroSystems. Airframer terbesar di dunia, Spirit AeroSystems (Wichita, Kan. US), memulai pameran Senin pagi dengan konferensi pers yang mengumumkan pengenalan panel badan pesawat ASTRA (Teknologi Struktur Lanjut dan Arsitektur Revolusioner), yang dirancang untuk menunjukkan bagaimana komposit sepenuhnya badan pesawat dapat dirancang untuk memenuhi persyaratan kinerja, kecepatan, dan biaya pesawat lorong tunggal generasi berikutnya. Desain dan pembuatan panel tersebut tercakup dalam cerita yang berdiri sendiri di sini.

Sisi belakang panel pesawat demonstrator ASTRA Spirit AeroSystems untuk generasi berikutnya, tingkat tinggi, tunggal -pesawat lorong. Sumber | CW

MTorre. Panel komposit lain dari catatan di pameran itu ditemukan di stan MTorres (Torres de Elorz, Navarra, Spanyol). “Struktur kisi/kulit” yang kaku seperti tulang rusuk ini, diproduksi melalui infus resin serat karbon kering, sebenarnya adalah gagasan Stephen Tsai, veteran komposit dan profesor aeronautika dan astronotika, emeritus, di Universitas Stanford, yang berada di stand MTorres. jelaskan itu. Tsai mengatakan bahwa dia menyusun desain ini beberapa tahun yang lalu dan mendasarkannya pada struktur grid/kulit yang digunakan dalam pembuatan Vickers Wellington , sebuah pesawat pengebom Inggris Perang Dunia II yang diproduksi oleh Vickers-Armstrongs dan terkenal karena menjaga integritas struktural dalam kecelakaan. Untuk menghidupkan desain ini dalam aplikasi komposit, Tsai mendesain rusuk dalam struktur kisi, dengan setiap rusuk memiliki lebar dan tinggi yang tetap, dan jarak antar rusuk juga tetap.

Steve Tsai berdiri dengan panel kaku yang ia rancang dan MTorres membantunya membuat. Pengaktif utama adalah penempatan serat yang akurat untuk membangun tulang rusuk. Sumber | CW

Tantangan desainnya, kata Tsai, adalah mengembangkan persimpangan tulang rusuk yang dapat menahan beban mekanis yang besar. Apa yang dia temukan adalah arsitektur tulang rusuk yang menggunakan pita serat karbon yang ditempatkan terus menerus dalam satu arah (sebut saja A), dan terputus-putus dalam arah berpotongan (sebut saja B). Kemudian, untuk lapisan berikutnya, pita-pita ditempatkan secara terputus-putus ke arah A dan terus menerus ke arah B. Pola ini akan berlanjut sampai ketebalan tulang rusuk yang diinginkan tercapai. Dengan cara ini, setiap sambungan tulang rusuk akan selalu dilintasi oleh pita kontinu. Setelah tulang rusuk dipasang di alat, kulit diletakkan di atasnya melalui penempatan serat otomatis (AFP) atau peletakan pita otomatis (ATL) dan seluruh struktur disembuhkan bersama.

Keuntungan dari desain ini, kata Tsai, ada beberapa, tetapi yang utama adalah "sulit untuk merusak melampaui area lokal," yang berarti bahwa retakan yang menyebar di kulit tidak dapat dengan mudah berpindah ke luar tulang rusuk mana pun yang berbatasan dengannya. daerah yang terkena dampak. Tsai juga mengatakan struktur grid/kulit sangat berat dan hemat bahan. Namun, dia mencatat, "Ini mudah dirancang tetapi sulit dibuat." Di situlah MTorres masuk.

Tampilan close-up dari sambungan tulang rusuk pada panel kaku tulang rusuk MTorres di Paris Air Menunjukkan. Tsai mengatakan desainnya dapat diterapkan di ruang angkasa dan suku cadang otomotif. Sumber | CW

