skip to Main Content
رویکرد انقلابی انتخاب مواد در طراحی بوئینگ ۷۸۷ دریم لاینر

رویکرد انقلابی انتخاب مواد در طراحی بوئینگ ۷۸۷ دریم لاینر

هواپیمای بوئینگ ۷۸۷ دریم لاینر یک هواپیمای پهن پیکر باند برد دو موتوره با ظرفیت حداکثر ۳۵۹ تا ۴۴۰ نفر است. این پروژه ۳۲ میلیارد دلاری یکی از سریع ترین فروش ها را در تاریخ هوانوردی داشته است و تا کنون بیش از ۱۲۰۰ فروند از آن سفارش داده شده است. در این نوشتار برآنیم که مزایای این هواپیما را از منظر تکنولوژی انتخاب مواد بالاخص کامپوزیت ها بررسی کنیم.

بوئینگ یکی از اهداف طراحی این هواپیما را بهبود هزینه های عملیاتی و نگهداری (maintenance) در طول عمر هواپیما عنوان کرده است. یکی از مهمترین تغییراتی که برای این مهم عنوان شده بهبود انتخاب مواد به کار رفته در بدنه و ساختار است.

پروسه طراحی بدون در نظر گرفتن ایده های پیشین به مهندسین بوئینگ این امکان را داد تا بهترین مواد را برای هر کاربردی در ساختار و بدنه استفاده کنند. نتیجه این طراحی بکارگیری پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن و سایر کامپوزیت ها در نیمی از ساختار بود که سبب کمتر شدن ۲۰ درصدی وزن نسبت به طراحی مرسوم آلمینیومی شد.

انتخاب ماده بهینه برای یک کاربرد خاص به معنی آنالیز همه سطوح هواپیما جهت تعیین بهترین ماده است. در این روش محیط کاری و تنش هایی که قطعه در طول دوره سرویس دهی تجربه می کند در نظر گرفته می شود. برای مثال آلمینیوم یه تنش های کششی حساس است ولی تنش های فشاری را به خوبی تحمل می کند. از طرف دیگر کامپوزیت ها برعکس در تنش های کششی خوب و در تنش های فشاری ضعیف هستند. استفاده بیشتر از کامپوزیت ها به خصوص در بخش fuselage (پیکره اصلی هواپیما بجز بال و دم) که شدیداً تحت تنش های کششی است، به نسبت ساختار آلمینیومی به شدت هزینه نگهداری ناشی از خستگی را کاهش می دهد.

این مدل طراحی همچنین استفاده از تیتانیوم را هم افزایش داده است. در محل هایی که با توجه به تنش ها فلزات بهتر هستند ولی شرایط محیطی با آلمینیوم کمتر سازگار است، تیتانیوم گزینه مناسبی جهت کاهش هزینه های نگهداری است. تیتانیوم می تواند تنش ها را بهتر از آلمینیوم تحمل کند، تحمل خستگی بالاتری دارد و به شدت مقاوم به خوردگی است. حدود ۱۴ درصد بوئینگ ۷۸۷ را تیتانیوم تشکیل می دهد.

بوئینگ 787 مواد

استفاده از کامپوزیت علاوه بر کاهش وزن، هزینه های نگهداری برنامه ریزی شده (چک های دوره ای) و پیش بینی نشده را نیز کاهش می دهد. تجربه بوئینگ ۷۷۷ ثابت کرد که ساختار کامپوزیتی هزینه نگهداری کمتری از ساختار غیر کامپوزیتی دارد. برای مثال دم کامپوزیتی بوئینگ ۷۷۷ با وجود ۲۵ درصد بزرگتر بودن از دم آلمینیومی بوئینگ ۷۶۷، ۳۵ درصد نفر-ساعت کمتری جهت نگهداری برنامه ریزی شده نیاز دارد. این زمان کمتر به دلیل کاهش ریسک خوردگی و خستگی کامپوزیت نسبت به فلز می باشد.

در مورد نگهداری پیش بینی نشده نیز به همین ترتیب است. کف بوئینگ ۷۷۷ تماماً کامپوزیتی است. انتخاب این ماده وقتی در شرایط سخت قرار می گیرد، برتری خود را نشان می دهد. در کف های معمول آلمینیومی مشکلات ترک خستگی و خوردگی معمول بود ولی در طول ۱۰ سال خدمت رسانی بیش از ۵۶۵ فروند بوئینگ ۷۷۷ تا کنون حتی یک عدد میله کف عوض نشده است.

جهت طراحی هر چه بهتر ساختار های آلمینیومی نیز یک پروسه ارزیابی قوی برای احتمال خوردگی با نتایج آن به کار گرفته شده است.

خوردگی و خستگی هزینه گزاف نگهداری پیش بینی نشده را به همراه دارد که معمولاً دو تا سه برابر چک های روتین نفر-ساعت می گیرد. با به کارگیری کامپوزیت و تیتانیوم به همراه به کارگیری دقیق تر آلمینیوم، بوئینگ انتظار دارد که هزینه نگهداری پیش بینی نشده در بوئینگ ۷۸۷ بسیار کمتر باشد. همچنین تدابیری اتخاذ شده که نگهداری از این قطعات مشابه روش های قبلی نگهداری معمول مورد استفاده و نیز بسبار سریع تر از آنها باشد.

در مجموع با کاهش ریسک خوردگی و خستگی و با نگهداری سریع تر هزینه های نگهداری کاهش یافته و هواپیما نیز هر چه بیشتر در آسمان و در خدمت ایرلاین می باشد.

آنچه در مقاله بالا آمد عمدتاً برگرفته از مقاله خود بوئینگ در مورد مزایا و ویژگی های طراحی بدنه هواپیمای ۷۸۷ بود. بکارگیری کامپوزیت ها سختی ها و مشکلاتی نیز دارد که موجب شده ایرباس دیرتر و محدودتر از آنها استفاده کند. در مقاله ای دیگر با تمرکز بیشتری به مزایا و محدودیت های بکارگیری کامپوزیت ها در هواپیماها خواهیم پرداخت.

لینک‌های مفید

پیام خسروی

دانشجوی دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان

This Post Has One Comment

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شانزده − 15 =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو