Pameran Udara Paris 2019: Sorotan Utama dan Wawasan Industri
Tampilan statis angkut udara militer Airbus A400M yang intensif komposit di Pameran Udara Paris 2019. Sumber | CW
Harapan bercampur-paduran memasuki Pameran Udara Paris 2019 (17-23 Juni). Boeing, diharapkan, akan membangun lebih banyak landasan untuk Pesawat Tengah Baru (NMA), tetapi krisis 737 MAX telah menghabiskan banyak energi dan perhatian perusahaan. Memang, pada hari pertama pameran udara, Boeing memberikan pengumuman yang sangat umum tentang kondisi bisnis dan menerbitkan ramalan pesawat komersial 20 tahunnya. Tidak ada tentang NMA. Sorotan terbesar yang dibuat Boeing selama pameran adalah berita bahwa telah menjual 200 pesawat 737 MAX kepada International Airline Group (IAG).
Airbus, sebaliknya, mengumumkan A321XLR (LR = long range), iterasi terbaru dari A320neo. Direncanakan untuk memasuki layanan pada 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 opsi narrow-body yang lebih murah bagi maskapai pada rute yang sekarang terutama dilayani oleh pesawat wide-body yang lebih mahal. Rute semacam itu termasuk New York-Rio, Shanghai-Sydney dan Madrid-Dubai.
Meski tidak ada berita NMA, di antara perusahaan terkait komposit yang memamerkan di Pameran Udara Paris, tetap ada upaya pasti untuk mengembangkan dan menyelaraskan teknologi material dan proses untuk memenuhi tuntutan apa pun yang Boeing dan Airbus tempatkan pada rantai pasokan dalam dekade mendatang. Ini mencakup prepreg termoset tradisional dengan pengeringan autoclave, infusi resin cair serat kering dengan pengeringan out-of-autoclave, komposit termoplastik dan manufaktur tambahan. Rasa harapan di seluruh rantai pasokan terasa.
EVTOL ini, dari Boeing, adalah salah satu dari beberapa yang ditampilkan di Pameran Udara Paris. Sumber | CW. Di garis terbang, ada array yang biasa dari pesawat komersial, militer dan sipil, dengan demonstrasi penerbangan harian. Terlihat di udara adalah demonstrasi pesawat listrik, yang merupakan kontras yang tajam dan tenang dengan deriak membeku yang terkait dengan jet pejuang dan komersial. Dalam tampilan statis, ada sejumlah EVTOL (electric vertical takeoff and landing) yang ditargetkan ke pasar mobilitas perkotaan. Tipe pesawat ini, khususnya, terbukti menjadi target signifikan dari material komposit, yang merupakan keharusan untuk penerbangan listrik. Namun, volume produksi beberapa platform ini kemungkinan akan mencapai ribuan per tahun, yang mendorong teknologi material dan proses lebih ke model produksi yang mirip otomotif. Dengan demikian, EVTOL masih muda, mengingat hambatan regulasi, kualifikasi dan manajemen ruang udara yang belum teratasi.
Berikut adalah sorotan dari pameran.
Spirit AeroSystems. Pembuat pesawat terbesar di dunia, Spirit AeroSystems (Wichita, Kan. AS), memulai pameran hari Senin pagi dengan konferensi pers yang memperkenalkan panel fuselage ASTRA (Advanced Structures Technology and Revolutionary Architecture), yang dirancang untuk menunjukkan bagaimana fuselage komposit penuh dapat dirancang untuk memenuhi persyaratan performa, tingkat dan biaya pesawat narrow-body generasi depan. Desain dan pembuatan panel tersebut diceritakan dalam cerita mandiri di sini.