Tsai mengatakan faktor pembatas dalam pembuatan desain panelnya adalah penempatan pita tulang rusuk. Untuk sepenuhnya terindustrialisasi, mereka membutuhkan kecepatan potong dan akurasi penempatan pita yang, hingga saat ini, tidak mungkin dilakukan. Namun, Tsai mendekati MTorres dengan desainnya dan bertanya apakah spesialis ATL/AFP dapat melakukan pekerjaan itu. Iñigo Idareta, kepala departemen proyek khusus di perusahaan, dan tim komposit MTorres ditugaskan dan bekerja dengan Tsai untuk mengadaptasi teknologi MTorres ke aplikasi. Ada dua tantangan, kata Idareta di pertunjukan udara:menyempurnakan kecepatan dan akurasi penempatan tape, di mana kemampuan cut-on-the-fly AFP MTorres adalah kunci untuk menjaga kecepatan layup tinggi yang konstan; dan pengembangan solusi perkakas yang memungkinkan penumpukan setiap rusuk tanpa tulang rusuk kehilangan integritas tumpukan. Selanjutnya, penggunaan format serat karbon kering MTorres sendiri untuk aplikasi AFP diperlukan untuk membuat infus yang menantang ini bekerja. Semua tercapai, kata Idareta. Juga dicapai, berdasarkan desain Tsai, adalah penggunaan penempatan serat di luar sudut pada kulit panel, yaitu empat lapis dan tebal sekitar 1,2 mm.

Gambar dasar Jeff Sloan yang mencoba menunjukkan bagaimana tulang rusuk dibuat. Serat kontinu pertama kali ditempatkan pada satu arah (A), sedangkan serat tidak kontinu ditempatkan pada arah lain (B). Untuk lapisan selanjutnya, serat kontinu ditempatkan pada arah B, sedangkan serat tidak kontinu ditempatkan pada arah A. Dengan cara ini, sendi tulang rusuk selalu ditutupi oleh serat kontinu. Sumber | CW

Serat karbon yang digunakan adalah bahan 50K kering dari Mitsubishi Chemical Carbon Fiber &Composites Inc. (Sacramento, California, AS), dipilih terutama karena bahan tersebut dimiliki MTorres. Resinnya adalah epoksi yang dikeraskan tingkat industri "standar". Idareta mengatakan panel itu diuji oleh Alan Nettles di NASA dan berkinerja baik. Ikatan tulang rusuk/kulit khususnya, katanya, sangat baik. Tsai mengakui bahwa titik lemah panel adalah sambungan rib yang merupakan laminasi cross-ply [0/90]. Tulang rusuk semuanya [0]. Jadi sambungan memiliki sekitar setengah dari kekuatan tarik uniaksial dan sedikit lebih dari setengah dari kekuatan tekan uniaksial. Bahkan dengan kelemahan itu, kekuatan kisi/kulit lebih dari dua kali lipat teknologi aluminium saat ini dari desain yang sama, tidak termasuk bobot komposit yang lebih ringan. Tsai juga mengatakan bahwa aluminium, untuk mencapai sifat kekuatan yang sama seperti yang diberikan oleh desainnya, akan memiliki berat tiga kali lipat.

Apa selanjutnya untuk teknologi ini? Tsai mengatakan itu "siap untuk aplikasi," dan mencantumkan beberapa kemungkinan jenis bagian:struktur badan pesawat, badan kendaraan peluncuran ruang angkasa, panel otomotif, kotak baterai. Idareta mengatakan MTorres sedang mengerjakan iterasi desain, termasuk mengembangkan panel melengkung dan panel barel penuh. Keduanya, katanya, berada dalam jangkauan.

Selain itu, ada beberapa aspek desain Tsai yang dapat dimodifikasi untuk memenuhi berbagai kasus beban. Ini termasuk lebar rusuk, tinggi rusuk, sudut persimpangan dan ruang antar rusuk. Selain itu, meskipun MTorres menggunakan infus untuk membuat panel yang dipamerkan di pameran udara, itu bisa dibuat menggunakan prepreg termoset tradisional.

GKN Dirgantara. Spesialis sayap komersial GKN Aerospace (Redditch, Inggris) mengumumkan di pameran udara bahwa mereka telah memproduksi suku cadang pertama untuk bagian kerjanya pada program Airbus Wing of Tomorrow, lima tahun (2018-2022), multi-perusahaan, Inggris Upaya melontarkan untuk mengembangkan bahan dan teknologi proses untuk fabrikasi tingkat tinggi (100 per bulan) dari sayap komposit serat karbon yang diresapi resin untuk digunakan pada pesawat lorong tunggal generasi berikutnya.

