Как удалось снизить вес в конструкции коммерческих самолетов и как эта тенденция сохранится?

Возможно, самым большим снижением веса самолетов по всем направлениям стало использование композитных материалов вместо алюминия. Это простирается от небольших самолетов АОН до авиалайнеров, таких как Boeing Dreamliner . В игре Retro Fit некоторые старые самолеты были сертифицированы для установки новых композитных винтов . Согласно этой статье, даже небольшая экономия имеет значение

Светодиодные модули дают в среднем 40% экономии веса по сравнению с модулями накаливания, которые они заменяют, что улучшает экономию топлива.

Стеклянные кабины и современная компьютеризированная авионика, как правило, весят меньше и предлагают больше возможностей, чем их более ранние аналоги с паромерами. Даже в космическом корабле.

Система также обеспечивает более широкие возможности резервного копирования, меньше весит и потребляет меньше энергии, чем первоначальная конструкция.

Еще одна вещь, которая сильно повлияла на взлетный вес, — это то, насколько экономичными стали двигатели. Хотя этому есть практический предел, поскольку двигатели стали более эффективными, потребность в перевозке топлива снизилась, или самолеты могут летать дальше на одном и том же топливе. В том же ключе, поскольку планирование/прогнозирование погоды улучшилось, запасы топлива ( хотя и в соответствии с правилами резерва FAA ) могут быть немного меньше, поскольку теперь их можно более точно рассчитать.

Единственное, что порадовало, так это пассажиры ...

Помимо использования композитных материалов, еще один метод снижения веса появился за счет создания более легкой электропроводки и кабелей, используемых по всему самолету, а также за счет уменьшения общего количества необходимых проводов.

Это решалось несколькими различными способами.

1. Уменьшите общий вес провода и кабеля на фут за счет разработки проводов, в которых используются легкие материалы или которые могут выдерживать более высокие температуры, поэтому требуется меньше изолятора или проводника. Уменьшение размера кабеля
2. В первую очередь проектируйте электрические, полетные и информационные системы, которые требуют меньше проводки. Уменьшив количество необходимой проволоки, можно значительно уменьшить общий вес. Одним из примеров является Avionics Full-Duplex (AFDX) , который используется для замены сетей передачи данных ARINC 429 на больших самолетах. Для AFDX требуется меньше проводов, чем для ARINC 429, что снижает общий вес проводов.

Я знаю, что скажу не совсем то, о чем спрашивали, но я нашел очень интересным в том же смысле :-)

Если вы посмотрите на технологию реактивного двигателя GE, вы, вероятно, будете впечатлены ее деталями. В частности, композитный материал из углеродного волокна позволяет GE делать лопасти вентилятора длиннее и тоньше. Посмотрите: http://www.gereports.com/the-art-of-engineering-the-worlds-largest-jet-engine-shows-off-composite-curves/

Я попытался извлечь соответствующий контент, и вот это:

Ник Крэй работает инженером-консультантом по композитному дизайну в GE Aviation. В 1990-х он участвовал в крупном гамбите GE по изготовлению переднего вентилятора ее крупнейшего реактивного двигателя из эпоксидной смолы и углеродного волокна.

Лопасти из материала, называемого композитным углеродным волокном, позволили аэрокосмическим инженерам GE спроектировать GE90, который до сих пор остается самым большим и мощным реактивным двигателем в мире. Это также самая прибыльная машина GE Aviation. «Наши конкуренты изготавливают вентиляторы реактивных двигателей из титана и стали, и даже некоторые из наших сотрудников поначалу не были в восторге от использования композитов, — говорит Крей. «Никто не пробовал это раньше».

Этот материал позволил инженерам GE спроектировать лопасти, которые позволили сделать двигатели легче и эффективнее, что позволило авиакомпаниям сэкономить топливо, сбрасывая драгоценные килограммы.
Сейчас Край и его команда заняты строительством будущего. Они работают над четвертым поколением лопастей для GE9X, самого большого двигателя GE, разработанного исключительно для широкофюзеляжного реактивного самолета нового поколения Boeing 777X.