Sisi belakang panel fuselage demonstrator ASTRA Spirit AeroSystems untuk pesawat narrow-body generasi depan, tingkat tinggi. Sumber | CW MTorres. Panel komposit lain yang patut diperhatikan di pameran ditemukan di stand MTorres (Torres de Elorz, Navarra, Spanyol). “Grid/skin structure” yang dipekatkan tulang ini, yang diproduksi melalui infusi resin serat karbon kering, sebenarnya adalah pikiran Stephen Tsai, veteran komposit dan profesor ilmu penerbangan dan astronotika, emeritus, di Universitas Stanford, yang ada di stand MTorres untuk menjelaskannya. Tsai mengatakan ia merancang desain ini beberapa tahun lalu dan berdasarkannya pada struktur grid/skin yang digunakan dalam pembuatan Vickers Wellington, bomber Inggris Perang Dunia II yang diproduksi oleh Vickers-Armstrongs dan terkenal karena mempertahankan integritas struktural dalam tabrakan. Untuk mewujudkan desain ini dalam aplikasi komposit, Tsai merancang tulang dalam struktur jaring, dengan setiap tulang memiliki lebar dan tinggi tetap, dan jarak antar tulang juga tetap.
Steve Tsai berdiri dengan panel yang dipekatkan tulang yang dirancangnya dan MTorres membantu memproduksinya. Kunci pendukung adalah penempatan serat yang akurat untuk membangun tulang. Sumber | CW
Tantangan desainnya, kata Tsai, adalah mengembangkan persimpangan tulang yang dapat menahan beban mekanik besar. Apa yang ia dapatkan adalah arsitektur tulang yang menggunakan tep serat karbon ditempatkan secara kontinu di satu arah (sebutlah A), dan secara tidak kontinu di arah yang bersilang (sebutlah B). Kemudian, untuk lapisan berikutnya, tep akan ditempatkan secara tidak kontinu di arah A dan secara kontinu di arah B. Pola ini akan dilanjutkan sampai ketebalan tulang yang diinginkan tercapai. Dengan cara ini, setiap persimpangan tulang akan selalu disilangi oleh tep kontinu. Setelah tulang dibangun dalam cetakan, kulit diletakkan di atasnya melalui penempatan serat otomatis (AFP) atau penempatan tepat otomatis (ATL) dan seluruh struktur dikeringkan bersama.
Keuntungan desain ini, kata Tsai, adalah beberapa, tetapi yang utama adalah bahwa “sulit bagi kerusakan untuk melampaui area lokal,” yang berarti retakan yang menyebar di kulit tidak mudah melampaui tulang yang membatasi wilayah yang terpengaruh. Tsai juga mengatakan bahwa struktur grid/skin sangat efisien dalam hal bobot dan material. Masih, ia mencatat, “Ini mudah dirancang tetapi sulit dibuat.” Di sinilah MTorres masuk.
Tampilan dekat persimpangan tulang pada panel yang dipekatkan tulang MTorres di Pameran Udara Paris. Tsai mengatakan desainnya dapat memiliki aplikasi dalam bagian penerbangan luar angkasa dan otomotif. Sumber | CW Tsai mengatakan faktor pembatas dalam pembuatan desain panelnya telah menjadi penempatan tep tulang. Untuk sepenuhnya diindustrialisasi, mereka membutuhkan kecepatan dan akurasi pemotongan penempatan tep yang, hingga akhir-akhir ini, belum mungkin. 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 menyesuaikan teknologi MTorres dengan aplikasi ini. Ada dua tantangan, kata Idareta di pameran udara: penyesuaian kecepatan dan akurasi pemotongan penempatan tep, di mana kemampuan AFP cut-on-the-fly MTorres adalah kunci untuk menjaga kecepatan layup konstan tinggi; dan pengembangan solusi alat yang memungkinkan pembangunan setiap tulang tanpa kehilangan integritas tumpukan. Lebih lanjut, penggunaan format serat karbon kering milik MTorres untuk aplikasi AFP diperlukan untuk membuat infusi yang menantang ini berhasil. Semua telah dicapai, kata Idareta. Juga dicapai, berdasarkan desain Tsai, adalah penggunaan penempatan serat off-angle di kulit panel, yang empat lapis dan sekitar 1,2 mm tebal.