Paul Perera, VP teknologi di GKN Aerospace, hadir di pertunjukan udara dan memberikan rincian lebih lanjut tentang program tersebut. Dia mengatakan GKN saat ini memiliki 60 orang yang mengerjakan spar dan ribs untuk sayap, dengan sebagian besar pekerjaan dilakukan dari Pusat Teknologi Global GKN, yang pindah ke fasilitas baru di Filton, Inggris, akhir tahun ini.

Spar akan menjadi serat kering yang ditempatkan oleh GKN dan kemudian diinfuskan. Tulang rusuk akan dibuat dari komposit termoplastik dan aluminium. National Composites Center (Bristol, UK) sedang mengerjakan beberapa teknologi untuk Wing of Tomorrow, termasuk iCAP (program akuisisi kemampuan digital) untuk mengembangkan solusi otomatisasi berbasis data, serta sistem pemotongan dan penempatan serat otomatis yang dikembangkan oleh Loop Technology (Poundberry , Dorchester, UK) yang akan digunakan dalam fabrikasi sayap. Northrop Grumman (sebelumnya Orbital ATK, Clearfield, Utah, AS) sedang mengembangkan stringer untuk program tersebut. Kulit sayap bawah akan dibuat oleh Spirit AeroSystems di fasilitasnya di Prestwick, Skotlandia; Kulit sayap atas akan dibuat oleh Airbus. Tujuannya adalah pengiriman tiga set kapal ke pabrik sayap Airbus di Broughton, Inggris, untuk perakitan dalam 18 bulan ke depan, dengan yang pertama pada Juni 2020, yang kedua pada akhir 2020 dan yang ketiga pada awal 2021. Pada akhirnya, jika program ini berjalan. seperti yang direncanakan, ini akan membuktikan infus resin sebagai proses yang layak untuk produksi tingkat tinggi sayap komposit untuk lorong tunggal generasi berikutnya. Perera mengatakan bagian spar 1 meter yang diproduksi dan dinilai di fasilitas GKN di Isle of Wight, Inggris menunjukkan bahwa bahan dan prosesnya cocok untuk aplikasi.

Perera mencatat bahwa sebagian besar program Wing of Tomorrow akan berkisar pada pengembangan otomatisasi. Bahkan, katanya, otomatisasi akan menjadi pendorong utama infus resin untuk pembuatan kedirgantaraan generasi berikutnya.

Material Komposit Solvay. Jika Anda mencari bukti bagaimana fokus pada industrialisasi manufaktur kedirgantaraan dan efisiensi produksi mengalir ke pemasok material, lihat saja Solvay Composite Materials (Alpharetta, Ga., AS), yang berada di tengah tahun jamak upaya untuk menilai kembali di mana dan bagaimana memproduksi resin, kaset, dan prepreg tingkat kedirgantaraan. Penekanan Solvay adalah pada pengembangan strategi operasi yang berfokus pada fasilitas yang menghasilkan lebih sedikit jumlah produk pada peralatan yang sangat khusus yang dapat memenuhi persyaratan tingkat dan kualitas pesawat generasi berikutnya. Marc Doyle, VP eksekutif kedirgantaraan Solvay, mengatakan fasilitas baru perusahaan di Wrexham, Wales, Inggris adalah simbol dari upaya ini. Pabrik itu, yang dibuka pada September 2018, hanya menghasilkan dua nomor produk (perekat), tetapi dalam lingkungan yang sangat terstruktur, sangat dioptimalkan, dan dominan otomatisasi yang dirancang untuk memenuhi persyaratan tepat waktu dari pelanggannya. Perusahaan mengharapkan untuk mengikuti model ini dengan semua fasilitas baru, dan akan mencoba untuk mengubah tanaman warisan juga.

Di bagian depan inovasi material, Solvay menyoroti dua upaya penting — satu berfokus pada termoplastik dan yang lainnya pada serat karbon. Mike Blair, Wakil Presiden eksekutif penelitian dan inovasi, mengatakan salah satu tantangan/peluang terbesar termoplastik adalah delta suhu tinggi; yaitu, suhu proses termoplastik yang tinggi dapat menyebabkan masalah koefisien ekspansi termal (CTE) di bagian-bagian saat mendingin, terutama bagian yang besar. Hasil? Ubah kimia poliketon untuk mengurangi suhu proses, tanpa mempengaruhi transisi gelas (T_g ) suhu. Perusahaan juga mencari cara untuk meningkatkan kemampuan proses dan penanganan dalam peralatan otomatis termoplastiknya. “Materi PEEK dan PEKK standar kami benar-benar berfungsi dengan baik,” kata Blair. “Kami hanya perlu memodifikasinya agar lebih mudah beradaptasi.”

