NOWE KONSTRUKCJE SAMOLOTÓW PASAŻERSKICH I STOSOWANIE METOD NIENISZCZĄCYCH DO BADAŃ W OKRESIE ICH EKSPLOATACJI Grzegorz BYCHAWSKI, Walenty STACHOWIAK POLSKIE LINIE LOTNICZE "LOT" S.A. Wstęp Rozwój współczesnych konstrukcji lotniczych oraz ogromna konkurencja na rynku doprowadziły do powstania takich samolotów jak BOEING-747, 777, AIRBUS A-380, AN- 225, HERCULES H-4. Są to obecnie największe i najnowocześniejsze produkowane samoloty na świecie. Wyścig producentów doprowadził również w latach 70-ch do wprowadzenia do eksploatacji pasażerskich samolotów naddźwiękowych CONCORDE i TU-144, jednak ze względów ekonomicznych i eksploatacyjnych oraz w dużej mierze ekologicznych, samoloty te zostały wycofane z eksploatacji. PORÓWNANIE NAJWIĘKSZYCH OBECNIE EKSPLOATOWANYCH SAMOLOTÓW ŚWIATA 3
Wymogi lotniczego rynku przewozowego zweryfikowały dotychczasowe potrzeby w zakresie ilości przewożonych pasażerów. Okazało się, że samoloty zabierające 600-800 pasażerów nie są w pełni ekonomiczne ze względu na swoje rozmiary, zużycie paliwa oraz problemy wynikające z pojemności portów lotniczych. Kierując się dotychczasowymi doświadczeniami na rynku lotniczym firma BOEING wprowadza do eksploatacji samolot BOEING-787 jako odpowiedź na konstrukcje AIRBUSA. Patrząc na współczesną siatkę połączeń lotniczych konstruktorzy postawili na średniej wielkości samolot o ogromnym zasięgu i bardzo ekonomiczny. PLANOWANA SIATKA POŁĄCZEŃ DLA SAMOLOTU B787 4
NAJNOWSZA KONSTRUKCJA BOEING 787 DREAMLINER Samolot BOEING-787 jest pierwszym samolotem pasażerskim wykonanym w większości z kompozytów włókien węglowych. Materiały te przewyższają odpornością na korozję i wytrzymałością powszechne do tej pory stopy aluminium. Jest to samolot średniej wielkości zabierający na pokład od 210 do 330 pasażerów przy zasięgu do 16 000 km bez tankowania. Jest pierwszym i całkowicie nowym samolotem wprowadzanym do seryjnej produkcji od czasu modelu B-777 w 1995 roku. Rozmiary samolotu - długość 57 m, wysokość 17 m a rozpiętość skrzydeł wynosi 60 m jest dużo mniejsza od w/w największych samolotów co umożliwia wykonywanie operacji lotniczych na bardzo małych lotniskach. BOEING PROPRIETARY COPYRIGHT 2006 THE BOEING COMPANY B787 DREAMLINER W BARWACH LOT u Bardzo nowatorskim pomysłem jest wprowadzenie nowego systemu klimatyzacji powietrza zapewniającego wilgotność na poziomie 15% co zapobiega podrażnieniom spojówek i bólom głowy pasażerów. Taki system klimatyzacji do tej pory nie był stosowany. Dotychczas eksploatowane samoloty pochłaniały ok. 60 000 litrów paliwa w locie przez Atlantyk, co równa się przeciętnemu zużycia paliwa przez samochód osobowy w ciągu 50 lat. 5
Ponadto co roku samoloty pasażerskie emitują z dysz silników ok. 140 ton dwutlenku węgla i 750 kg tlenku azotu. Związki te niszczą ochronną warstwę ozonową, a smugi kondensacyjne pozostawiane na niebie sprzyjają powstawaniu chmur, które niczym ekran odbijają energię cieplną emitowaną z ziemi, zatrzymując ją w atmosferze. Zanieczyszczenia te występują na wysokości ok. 10 000 m i pozostają 100 razy dłużej niż te emitowane przy powierzchni ziemi. Zanieczyszczenia uwalniane przez silniki lotnicze 30 razy bardziej ogrzewają atmosferę, niż te ulatniające się ze wszystkich kominów fabrycznych świata. Najnowszy BOEING-787 to przełom w transporcie lotniczym. Lekka konstrukcja oznacza mniejsze zużycie paliwa i mniejsze koszty eksploatacji. Powinno to się przełożyć nie tylko na niższe ceny biletów ale również na mniejszy negatywny wpływ na środowisko naturalne. Samolot ten zużywa o 20% mniej paliwa niż współczesne samoloty. Koszty eksploatacyjne mają być niższe o 1/3. PORÓWNAWCZE ZESTAWIENIE KOSZTÓW EKSPLOATACJI SAMOLOTÓW B787 i B767 W KOLEJNYCH LATACH Mimo iż cena jednej maszyny wynosi ok. 200 mln. USD, operatorzy z całego świata zamówili już u producenta 667 samolotów tego typu. Wśród nich jako pierwszy jest PLL LOT S.A. Do tej pory podstawowym materiałem w konstrukcjach lotniczych były stopy aluminium. W kolejnych konstrukcjach wprowadzono coraz więcej materiałów kompozytowych a w dziedzinie ich zastosowania samolot B-787 jest prawdziwą rewolucją. 6
