Quelle est la densité moyenne des matériaux utilisés dans un avion de ligne moderne? Quoi qu'il en soit, la réduction de la densité moyenne a été énorme depuis la Wright Brothers a volé le premier avion pratique. La volonté de réduire le poids des avions est agressive et continue et accélérée par la montée rapide des prix du carburant. Ce variateur réduit les coûts de carburant spécifiques, améliore l'équation gamme / charge utile et contribue à l'environnement. Les composites jouent un rôle majeur dans les avions modernes et le Boeing Dreamliner ne fait pas exception à la tendance à la baisse du poids.
Composites et réduction de poids
Le Douglas DC3 (datant de 1936) avait une masse au décollage d'environ 25 200 livres avec un effectif d'environ 25 passagers. Avec une portée de charge utile maximale de 350 miles, cela représente environ 3 livres par passager-mile. Le Boeing Dreamliner a un poids au décollage de 550 000 livres transportant 290 passagers. Avec une autonomie entièrement chargée de plus de 8 000 milles, cela représente environ ¼ livre par passager-mille - 1100% mieux!
Les moteurs à réaction, une meilleure conception, une technologie d'économie de poids comme le vol par fil - tous ont contribué au saut quantique - mais matériaux composites ont eu un énorme rôle à jouer. Ils sont utilisés dans la cellule Dreamliner, les moteurs et de nombreux autres composants.
Utilisation de composites dans la cellule Dreamliner
Le Dreamliner a une cellule comprenant près de 50% fibre de carbone plastique renforcé et autres composites. Cette approche permet une économie de poids de 20% en moyenne par rapport à une approche plus conventionnelle (et obsolète) aluminium dessins.
Les composites dans la cellule présentent également des avantages en termes de maintenance. Une réparation généralement sous caution peut nécessiter 24 heures ou plus de temps d'arrêt d'avion, mais Boeing a développé une nouvelle gamme de capacités de réparation de maintenance qui nécessite moins d'une heure pour s'appliquer. Cette technique rapide offre la possibilité de réparations temporaires et un délai d'exécution rapide alors que de tels dommages mineurs auraient pu mettre à la terre un avion en aluminium. C'est une perspective intrigante.
Le fuselage est construit en segments tubulaires qui sont ensuite assemblés lors de l'assemblage final. L'utilisation de composites permettrait d'économiser 50 000 rivets par avion. Chaque site de rivet aurait nécessité une vérification de la maintenance en tant que lieu de défaillance potentiel. Et ce ne sont que des rivets!
Composites dans les moteurs
Le Dreamliner a des options de moteur GE (GEnx-1B) et Rolls Royce (Trent 1000), et les deux utilisent largement les composites. Les nacelles (capots d'entrée et de ventilateur) sont un candidat évident pour les composites. Cependant, des composites sont même utilisés dans les pales de ventilateur des moteurs GE. La technologie des lames a énormément progressé depuis l'époque de la Rolls-Royce RB211. La première technologie a mis l'entreprise en faillite en 1971 lorsque ses pales de ventilateur en fibre de carbone Hyfil ont échoué lors des tests d'impact d'oiseaux.
General Electric a ouvert la voie avec la technologie des pales de ventilateur en composite à pointe en titane depuis 1995. Dans la centrale Dreamliner, des composites sont utilisés pour les 5 premiers étages de la turbine basse pression à 7 étages.
Plus sur moins de poids
Et certains chiffres? Le boîtier de confinement de ventilateur léger de la centrale électrique GE réduit le poids de l'avion de 1200 livres (plus de ½ tonne). Le boîtier est renforcé avec une tresse en fibre de carbone. Ce n'est que le gain de poids du boîtier de ventilateur, et c'est un indicateur important des avantages résistance / poids des composites. En effet, un boîtier de ventilateur doit contenir tous les débris en cas de panne du ventilateur. S'il ne contient pas de débris, le moteur ne peut pas être certifié pour le vol.
Le poids économisé dans les aubes de turbine à aubes permet également d'économiser du poids dans le boîtier de confinement et les rotors requis. Cela multiplie ses économies et améliore son rapport puissance / poids.
Au total, chaque Dreamliner contient environ 70 000 livres (33 tonnes) de plastique renforcé de fibres de carbone - dont environ 45 000 (20 tonnes) livres de fibre de carbone.
Conclusion
Les premiers problèmes de conception et de production liés à l'utilisation de composites dans les avions ont maintenant été résolus. Le Dreamliner est au sommet de l'efficacité énergétique des avions, minimise l'impact environnemental et la sécurité. Avec un nombre de composants réduit, des niveaux de contrôle de maintenance inférieurs et un temps d'antenne plus long, les coûts de support sont considérablement réduits pour les opérateurs aériens.
Des pales de ventilateur au fuselage, des ailes aux toilettes, l'efficacité du Dreamliner serait impossible sans les composites avancés.