Inovasi seputar serat karbon juga menarik. Pada tahun 2017, Solvay mengakuisisi produsen poliakrilonitril (PAN) derek besar Eropa Carbon Fiber GbmH (Kelheim, Jerman), yang memberi Solvay pasokan PAN baru dan sehat untuk serat karbon derek 50K. Mengingat hal ini, tantangan diajukan:Dapatkah serat karbon derek besar diformat untuk memberikan karakteristik kinerja serat karbon derek kecil modulus menengah (IM)? Blair mengatakan ide itu menggugah pikiran, tetapi tidak sepele. Dia mencatat bahwa hanya menangani serat penarik 50K dapat merusak serat dengan sendirinya. Jadi, tanpa mengungkapkan terlalu banyak tentang apa yang ada dalam pikiran Solvay, Blair mengatakan perusahaan sedang mengerjakan teknologi penanganan yang dirancang untuk menghindari kerusakan serat. “Jadwal agresif untuk ini,” katanya, “akan menjadi 18 bulan.”

Komposit Lanjutan Toray. Mantan TenCate Advanced Composites kini telah sepenuhnya diserap oleh Toray dan, sejak Maret, digunakan oleh Toray Advanced Composites (Morgan Hill, California, AS). Steve Mead, direktur pelaksana, mengatakan EVOTL adalah salah satu yang sangat aktif untuk perusahaan saat ini (termoset dan termoplastik). Dia mencatat bahwa “kami memasok materi untuk program EVOTL yang sedang berkembang,” menambahkan bahwa “komposit adalah pendukung sejati karena bobot baterai parasit pada pesawat ini. Bahan non-komposit bukanlah pilihan.” Kombinasi fabrikasi kualitas kedirgantaraan dengan harga otomotif sangat menarik, katanya.

Eviasi. Di antara perkenalan profil yang lebih tinggi di Paris Air Show adalah Alice , pesawat semua-listrik, semua-komposit yang diperkenalkan oleh Eviation (Kadima-Tzoran, Israel). Alice adalah pesawat angkut regional sembilan kursi yang memiliki jangkauan 650 mil/1.000 kilometer dengan kecepatan jelajah 240 knot. Pesawat ini memiliki satu baling-baling pendorong utama di bagian ekor dan dua baling-baling pendorong tambahan di ujung sayap untuk mengurangi hambatan dan menciptakan redundansi. Omar Bar-Yohay, CEO Eviation, memperkenalkan pesawat tersebut dan mengatakan uji terbang akan dilakukan di Moses Lake, Wash., AS, diikuti dengan sertifikasi Federal Aviation Administration (FAA) AS pada akhir 2020 atau awal 2021. daftar harga $ 4 juta dan Bar-Yohay mengatakan bahwa perusahaan sepenuhnya didanai melalui sertifikasi dan produksi awal.

Omar Bar-Yohay, CEO Eviation, berdiri di depan Alice, dan pesawat serba listrik, semua komposit, sembilan kursi yang diharapkan memasuki pasar pada tahun 2021. Sumber | CW

Pesawat yang dipamerkan di pameran itu adalah prototipe non-terbang yang dirakit seminggu sebelumnya. Di mana dan bagaimana pesawat ini pada akhirnya akan diproduksi masih harus dilihat. Prototipe, pada bagiannya, dirakit dari struktur komposit yang dibuat oleh beberapa pemasok. Salah satunya adalah Multiplast (Vannes, Prancis), bagian dari Carboman Group SA (Vannes), gabungan lima perusahaan yang juga mencakup Keputusan (Ecublens, Swiss), SNE SMM (Lanester, Prancis), Plastinov (Samazan, Prancis) dan Plastéol (Samazan). Multiplast, yang memiliki sejarah dalam pembuatan struktur kelautan, membuat badan pesawat untuk Alice keluar dari autoclave (OOA) menggunakan struktur sandwich dengan inti sarang lebah Nomex. Badan pesawat dibangun dalam dua bagian berdasarkan konfigurasi garis tengah kanan/port, dengan dua bagian badan pesawat diikat/diikat bersama (lihat video selang waktu di bawah). Multiplast tidak tahu apakah akan memenangkan kontrak untuk produksi seri kerajinan, tetapi perusahaan mengatakan sedang menilai apa yang akan dibutuhkan dari perspektif bahan dan proses untuk industrialisasi fabrikasi. Sayap dan fairing perut untuk Alice dipasok oleh Composite Cluster Singapore (CCS).