Gambar sederhana Jeff Sloan yang mencoba menunjukkan bagaimana tulang dibangun. Serat kontinu ditempatkan pertama kali di satu arah (A), sementara serat tidak kontinu ditempatkan di arah lain (B). Untuk lapisan berikutnya, serat kontinu ditempatkan di arah B, sementara serat tidak kontinu ditempatkan di arah A. Dengan cara ini, persimpangan tulang selalu dilindungi oleh serat kontinu. Sumber | CW Serat karbon yang digunakan adalah material kering 50K dari Mitsubishi Chemical Carbon Fiber & Composites Inc. (Sacramento, Calif., AS), dipilih terutama karena beruntung menjadi material yang dimiliki MTorres. Resin adalah epoxy standar grade industri yang diperkuat. Idareta mengatakan panel telah diuji oleh Alan Nettles di NASA dan berperforma baik. Penggabungan tulang/kulit khususnya, katanya, sangat baik. Tsai mengakui bahwa titik lemah panel adalah persimpangan tulang yang merupakan laminat cross-ply [0/90]. Tulangnya semua [0]. Jadi persimpangan memiliki sekitar setengah kekuatan tarik uniaksial dan sedikit lebih dari setengah kekuatan tekan uniaksial. Meski kelemahan itu, kekuatan grid/skin lebih dari dua kali teknologi aluminium dengan desain yang sama, tidak menghitung bobot lebih ringan dari komposit. Tsai juga mengatakan bahwa aluminium, untuk mencapai properti kekuatan yang sama yang diberikan oleh desainnya, akan berimbang tiga kali lebih banyak.
Apa selanjutnya untuk teknologi ini? Tsai mengatakan ini “siap untuk aplikasi,” dan mencantumkan beberapa jenis bagian yang mungkin: struktur fuselage, badan kendaraan peluncur ruang angkasa, panel otomotif, kotak baterai. Idareta mengatakan MTorres sedang mengembangkan ulang desain, termasuk mengembangkan panel melengkap dan panel barrel penuh. Keduanya, katanya, berada dalam jangkauan.
Juga, ada beberapa aspek dari desain Tsai yang dapat dimodifikasi untuk memenuhi berbagai kasus beban. Ini mencakup lebar tulang, tinggi tulang, sudut persimpangan dan jarak antar tulang. Juga, meski MTorres menggunakan infusi untuk membuat panel yang ditampilkan di pameran udara, ini dapat diproduksi menggunakan prepreg termoset tradisional.
GKN Aerospace. Spesialis sayap komersial GKN Aerospace (Redditch, Inggris) mengumumkan di pameran udara bahwa telah memproduksi bagian pertama untuk bagiannya dalam program Wing of Tomorrow Airbus, upaya lima tahun (2018-2022), multi-perusahaan, UK Catapult untuk mengembangkan teknologi material dan proses untuk pembuatan sayap komposit serat karbon yang diinfusi resin dengan tingkat tinggi (100 per bulan) yang akan digunakan pada pesawat narrow-body generasi depan.
Paul Perera, VP teknologi di GKN Aerospace, ada di pameran udara dan memberikan detail lebih lanjut tentang program. Dia mengatakan GKN saat ini memiliki 60 orang yang bekerja pada spar dan tulang sayap, dengan sebagian besar pekerjaan dilakukan di Global Technology Center GKN, yang akan pindah ke fasilitas baru di Filton, Inggris, akhir tahun ini.