PROCENTOWE ZOBRAZOWANIE POSZCZEGÓLNYCH RODZAJÓW MATERIAŁÓW ZASTOSOWANYCH W KONSTRUKCJI SAMOLOTÓW B767 i B787 W tej konstrukcji cały kadłub oraz skrzydła z usterzeniem zostały wykonane z elementów kompozytowych. W odróżnieniu od dotychczasowych konstrukcji nawet elementy wytrzymałościowe, takie jak wręgi i podłużnice, a nawet okucia mocujące zostały wykonane w technologii kompozytowej oraz laminatowej. Dzięki zastosowaniu nowatorskich metod produkcji kadłub składa się z kilkunastu połączonych ze sobą paneli. PRZEDNI ELEMENT KADŁUBA WRAZ Z KABINĄ ZAŁOGI, DRZWIAMI WEJŚCIOWYMI I LUKIEM BAGAŻOWYM W SPECJALNYM URZĄDZENIU MONTAŻOWYM 7
Rozwiązanie takie, mimo swojej lekkości, zapewnia ogromną wytrzymałość podczas eksploatacji. Jak wiadomo, kadłub samolotu, ze względu na konieczność utrzymywania stałego ciśnienia niezależnie od wysokości poddawany jest ogromnym siłom rozrywającym, dochodzącym do 1000 kg/m². Dzięki takiej konstrukcji wyeliminowano całkowicie problem korozji, który jest zmorą dotychczasowych rozwiązań. Również skrzydła zostały wykonane w nowatorskiej technologii, w której poszycie, wręgi i podłużnice stanowią integralną całość, co zapewnia niespotykaną dotychczas wytrzymałość połączoną z ogromną elastycznością. Skrzydła zostały wyposażone w specjalne końcówki aerodynamiczne zmniejszające zawirowania, co skutkuje mniejszymi oporami aerodynamicznymi i mniejszym zużyciem paliwa. TRANSPORT KOMPOZYTOWCH SKRZYDEŁ B787 Elementy siłowe podwozia oraz tarcze hamulcowe kół również wykonano z materiałów kompozytowych. PODWOZIE GŁÓWNE B787 Z ELEMENTAMI KOMPOZYTOWYMI ORAZ UNIKALNY ELEKTRYCZNY UKŁAD HAMULCOWY Wyrafinowana konstrukcja samolotu B787 postawiła nowe zadania przed obsługą naziemną, zwłaszcza personelem NDT, mającym za zadanie utrzymanie samolotu w ciągłej sprawności technicznej. Opłacalne wykorzystanie dobowe współczesnego samolotu pasażerskiego wynosi średnio 15-16 godzin na dobę. Jest to zadanie naprawdę trudne. Dla właściwej diagnostyki płatowca oraz innych podzespołów samolotu planowane jest wykorzystanie szerokiej gamy badań ultradźwiękowych, prądowirowych, metody ciekłokrystalicznej, i co ciekawe radiografii, metody, która ostatnimi czasy została mocno 8
ograniczona w badaniach sprzętu lotniczego z uwagi na stosunkowo duże koszty oraz trudności w dostępie do niektórych badanych elementów, jak również dużą czasochłonność. Biorąc pod uwagę kompozytowo-laminatową konstrukcję samolotu B787 producent przygotował harmonogram i zakres badań radiograficznych poszczególnych rejonów kadłuba, usterzenia, oraz skrzydeł przeprowadzanych cyklicznie stosownie do nalotu samolotu. PRZYKŁADOWE ZASTOSOWANIE BADANIA RADIOGRAFICZNEGO KOMPOZYTOWEJ RAMY OKIENNEJ W KABINIE PILOTÓW SAMOLOTU B787 BADANIE RT REJONU KOMPOZYTOWEJ OŚCIEŻNICY DRZWI PRZEDNICH 9
BADANIE RENTGENOWSKIE BOCZNEJ POWIERZCHNI KADŁUBA Dla ujednolicenia sposobu badań i powtarzalności ich wyników producent samolotu podaje do wiadomości operatorów wszystkie parametry wyżej wymienionych badań w formie rutynowych kontroli bądź alertowych biuletynów. W tej sytuacji rola operatora polega na dokładnym przestrzeganiu zaleceń producenta. Literatura: Materiały szkoleniowo-prezentacyjne B787. Instrukcje obsługi samolotu B767. NDT MM B767. 10