Strategi. Spesialis mesin manufaktur aditif (AM) Stratasys (Eden Prairie, Minn., A.S.) hadir di Paris Air Show untuk menekankan kemampuannya menggunakan AM untuk produksi suku cadang dan perkakas. Untuk pembuatan komposit, penekanannya adalah pada perkakas. Perusahaan memiliki dua cetakan yang dibuat menggunakan mesin Stratasys. Bahannya adalah ULTEM 1010 SABIC, polieterimida tanpa penguat (PEI) yang kondusif untuk pemrosesan autoklaf. Cetakan pertama adalah untuk fabrikasi ujung depan sayap serat karbon dan dilengkapi elektroda dalam cetakan untuk meningkatkan kapasitas pemanasan prepreg dan mengurangi waktu pengeringan dari 1,5 jam menjadi hanya 10 menit. Bagian lainnya adalah alat layup yang dibuat oleh Boom Aerospace (Centennial, Colo., U.S.) untuk produksi suku cadang kecil untuk Overture pesawat komersial supersonik yang sedang dikembangkan perusahaan. Scott Sevcik, VP solusi manufaktur di Stratasys, mengatakan Boom memiliki dua mesin Stratasys yang sudah digunakan, dengan yang ketiga dikirimkan akhir tahun ini. Sevcik mengatakan Stratasys diharapkan untuk memperkenalkan dua material baru yang diperkuat serat karbon untuk penggunaan AM akhir tahun ini; Stratasys, katanya, juga sedang mengerjakan penguatan serat berkelanjutan untuk AM.

Alat layup ini dibuat oleh Boom Aerospace menggunakan sistem manufaktur aditif Stratasys. Bahan ULTEM tidak diperkuat (PEI). Sumber | CW

Boom Aerospace. Pengumuman heboh lainnya di Paris Air Show datang dari Boom Aerospace (Englewood, Colo., A.S.), yang, sebagaimana disebutkan, sedang mengembangkan Overture , sebuah pesawat penumpang supersonik baru. CEO dan pendiri Boom Blake Scholl mengatakan dalam konferensi pers bahwa Boom hampir menyelesaikan XB-1 intensif komposit. , prototipe subskala dari Overture yang diharapkan akan diluncurkan pada akhir 2019 dan uji terbang sekitar tahun 2020. Penerbangan uji ini, kata Scholl, dirancang untuk membantu Boom menilai prinsip-prinsip desain dan rekayasa pesawat, dan menerapkan pelajaran yang didapat pada desain akhir dan produksi pesawat. Pembukaan , yang diharapkan mulai beroperasi pada pertengahan 2020-an. Ini adalah jadwal yang lebih lama dari yang diperkirakan pertama kali oleh Boom. “Ini adalah proyek yang ambisius,” kata Scholl. “Pada hari-hari awal, mudah untuk menjadi terlalu optimis.”

Pesawat Overture komposit-intensif Boom Aerospace akan menawarkan penerbangan supersonik dengan kecepatan Mach 2.2. Sumber | CW

Pembukaan diharapkan memiliki kecepatan maksimum Mach 2.2, ketinggian jelajah 60.000 kaki (19.354 meter) dan akan membawa penumpang (55-75) dari Sydney ke Los Angeles hanya dalam 7 jam, atau Washington D.C. ke London hanya dalam 3,5 jam. Scholl menyatakan bahwa biaya tiket pada Overture diharapkan kompetitif, berdasarkan kursi per mil, dengan harga maskapai saat ini. Scholl juga mengatakan bahwa Overture diharapkan menggunakan teknologi yang disebut Prometheus Fuels, yang mengubah karbon atmosfer menjadi bensin atau, dalam kasus Boom, bahan bakar jet, menggunakan listrik yang bersumber dari sumber daya terbarukan. Dengan cara ini, katanya, pesawat akan memberikan penerbangan supersonik nol karbon.