Tren Pasar di Penerbangan dan Komponen Pesawat Presisi
Zaman telah berubah. Pesawat jet yang sedang dibangun saat ini terdiri dari hanya 20% aluminium murni. Sebagian besar material konstruksi non-kritis - panel dan interior estetik - kini terdiri dari polimer reinforced serat karbon (CFRP) yang lebih ringan dan material sstruktur sarang lebah. Sementara itu, untuk bagian mesin dan komponen kritis komponen pesawat presisi, ada penekanan yang sama pada bobot lebih rendah dan resistensi suhu lebih tinggi untuk efisiensi bahan bakar yang lebih baik, membawa logam baru atau yang sebelumnya tidak praktis untuk diproses ke dalam campuran material penerbangan.
Penerbangan unik di antara industri
Pembuatan penerbangan unik di antara sektor produksi massal lainnya, terutama dalam produksi mesin penerbangan. Mesin adalah komponen paling kompleks dari pesawat, ia mengandung lebih banyak komponen individual dan pada akhirnya menentukan konsumsi bahan bakar. Kedatangan mesin campuran lean dengan potensi suhu hingga 3,800 derajat F (2,100 derajat C) telah membantu meningkatkan permintaan untuk material baru ini. Dengan mengingat bahwa superaloi saat ini memiliki titik leleh sekitar 1,850 derajat C (3,360 derajat F), menemukan material yang dapat menahan suhu yang lebih tinggi menjadi tantangan.
Untuk memenuhi persyaratan suhu ini, Superaloi Tahan Panas (HRSA) kini diperkenalkan ke dalam persamaan material, termasuk aloi titanium, aloi nikel, dan beberapa material non-logam komposit seperti keramik. Material ini tampak lebih sulit untuk diproses daripada aluminium tradisional, yang secara historis berarti umur alat yang lebih pendek dan keselamatan proses yang lebih rendah.
Ada juga risiko proses yang tinggi dalam pemesinan bagian penerbangan. Karena margi kesalahan tidak ada pada ketinggian 35.000 kaki, toleransi dalam penerbangan lebih presisi daripada hampir setiap industri lain. Tingkat presisi ini memakan waktu. Waktu pemesinan yang lebih lama diperlukan untuk setiap komponen, dan lebih waktu per bagian membuat sisa relatif mahal, ketika mempertimbangkan investasi waktu. Juga, dibandingkan dengan industri lain, pesanan komponen penerbangan sering terdiri dari jumlah run pendek dan waktu procurement yang panjang, membuat penjadwalan untuk produktivitas, throughput, dan keuntungan sulit.
Berbeda dengan industri lain kecuali minyak dan gas, yang juga memiliki persyaratan suhu, tekanan, dan korosi yang tinggi, material penerbangan itu sendiri mempengaruhi desain komponen. Design for manufacturability (DFM) adalah seni teknik merancang komponen dengan pendekatan yang seimbang, dengan mempertimbangkan baik fungsi komponen maupun persyaratan manufakturannya. Pendekatan ini diterapkan lebih dan lebih dalam desain komponen penerbangan dan lebih dalam desain komponen pesawat presisi dan komponen pesawat presisi, karena komponen mereka harus menahan beban dan resistensi suhu tertentu, dan beberapa material hanya dapat menahan sebanyak itu. Desain material dan komponen benar-benar menggerak satu sama lain, bukan satu demi satu. Hubungan ini antara material dan desain sangat penting saat mempelajari material generasi berikutnya. Untuk semua alasan ini, produsen penerbangan berbeda satu sama lain. Tidak heran rentang material mereka unik.
Lanskap material baru
Aloni standar penerbangan - 6061, 7050 dan 7075 - dan logam penerbangan tradisional - nikel 718, titanium 6Al4V dan stainless 15-5PH - masih digunakan dalam penerbangan. Namun, logam ini sekarang memberikan wilayah kepada aloi baru yang dirancang untuk meningkatkan biaya dan efisiensi. Untuk jelas, logam baru ini tidak selalu baru, beberapa telah ada selama dekade. Sebaliknya, mereka baru dalam aplikasi manufaktur praktis karena alat mesin, teknologi perkakasan, dan lapisan wafir sudah cukup canggih untuk menangani aloi yang sulit diproses.
Meskipun jumlah aluminium dalam pesawat menurun, penggunaannya tidak sepenuhnya menghilang. Faktanya, aluminium memang kembali, terutama dalam kasus di mana transisi ke CFRP terbukti terlarang atau tidak efektif. Namun aluminium yang muncul kembali bukanlah aluminium ayah Anda. Misalnya, tanah liat titanium (TiAl) dan aluminium lithium (Al-Li), yang telah ada sejak tahun 1970-an, baru saja mulai berkembang di penerbangan sejak awal abad ini.