Spar akan ditempatkan serat kering oleh GKN dan kemudian diinfusi. Tulang akan diproduksi dari komposit termoplastik dan aluminium. Pusat Komposit Nasional (Bristol, Inggris) sedang mengerjakan beberapa teknologi untuk Wing of Tomorrow, termasuk iCAP (program kemampuan digitalisasi data) untuk mengembangkan solusi otomatisasi berbasis data, serta sistem pemotongan dan penempatan serat otomatis yang dikembangkan oleh Loop Technology (Poundberry, Dorchester, Inggris) yang akan digunakan dalam pembuatan sayap. Northrop Grumman (dahulu Orbital ATK, Clearfield, Utah, AS) mengembangkan stringer untuk program. Kulit bawah sayap akan diproduksi oleh Spirit AeroSystems di fasilitasnya di Prestwick, Skotlandia; kulit atas sayap akan diproduksi oleh Airbus. Tujuan adalah pengiriman tiga set kapal ke pabrik sayap Airbus di Broughton, Inggris, untuk perakitan dalam 18 bulan ke depan, yang pertama pada Juni 2020, yang kedua pada akhir 2020 dan yang ketiga pada awal 2021. Pada akhirnya, jika program berjalan sesuai rencana, itu akan membuktikan infusi resin sebagai proses yang berkelanjutan untuk produksi volume tinggi sayap komposit untuk pesawat narrow-body generasi depan. Perera mengatakan bagian spar 1 meter yang diproduksi dan dinilai di fasilitas GKN di Isle of Wight, Inggris menunjukkan bahwa material dan proses cocok untuk aplikasi ini.
Perera mencatat bahwa bagian besar dari program Wing of Tomorrow akan berputar di sekitar pengembangan otomatisasi. Faktanya, katanya, otomatisasi akan menjadi pendukung kunci infusi resin untuk manufaktur penerbangan luar angkasa generasi depan.
Solvay Composite Materials. Jika Anda mencari bukti bagaimana fokus pada industrialisasi manufaktur penerbangan luar angkasa dan efisiensi produksi menyusul ke pemasok material, lihatlah Solvay Composite Materials (Alpharetta, Ga., AS), yang tengah dalam upaya multi-tahun untuk menilai ulang di mana dan bagaimana menghasilkan resin, tep dan prepreg grade penerbangan luar angkasa. Penekanan untuk Solvay adalah pada pengembangan strategi operasional yang berfokus pada fasilitas yang menghasilkan jumlah produk yang lebih sedikit pada perangkat yang sangat spesialisasi yang dapat memenuhi persyaratan tingkat dan kualitas pesawat generasi depan. Marc Doyle, executive VP penerbangan luar angkasa Solvay, mengatakan fasilitas baru perusahaan di Wrexham, Wales, Inggris adalah simbol dari upaya ini. Pabrik tersebut, yang dibuka pada September 2018, hanya menghasilkan dua nomor produk (perekat), tetapi dalam lingkungan yang sangat terstruktur, sangat dioptimalkan, dominasi otomatisasi yang dirancang untuk memenuhi persyaratan just-in-time pelanggannya. Perusahaan berharap untuk mengikuti model ini dengan semua fasilitas baru, dan akan mencoba mengonversi pabrik lama juga.
Di bidang inovasi material, Solvay menyoroti dua upaya yang patut diperhatikan — satu yang difokuskan pada termoplastik dan yang lain pada serat karbon. Mike Blair, executive VP penelitian dan inovasi, mengatakan salah satu tantangan/kesempatan terbesar dari termoplastik adalah delta suhu yang tinggi; yaitu, suhu proses termoplastik yang tinggi dapat menyebabkan masalah koefisien ekspansi termal (CTE) pada bagian saat pendingin, terutama bagian besar. Tujuan? Modifikasi kimia poliketon untuk mengurangi suhu proses, tanpa mempengaruhi suhu transisi kaca (Tg). Perusahaan juga melihat cara untuk meningkatkan kemampuan diproses dan penanganan termoplastiknya dalam perangkat otomatis. “Material PEEK dan PEKK standar kami sebenarnya bekerja baik,” kata Blair. “Kami hanya perlu memodifikasinya untuk membuatnya lebih dapat disesuaikan.”
