Proyek STUNNING Capai Kulit Fuselage Termoplastik 8,5 Meter, Memajukan Desain Pesawat Berkelanjutan
Sebagai bagian dari inisiatif Clean Sky 2 Uni Eropa, industri penerbangan mencari jalur menuju keberlanjutan, khususnya melalui transisi dari aluminium ke komposit yang diperkuat serat karbon untuk meningkatkan struktur pesawat dan sangat mengurangi emisi. Demonstrator Fuselase Multifungsi Clean Sky 2 (MFFD) adalah salah satu program yang dimulai pada 2017, terdiri dari berbagai proyek individu dan paket pekerjaan. Khususnya, proyek STUNNING (SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe), yang bertujuan mengembangkan bagian bawah fuselage MFFD, baru-baru ini menghasilkan kulit fuselage panjang 8,5 meter yang terbuat dari termoplastik melalui penempatan serat otomatis (AFP).
STUNNING dipimpin oleh GKN Fokker (Papendrecht, Belanda) dengan mitra utama Diehl Aviation (Laupheim, Jerman), Pusat Penerbangan Belanda (NLR, Amsterdam, Belanda) dan Institut Teknologi Delft (TU Delft, Delft, Belanda). Proyek bertujuan untuk memajukan proses perakitan otomatis, teknologi pembuatan dan pengelasan termoplastik, pengembangan desain dan pembuatan terintegrasi serta arsitektur sistem listrik canggih.
“Kira-kira setengah industri penerbangan di Eropa terlibat dalam proyek MFFD, karena kami benar-benar meneliti berbagai teknik manufaktur semuanya dengan keberlanjutan di pikiran,” ungkap Joachim de Kruijk, insinyur komposit senior R&D di NLR. “Dalam meneliti berbagai opsi pembuatan dan bahan, kami yakin cara terbaik untuk mencapai tujuan struktur fuselage yang lebih berkelanjutan adalah memanfaatkan generasi baru bahan termoplastik. Kami melihat bahwa bahan semacam itu dapat mengubah pendekatan pembuatan dan teknik desain yang dapat menghasilkan pesawat yang jauh lebih ringan, yang berarti konsumsi bahan bakar lebih rendah dan emisi CO2 dan NOx yang lebih rendah, sambil mempertahankan kekuatan dan keamanan yang kami harapkan dari pesawat aluminium tradisional.”
Sejumlah pesawat modern, seperti Airbus A350 XWB dan Boeing 787 Dreamliner sudah menggunakan bahan komposit termoest dalam konstruksi bagian dan brak serta bahkan kulit fuselage, catat Clean Sky. Namun, dalam proyek STUNNING, para ahli di GKN Fokker dan NLR diberi tugas untuk desain manufaktur yang memungkinkan tingkat produksi tinggi untuk bagian struktural besar untuk pesawat.
“Salah satu peningkatan nyata yang ditawarkan oleh penggunaan termoplastik adalah bahwa selama proses pembuatan dan perakitan, berbeda dengan termoest, bahan ini dapat dipanaskan dan dipanaskan ulang berkali-kali untuk memastikan keseragaman dan pengikatan,” menjelaskan De Kruijk. “Dalam STUNNING, salah satu tujuan kami adalah untuk menunjukkan bagaimana proses berbeda dapat digabungkan untuk membangun komponen struktural dan non-struktural untuk integrasi lengkap. Untuk melakukan ini, kami bertujuan untuk membangun setengah bawah seluruh fuselage untuk mendapatkan wawasan tidak hanya tentang kemanufakturan kulit pesawat, tetapi juga substruktur seperti penguat di bawah kulit, dan bagian struktural lain seperti balok lantai, serta bagian kabin, sistem dan bahkan pintu muatan.”
Dengan tujuan yang tinggi ini, mitra-mitra bertujuan untuk menguji berbagai teknik manufaktur untuk membangun berbagai bagian dan struktur yang akan diintegrasikan ke dalam fuselage. Untuk NLR, ini berarti menguji pengetahuan dan kemampuan produksi dengan bagian terbesar dari semuanya, perut bawah struktur fuselage. Dengan bantuan mesin AFP canggih internalnya, NLR reportedly telah mencapai sasaran, membangun setengah bawah kulit fuselage — satu bagian, berukuran 8,5 meter panjang x 4 meter diameter — yang dikatakan sebagai bagian termoplastik tunggal terbesar yang pernah dibuat.