По словам Крэя, в лезвиях будет несколько новых компонентов. Они будут использовать более жесткие углеродные волокна, поэтому GE сможет сделать их длиннее и тоньше. Их задняя кромка будет изготовлена ​​из специального конструкционного композитного стекловолокна, способного лучше поглощать энергию удара.

Если у GE90 22 блейд-сервера, а у GEnx — 18, то у GE9X будет только 16, хотя он и самый большой из трех. Помимо облегчения двигателя, меньшее количество и более тонкие лопасти также будут вращаться быстрее.

Все остальные ответы на этот вопрос верны, хороши и актуальны. Однако есть две важные вещи, о которых пока не упоминалось.

Одна из них заключается в том, что детали самолетов, особенно важные части, такие как лонжероны крыльев, становятся все менее и менее сложными, чем раньше.

В отсутствие более точных знаний о несущей способности, изгибе и других ограничениях важных конструкций авиационные инженеры рассчитывали бы очень большие запасы прочности, делая эти конструкции намного прочнее и эластичнее (и тяжелее), чем они когда-либо должны быть.

Лучшее понимание пределов — знание того, как и когда конструкции выйдут из строя — позволило безопасно уменьшить эти запасы безопасности, сделав конструкции легче.

Обратите внимание, что уменьшение запаса прочности не обязательно означает снижение уровня безопасности . Огромный запас прочности в конструкции крыла, который позволяет крылу выдерживать силы, которые могут повредить другие важные части или убить каждого человека на борту, на самом деле не означает повышения безопасности. После определенного момента это просто означает увеличение веса.

Кроме того, уменьшение ненужного веса дает больше возможностей для улучшений в других областях, которые, в свою очередь, могут повысить безопасность.

Во-вторых, новые методы автоматизированного проектирования начали придумывать и исследовать проекты, которые не мог и не стал бы делать ни один человек, основанные на математическом моделировании и симуляциях, которые дают неожиданные результаты.

Например, с помощью некоторых методов были созданы конструкции, в которых материал вырезается (скажем, из цилиндра или балки) в виде узоров, которые кажутся случайными. Для той же прочности/жесткости/сопротивления разрушению деталь можно сделать значительно легче.

Обе эти тенденции, несомненно, будут продолжаться, и, поскольку они могут одинаково хорошо применяться к таким конструкциям, как крылья и подносы, они будут иметь значение для всех аспектов проектирования и проектирования самолетов.

Есть несколько мер, которые я могу придумать. Я уверен, что некоторые из них снижают вес только как побочный эффект, а не как основную движущую силу изменений.

• Переключитесь на композитные материалы. Это определенно было вызвано снижением веса. Изготовление крыльев и фюзеляжа из более легких материалов делает все дешевле.
• Новые конструкции сидений. Есть новые более тонкие сиденья, в основном в ближнемагистральных самолетах. Сиденья намного меньше и немного легче. Это, вероятно, больше обусловлено возможностью добавлять больше рядов и при этом сохранять приличный шаг, но также является мерой по снижению веса.
• Беспроводные и BYOD развлекательные системы. Опять же, в основном на короткие расстояния. У меня были самолеты без каких-либо развлечений или с системами Wi-Fi, которые можно было принести с собой. Это снижает вес устройств и особенно проводки.
• Дизайн туалета. В наши дни это в основном связано с весом самих систем, хотя это также экономит вес воды. Я думаю, что многие изменения в этих конструкциях на самом деле были связаны с безопасностью и комфортом.

Возможно, что все эти изменения перевешиваются изменениями в конструкции двигателя и аэродинамики (крылышки/акулы), которые уменьшают лобовое сопротивление и экономят вес за счет большего количества топлива на борту, хотя у меня нет данных.