Inovasi di sekitar serat karbon juga sama menarik. Pada 2017, Solvay akuisisi produsen poliakrilonitril (PAN) tow besar European Carbon Fiber GbmH (Kelheim, Jerman), yang memberikan Solvay pasokan PAN yang baru dan sehat untuk serat karbon tow 50K. Dengan demikian, tantangan diajukan: Dapatkah serat karbon tow besar diformat untuk memberikan karakteristik performa serat karbon tow kecil modulus menengah (IM)? Blair mengatakan ide ini memprovokasi pemikiran, tetapi tidak trivial. Dia mencatat bahwa hanya menangani serat tow 50K dapat, pada dasarnya, merusak serat. Jadi, tanpa mengungkap terlalu banyak tentang apa yang dimiliki Solvay, Blair mengatakan perusahaan sedang mengembangkan teknologi penanganan yang dirancang untuk menghindari kerusakan serat. “Jadwal agresif untuk ini,” katanya, “adalah 18 bulan.”
Toray Advanced Composites. Mantan TenCate Advanced Composites kini telah sepenuhnya diserap oleh Toray dan, sejak Maret, dinamai Toray Advanced Composites (Morgan Hill, Calif., AS). Steve Mead, managing director, mengatakan EVOTL sangat aktif untuk perusahaan saat ini (termoset dan termoplastik). Dia mencatat bahwa “kami menyediakan material untuk program EVTOL yang muncul,” menambahkan bahwa “komposit adalah pendukung yang benar karena bobot baterai parasit pada pesawat ini. Material non-komposit bukan opsi.” Kombinasi pembuatan kualitas penerbangan luar angkasa pada tingkat otomotif menarik, katanya.
Eviation. Di antara perkenalan yang terkenal di Pameran Udara Paris adalah Alice, pesawat listrik, komposit semu yang diperkenalkan oleh Eviation (Kadima-Tzoran, Israel). Alice adalah pesawat transportasi regional sembilan kursi yang memiliki jangkauan 650 mil/1.000 kilometer pada kecepatan menantu 240 knot. Pesawat ini memiliki satu propeller pusher utama di ekor dan dua propeller pusher tambahan di ujung sayap untuk mengurangiドラग dan menciptakan redundansi. Omar Bar-Yohay, CEO Eviation, memperkenalkan pesawat dan mengatakan pengujian penerbangan akan dilakukan di Moses Lake, Wash., AS, diikuti oleh sertifikasi Federal Aviation Administration (FAA) AS pada akhir 2020 atau awal 2021. Pesawat akan memiliki harga daftar $4 juta dan Bar-Yohay mengatakan bahwa perusahaan sepenuhnya didanai melalui sertifikasi dan produksi awal.
Omar Bar-Yohay, CEO Eviation, berdiri di depan Alice
, pesawat sembilan kursi yang seluruhnya listrik dan seluruhnya komposit yang diprediksi akan memasuki pasar pada 2021. Sumber | CW Pesawat yang ditampilkan di pameran adalah prototipe tidak terbang yang dirangkai seminggu sebelumnya. Di mana dan bagaimana pesawat ini pada akhirnya akan diproduksi masih belum diketahui. Prototipe, untuk bagiannya, dirangkai dari struktur komposit yang diproduksi oleh beberapa pemasok. Salah satunya adalah Multiplast (Vannes, Prancis), bagian dari Carboman Group SA (Vannes), roll-up lima perusahaan yang juga mencakup Decision (Ecublens, Swiss), SNE SMM (Lanester, Prancis), Plastinov (Samazan, Prancis) dan Plastéol (Samazan). Multiplast, yang memiliki sejarah dalam pembuatan struktur laut, memproduksi fuselage Alice menggunakan out of autoclave (OOA) dengan struktur sandwich inti Nomex honeycomb. Fuselase dibangun di dua setengah berdasarkan konfigurasi garis tengah starboard/port, dengan dua bagian fuselage direkatkan/diikat bersama (lihat video time lapse di bawah). Multiplast tidak tahu apakah akan memenangkan kontrak untuk produksi seri pesawat ini, tetapi perusahaan mengatakan sedang menilai apa yang akan diperlukan dari sudut pandang material dan proses untuk mengindustrialisasi pembuatan. Sayap dan fairing perut untuk Alice disuplai oleh Composite Cluster Singapore (CCS).
