Nowa era w produkcji kompozytów lotniczych

Dotychczas w lotnictwie dominowały plastiki termoutwardzalne, które zachowują uformowany kształt po pierwszym podgrzaniu, ale nie nadają się do ponownego przetworzenia. Są one łatwiejsze w obróbce i lepiej pracują w wysokich temperaturach niż polimery termoplastyczne, które jednak można przetopić i wykorzystać ponownie. Dodatkową zaletą plastików termoutwardzalnych są bogate dane badawcze i rozległe doświadczenie w ich stosowaniu.

Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Eco-design and manufacturing of thermoplastic structural fairings for helicopters" (ECO-FAIRS) wykorzystali najnowsze osiągnięcia w dziedzinie materiałów termoplastycznych i metod ich przetwarzania przy produkcji przyjaznych dla środowiska komponentów strukturalnych dla lotnictwa. Naukowcy wykorzystali ich obiecujące właściwości mechaniczne przy wysokich temperaturach i wilgotności, trwałość, krótki cykl produkcji i łatwość łączenia, aby zmniejszyć koszty oprzyrządowania i produkcji.

W ramach projektu ECO-FAIRS opracowano solidną metodologię projektowania i wytwarzania lotniczych komponentów strukturalnych z kompozytów termoplastycznych z wykorzystaniem formowania tłocznego. Formowanie tłoczne to sprawdzona technika umożliwiająca precyzyjnie kontrolowaną masową produkcję komponentów wysokiej jakości. Opracowanie odpowiednich narzędzi obliczeniowych i metod doświadczalnych pozwoliło zoptymalizować materiały i procesy przetwarzania.

Ponieważ zastosowania lotnicze wymagają wytwarzania skomplikowanych kształtów o dużej wytrzymałości, kluczowe znaczenie dla produkcji i eksploatacji części mają odpowiednie techniki łączenia. Badacze wybrali metodę zgrzewania indukcyjnego, polegającą na ogrzewaniu materiału prądami wirowymi. Po szczegółowych badaniach obliczeniowych i doświadczalnych zbudowano nową, zoptymalizowaną i w pełni zautomatyzowaną maszynę do zgrzewania indukcyjnego. Testy właściwości mechanicznych wykonywanych spoin potwierdziły wysoką skuteczność maszyny. Nowa maszyna należy do kluczowych wyników projektu.

Materiały i metody opracowane w toku projektu ECO-FAIRS wykorzystano do zaprojektowania i wyprodukowania trzech rodzajów komponentów demonstracyjnych do helikopterów. Wykonane elementy poddano próbom nieniszczącym i szczegółowej weryfikacji właściwości mechanicznych. Ocena ekologiczna potwierdziła, że nowe części mają mniejszy wpływ na środowisko w porównaniu z kompozytami termoutwardzalnymi. Badacze opracowali metody kontroli jakości i charakteryzowania materiałów niezbędne do przeprowadzenia certyfikacji, co jest szczególnie istotne dla przemysłu lotniczego.

Projekt ECO-FAIRS dokonał istotnych postępów w dziedzinie produkcji lotniczej, które powinny istotnie zwiększyć konkurencyjność sektora lotniczego i wspomóc gospodarkę UE podczas kryzysu. Popularyzacja opracowanych rozwiązań umożliwi wytwarzanie wysokiej jakości części lotniczych niższym kosztem i przy mniejszym wpływie na środowisko zarówno podczas produkcji, jak i podczas eksploatacji.