Memajukan Demonstrator Fuselase Multifungsi: Inovasi Penerbangan Berkelanjutan Pionir
Pengurangan emisi bahan bakar dan konsumsi energi, serta kemampuan untuk memproduksi pesawat komersial satu gang dengan tarif paling sedikit 60 per bulan, mendorong pengembangan teknologi partnerstwo Eropa Clean Sky 2 untuk generasi pesawat berikutnya yang meluncurkan ke langit pada 2035 dan seterusnya. Komposit ringan dan proses manufaktur yang lebih cepat serta lebih sadar lingkungan menjadikan tujuan ini kenyataan, terutama untuk proyek Multifunctional Fuselage Demonstrator (MFFD).
Hasil utama proyek ini, yang dipimpin oleh Airbus (Hamburg, Jerman) dengan mitra dari akademi dan industri penerbangan, adalah demonstrator tabung fuselage pesawat komersial satu gang komposit termoplastik panjang 8 meter, yang akan diproduksi pada 2022. MFFD adalah salah satu dari tiga bagian fuselage skala penuh yang diproduksi dalam Large Passenger Aircraft (LPA) Innovative Aircraft Demonstrator Platform (IADP) milik Clean Sky 2.
Dimulai pada 2014, tujuan proyek MFFD meliputi:
- Mengaktifkan tarif produksi 60-100 pesawat per bulan
- Mengurangi berat fuselage 1.000 kilogram
- Mengurangi biaya rutin sebesar 20%.
Untuk mencapai tujuan ini, puluhan proyek individu dan paket pekerjaan sedang diselesaikan, dengan dua struktur utama yang diproduksi: cangkang fuselage atas dan cangkang fuselage bawah, yang akan diweld bersama untuk membentuk demonstrator akhir. Faktanya, joining tanpa debu (tanpa fastener atau lubang) melalui welding adalah salah satu komponen utama program. Keduanya difabriken dari prepreg komposit termoplastik serat karbon Toray Cetex TC1225 low-melt polyaryletherketone (PAEK) dari Toray Advanced Composites (Morgan Hill, California, AS). Menurut Dr.-Ing. Lars Larsen, kepala teknologi joining dan assembly di German Aerospace Center (DLR; Augsburg, Jerman), kedua setengahnya akan menguji penggunaan teknik manufaktur yang berbeda.
Bagian bawah fuselage MFFD diproduksi melalui proyek STUNNING (SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe), yang sendiri memiliki banyak proyek di bawahnya (seperti MECATESTERS, yang difokuskan pada welding induksi). Bagian bawah akan terdiri dari cangkang fuselage bawah dengan stringer dan frame yang diweld, struktur lantai kabin dan cargo serta elemen interior dan sistem yang relevan.
STUNNING dipimpin oleh GKN Fokker (Papendrecht, Belanda) dengan mitra kunci Diehl Aviation (Laupheim, Jerman), Netherlands Aerospace Centre (NLR; Amsterdam, Belanda) dan Delft University of Technology (TU Delft; Delft, Belanda). Proyek bertujuan untuk memajukan proses assembly otomatis, manufaktur termoplastik dan teknologi welding, pengembangan terpadu desain dan manufaktur serta arsitektur sistem listrik canggih.
“Dampak industri kami adalah dua kali lipat: tingkat otomatisasi yang kami terapkan pada assembly demonstrator, dan mengembangkan cara berkelanjutan untuk memproduksi bagian,” kata Dr. Bas Veldman, program manager di GKN Fokker.
Menurut makalah yang diterbitkan Veldman pada Februari 2020, assembly modular fuselage bawah adalah kunci untuk mencapai tujuan waktu produksi cepat. Untuk memproduksi kulit utama fuselage, preform besar yang terbuat dari prepreg serat karbon/termoplastik diletakkan oleh mesin automated tape laying (ATL) yang dipanaskan ultrasonik atau laser tetapi tidak dikonsolidasikan in-situ. Detail diletakkan oleh mesin automated fiber placement (AFP). Robot kemudian menempatkan preform di dalam cetakan konsolidasi betina, dan setelah dibungkus, kulit dikonsolidasikan di autoclave. Menurut Veldman, proses out-of-autoclave juga sedang diteliti. Stringer dan frame akan diweld ke kulit.
“Awalnya, rencana adalah untuk memproduksi semua bagian tahun ini,” kata Veldman, tetapi karena keterlambatan terkait coronavirus, “Ini sekarang beralihan ke tahun depan juga. Tetapi kami sudah memiliki banyak bagian yang telah selesai,” termasuk banyak bagian press-formed yang lebih kecil seperti klip, strut dan bracket yang akan digunakan untuk melekatkan kursi pesawat dan komponen lainnya. Menafginkan manufaktur berkelanjutan, Veldman menambahkan bahwa beberapa klip diproduksi dari potongan sisa yang digunakan kembali dari bagian lain pada demonstrator, melalui proyek Clean Sky 2 yang disebut ECO-CLIP.
Dimulai awal 2020, konsorsium yang memproduksi setengah atas panjang 8 meter meliputi Airbus, Premium Aerotec (Augsburg, Jerman), yang adalah pemimpin desain struktural dan industri; DLR, yang bertanggung jawab atas pengembangan layup kulit dan teknologi welding; dan Aernnova (Vitoria-Gasteiz, Spanyol), yang memproduksi stringer.
Desain untuk separuh atas. Foto Kredit: German Aerospace Center (DLR)
Untuk industri penerbangan untuk beralih ke bahan termoplastik yang lebih mahal, Larsen mengatakan, “Kami harus menunjukkan bahwa kami dapat menghemat biaya selama produksi.” Konsorsium setengah atas mengembangkan teknologi advanced fiber placement (AFP) baru dengan, secara menonjol, konsolidasi in-situ untuk layup kulit serat karbon/PAEK, serta industrialisasi welding ultrasonik kontinu dan welding resistance untuk integrasi stringer, frame dan komponen lainnya, meningkatkan keselamatan dan mengurangi biaya. DLR pertama membangun cangkang uji pre-demonstrator panjang 1 meter untuk memvalidasi teknologi sebelum demonstrator skala penuh dibangun, dan berencana untuk memiliki kulit untuk cangkang pre-demonstrator diproduksi pada akhir 2020. Integrasi stringer dijadwalkan pada awal 2021.
Versi skala penuh dari kedua setengahnya diharapkan selesai pada akhir 2021. Setelah selesai, mereka akan diweld menjadi demonstrator akhir di Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM (Stade, Jerman).