Stratasys. Spesialis mesin manufaktur tambahan (AM) Stratasys (Eden Prairie, Minn., AS) ada di Pameran Udara Paris menekankan kemampuan menggunakan AM untuk produksi bagian dan alat. Untuk manufaktur komposit, penekanan pada alat. Perusahaan memiliki dua cetakan yang dibuat menggunakan mesin Stratasys di standnya. Material adalah ULTEM 1010 milik SABIC, polyetherimide (PEI) tanpa penguat yang cocok untuk pemrosesan autoclave. Cetakan pertama adalah untuk pembuatan tepi depan sayap serat karbon dan memiliki elektrode dalam cetakan untuk meningkatkan kapasitas pemanasan prepreg dan mengurangi waktu pengeringan dari 1,5 jam menjadi hanya 10 menit. Bagian lain adalah alat layup yang dibuat oleh Boom Aerospace (Centennial, Colo., AS) untuk produksi bagian kecil untuk pesawat komersial supersik Overture yang sedang dikembangkan perusahaan. Scott Sevcik, VP solusi manufaktur di Stratasys, mengatakan Boom sudah memiliki dua mesin Stratasys yang digunakan, dengan satu lagi akan dikirimkan akhir tahun ini. Sevcik mengatakan Stratasys diperkirakan akan memperkenalkan dua material serat karbon yang dipotong baru untuk penggunaan AM akhir tahun ini; Stratasys, katanya, juga sedang mengerjakan penguatan serat kontinu untuk AM.
Alat layup ini dibuat oleh Boom Aerospace menggunakan sistem manufaktur tambahan Stratasys. Material adalah ULTEM (PEI) tanpa penguat. Sumber | CW Boom Aerospace. Pengumuman lain yang spektakuler di Pameran Udara Paris datang dari Boom Aerospace (Englewood, Colo., AS), yang, sebagaimana disebutkan, sedang mengembangkan Overture, pesawat penumpang supersik baru seluruhnya. CEO dan pendiri Boom Blake Scholl mengatakan dalam konferensi pers bahwa Boom hampir menyelesaikan prototipe skala kecil XB-1 dari Overture yang diharapkan akan diluncurkan akhir 2019 dan diuji terbang suatu saat pada 2020. Penerbangan uji ini, kata Scholl, dirancang untuk membantu Boom menilai prinsip desain dan rekayasa pesawat, dan menerapkan pelajaran yang dipelajari ke desain akhir dan produksi Overture, yang diharapkan akan memasuki layanan pertengahan tahun 2020-an. Ini adalah jadwal yang lebih lama dari yang diantisipasi pertama kali oleh Boom. “Ini adalah proyek yang ambisius,” kata Scholl. “Pada hari-hari awal, mudah untuk terlalu optimis.”
Pesawat supersik Overture yang intensif komposit milik Boom Aerospace akan menawarkan penerbangan supersik pada Mach 2,2. Sumber | CW Overture diharapkan memiliki kecepatan maksimum Mach 2,2, ketinggian menantu 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, per seat-per-mile, dengan harga maskapai saat ini. Scholl juga mengatakan bahwa Overture diharapkan akan menggunakan teknologi yang disebut Prometheus Fuels, yang mengubah karbon atmosfer menjadi bensin atau, dalam kasus Boom, jet fuel, menggunakan listrik yang berasal dari sumber terbarukan. Dengan cara ini, katanya, pesawat akan memberikan penerbangan supersik dengan nol emisi karbon bersih.