Seperti aloi nikel dalam properti tahan panasnya, TiAl mempertahankan kekuatan dan resistensi korosi pada suhu hingga 600 derajat C (1,112 derajat F). Namun TiAl lebih mudah diproses, menunjukkan properti pemesinan yang mirip dengan titanium alpha-beta, seperti Ti6Al4V. Lebih penting lagi, TiAl dapat meningkatkan ras dorong terhadap bobot dalam mesin penerbangan karena setengah ukuran aloi nikel. Misalnya, baik daun turbin tekanan rendah maupun daun kompresor tekanan tinggi, yang tradisional dibuat dari superaloi berbasis nikel yang padat, sekarang diproses dari aloi berbasis TiAl. General Electric adalah pelopor dalam perkembangan ini dan menggunakan daun turbin tekanan rendah TiAl dalam mesin GEnx-nya, penggunaan besar skala pertama dari material dalam mesin jet komersial - dalam kasus ini, Boeing 787 Dreamliner.
Pengantar aluminium lain ke industri penerbangan dapat ditemukan dalam Al-Li ringan, yang dirancang khusus untuk meningkatkan properti aluminium 7050 dan 7075. Secara keseluruhan, penambahan lithium memperkuat aluminium dengan kepadatan dan bobot yang lebih rendah, dua katalis untuk evolusi material penerbangan. Kekuatan tinggi aloi Al-Li, kepadatan rendah, kekakuan tinggi, toleransi kerusakan, resistensi korosi, dan sifat yang ramah pengelasan menjadikannya pilihan yang lebih baik daripada aluminium tradisional dalam badan pesawat jet komersial. Saat ini, Airbus menggunakan AA2050. Sementara itu, Alcoa menggunakan AA2090 T83 dan 2099 T8E67. Aloi ini juga ditemukan di tangki bahan bakar dan oksidan rokat angkasa SpaceX Falcon 9, dan digunakan secara luas dalam proyek rokat dan pesawat angkasa NASA.
Titanium 5553 (Ti-5553) adalah logam yang relatif baru dalam penerbangan, menunjukkan kekuatan tinggi, bobot ringan, dan resistensi korosi yang baik. Komponen struktural utama, yang harus lebih kuat dan lebih ringan dari pada aloi stainless steel yang digunakan sebelumnya, adalah titik aplikasi ideal untuk aloi titanium ini. Dikenal sebagai triple 5-3, ini adalah material yang sangat sulit untuk diproses - hingga saat ini. Penelitian dan pengembangan yang luas telah dilakukan untuk membuat metal praktis untuk pemesinan, dan triple 5-3 baru-baru ini terbukti sangat dapat diprediksi karena konsistensi pemesinan yang mirip dengan aloi titanium tradisional seperti yang disebutkan sebelumnya Ti6Al4V. Perbedaan di antara dua material ini memerlukan data pemotongan yang berbeda untuk digunakan guna mencapai umur alat yang serupa. Namun saat operator telah mengatur parameter yang tepat, sejumlah triple 5-3 mesin dapat diprediksi. Kunci dari Triples 5-3 adalah operasi yang sedikit lebih lambat dan optimasi jalur alat dan sistem pendinginan untuk mencapai keseimbangan yang baik antara umur alat dan keamanan.
Beberapa komponen struktural, seperti perekat, rangka, dan silinder, memerlukan kekuatan mentah, dan kekhalingan menjadi prioritas yang lebih rendah. Dalam kasus seperti itu, aloi baja Ferrium S53 menyediakan properti mekanik yang setara atau lebih baik dari pada baja ultra kuat konvensional seperti 300M dan SAE 4340, dengan manfaat tambahan resistensi korosi keseluruhan. Ini dapat menghilangkan kebutuhan akan pelapisan kadmium dan pemrosesan terkait berikutnya.
Komposit mencapai tahapnya
Material komposit juga membentuk bagian yang semakin besar dari campuran material penerbangan. Mereka mengurangi bobot dan mengurangi konsumsi bahan bakar sambil mudah ditangani, dirancang, dibentuk dan diperbaiki. Dulu dianggap hanya untuk anggota struktural ringan atau komponen kabin, rentang komposit penerbangan kini meluas hingga komponen fungsional yang sebenarnya - kulit sayap dan fuselage, mesin dan landasan.
Sama pentingnya, elemen komposit dapat dibentuk menjadi bentuk kompleks yang akan memerlukan pemesinan dan pengikatan dalam hal bagian logam. Komponen komposit yang terbentuk sebelumnya tidak hanya ringan dan kuat, tetapi juga mengurangi jumlah perekat dan sambungan berat - yang merupakan titik kegagalan potensial - pada pesawat. Dengan cara ini, material komposit membantu mendorong tren global untuk mengurangi jumlah komponen dalam seluruh rangkaian, menggunakan desain satu potongan setiap kali memungkinkan.
Informasi lebih lanjut tentang komponen presisi & komponen penerbangan
:: Pemesinan Bagian untuk Industri Penerbangan
:: Cara memesin bagian presisi?
