De commerciële luchtvaartindustrie is een van de meest uitdagende en complexe sectoren om in actief te zijn. Fabrikanten en exploitanten van commerciële vliegtuigen moeten tegenwoordig rekening houden met een complexe combinatie van economische, technische, veiligheids- en milieueisen om op lange termijn zakelijk succes te boeken.
Vliegtuigonderdelen vormen een essentieel onderdeel van deze complexiteit. Naast het voldoen aan nauwkeurige structurele eisen, moeten vliegtuigonderdelen ook voldoen aan doelstellingen op het gebied van kosten, produceerbaarheid, duurzaamheid en weerstand tegen omgevingsinvloeden. Interieuronderdelen moeten bovendien voldoen aan strenge voorschriften inzake brandbaarheid en warmteafgifte.
Aerostructuren van het sandwichtype, waarbij gebruik wordt gemaakt van lichtgewicht honingraatkernen van Nomex® Kevlar® , zijn al tientallen jaren een gevestigde waarde in de industrie. Zoals hieronder wordt geïllustreerd, worden deze structuren op grote schaal toegepast in het hele vliegtuig, van minder veeleisende interieuronderdelen tot zeer veeleisende buitenconstructies. Dergelijke componenten zijn de meest structureel efficiënte die er bestaan, waarbij de vereiste mechanische prestaties worden bereikt bij een zo laag mogelijk gewicht.
Voordelen van gewichtsvermindering
Gewichtsbesparing biedt tal van voordelen. Het meest voor de hand liggende voordeel is een lager brandstofverbruik. Er is minder stuwkracht nodig om een lichter vliegtuig in de lucht te houden, wat de volgende voordelen oplevert:
- Lager brandstofverbruik en lagere kosten
- Groter laadvermogen
- Groter bereik
Een bijkomend voordeel van gewichtsvermindering is duurzaamheid. De wereldwijde lucht- en ruimtevaartindustrie is verantwoordelijk voor ongeveer 2% van alle CO₂-uitstoot (www.iea.org/reports/aviation). Het verkleinen van de ecologische voetafdruk van de luchtvaart is essentieel voor een duurzamere sector.
Een lager brandstofverbruik leidt tot minder uitstoot tijdens de vlucht. Aangezien meer dan 99% van de CO₂-uitstoot tijdens de exploitatie van een vliegtuig over de gehele levenscyclus plaatsvindt, is gewichtsvermindering een van de meest directe en haalbare manieren om de CO₂-voetafdruk van een vliegtuig te verkleinen, wat gedurende de exploitatieperiode van 20 tot 30 jaar een enorm voordeel oplevert.
Deze voordelen gelden niet alleen voor vliegtuigen die op brandstof vliegen; ook nieuwe elektrische Advanced Air Mobility (AAM) / eVTOL-vliegtuigen profiteren hiervan. Men zou kunnen stellen dat gewichtsbesparing voor AAM’s zelfs nog belangrijker is, omdat de energiedichtheid van batterijen meer dan een orde van grootte lager ligt dan die van vloeibare koolwaterstoffen, wat het bereik en het laadvermogen (d.w.z. het aantal passagiers of de hoeveelheid vracht) aanzienlijk beperkt. Elke kilo die wordt bespaard, is van onschatbare waarde voor de businesscase van AAM.
Kevlar® 1 mil papier
Om tegemoet te komen aan de behoefte aan verdere gewichtsbesparing Arclin een ultralicht product Kevlar® op de markt gebracht, bestemd voor gebruik in sandwichconstructies voor het interieur van vliegtuigcabines – met name in commerciële vliegtuigen en AAM’s. Aangezien het interieur van de passagierscabine ongeveer 15% van het gewicht van een vliegtuig uitmaakt, draagt het lichter maken van interieuronderdelen rechtstreeks bij aan een lager brandstofverbruik, terwijl het tegelijkertijd lagere exploitatiekosten, een kleinere ecologische voetafdruk en een groter bereik en/of een grotere laadcapaciteit oplevert.
Het gebruik van geavanceerde composietmaterialen brengt vaak hoge kosten met zich mee, omdat dergelijke materialen zich nog in een vroeg stadium van hun levenscyclus bevinden en in kleine hoeveelheden worden geproduceerd. Kevlar® van 1 mil Arclin wordt echter, net als de andere N636-kwaliteiten, in bestaande commerciële fabrieken geproduceerd. Belangrijk is dat er geen ingrijpende aanpassingen aan het productieproces van de onderdelen nodig zouden moeten zijn.
Ultralichte demonstratiemodel met zijwanden van 5 kg
Een recent project tussen Arclin Duitse Composites Technology Center GmbH (CTC, een dochteronderneming van Airbus) en Euro-Composites, een wereldwijde fabrikant van honingraatstructuren voor de lucht- en ruimtevaart, toont de voordelen aan van Kevlar® papier met een dikte van 1 mil.
Het belangrijkste doel van het project was het totale gewicht van een standaard zijwandpaneel voor een vliegtuig met twee gangpaden te verminderen. Een zijwand bestaat doorgaans uit een honingraatkern met aan beide zijden een laag fenol/glas-prepreg en een decoratieve folie op het zichtbare oppervlak van het paneel.
Naast deze aanzienlijke gewichtsbesparingen dalen niet alleen de implementatiekosten in de fabriek – aangezien het proces ongewijzigd blijft – maar worden ook de aanzienlijke arbeidskosten voor de voorbereiding van de onderdelen aanzienlijk verlaagd: op ware grootte vervaardigde zijwandonderdelen van Kevlar® van 1 mil dik vertonen veel minder doordruk van het honingraatpatroon, waardoor er slechts minimale handmatige oppervlaktevoorbereiding nodig is vóór het aanbrengen van de decoratieve folie.