Ini bukan prestasi kecil, kata Clean Sky. Meskipun bahan komposit seperti termoest semakin banyak digunakan dalam konstruksi pesawat, bagian termoplastik besar relatif baru di bidang ini, yang juga berarti bisa sedikit lebih mahal, dibandingkan. Namun menurut De Kruijk, itu hanya nilai muka, karena manfaat jauh melebihi harga.
“Karena lebih baru dan karena sifatnya, termoplastik sedikit lebih mahal daripada termoest. Tapi ada sejumlah faktor yang membedakan yang membuat penggunaan bahan baru ini layak. Misalnya, termoplastik sedikit lebih ringan daripada termoest karena merupakan matriks bahan yang lebih kuat dan memiliki resistensi lebih baik terhadap kerusakan dampak, yang penting,” menjelaskan De Kruijk. “Di luar itu, namun, adalah cara bahan dapat digunakan dalam manufaktur. Untuk menghubungkan berbagai bagian atau potongan termoplastik, Anda cukup memanaskan bahan untuk melelehatkannya bersama. Itu berarti kami menghilangkan ratusan ribu pengikat yang memegang pesawat konvensional, yang tanpa ragu akan mengarah pada penghematan berat yang lebih dramatis.”
Topik lain yang menjadi tugas NLR untuk diteliti adalah bagaimana memeriksa, memelihara dan memperbaiki pesawat yang terbuat dari termoplastik. Sejauh ini, penggunaan bagian komposit besar di pesawat terbatas, yang berarti ada jauh lebih sedikit data dan praktik dalam pemeriksaan, pemeliharaan dan kemampuan perbaikan.
“Saat ini, kami sedang mengembangkan teknologi untuk sejumlah teknik inspeksi non destruktif [NDI] untuk memeriksa pesawat, seperti termografi dan shearography, tetapi teknologi tersebut masih berkembang. Saat ini, kami menggunakan inspeksi ultrasonik untuk memeriksa cacat dan masalah, tetapi itu dapat menjadi proses yang memakan waktu,” saran De Kruijk. “Namun, inspeksi dan pemeliharaan pesawat konvensional saat ini juga lambat. Karena sifat termoplastik, dengan kemampuan untuk dipanaskan ulang dan dilelehat bersama, kami melihat bahwa pemeliharaan dapat dilakukan jauh lebih cepat daripada pada pesawat tradisional. Bayangkan berapa banyak waktu yang dapat dihemat dengan tidak perlu memeriksa setiap baut satu per satu di seluruh struktur, secara individual.”
Karena ukuran kulit akhir, dua segmen diproduksi. Dengan penyelesaian penatausahaan segmen kedua 90 derajat kulit bawah fuselage, langkah selanjutnya adalah mengonsolidasikan dan menggabungkan dua segmen 90 derajat kulit bawah fuselage menjadi segmen kulit fuselage 180 derajat. Untuk melakukan ini, namun, reportedly memerlukan autoclave yang sangat besar yang mampu menempatkan dan memanaskan potongan yang terlalu besar untuk menggabungkannya. Karena tidak ada autoclave semacam itu di Belanda, dua bagian setengah dikirim ke Jerman untuk integrasi. Proses dijadwalkan akan terjadi pada akhir Juni.
“Asumsi kami dapat melanjutkan koneksi dua bagian fuselage ini pada Juni, kami berharap dapat memiliki kulit yang terkonsolidasi kembali di NLR pada musim panas untuk memulai proses NDI terperinci untuk menguji dan memverifikasi keberhasilannya serta menegaskan kualitas kulit bawah fuselage yang lengkap,” gambarkan De Kruijk. “Setelah itu, kami akan mengirimkannya kepada mitra kami di GKN Fokker, tempat berbagai bagian yang dikembangkan dalam proyek STUNNING dapat dirakit dan diintegrasikan sepenuhnya.”
Untuk ringkasan lengkap proyek MFFD, lihat “Moving forward on the Multifunctional Fuselage Demonstrator (MFFD).” Untuk lebih banyak tentang pengelasan induksi, lihat webinar ini yang disajikan oleh GKN Fokker.
Proyek ini telah menerima dana dari Clean Sky 2 Joint Undertaking (JU) berdasarkan perjanjian hibah No 945583. JU menerima dukungan dari program penelitian dan inovasi Horizon 2020 Uni Eropa dan anggota Clean Sky 2 JU selain Uni.
