Ticari havacılık sektörü, büyük kompozit uçak yapılarının yüksek üretim hızına ulaşmaktan yaklaşık on yıl uzakta olabilir. Airbus ve Boeing, daha büyük kompozit yapıları otoklavda kürleme yapmadan nasıl üretebileceklerini araştırıyor. Mevcut altyapı zaman alıcı ve işletmesi pahalı olduğundan, günümüz uçak üretim hızlarını sınırlıyor ve yolcu uçağı üretiminin geleceği için karmaşık zorluklar ortaya koyuyor.
Uçak gövdesi üretiminde faaliyet gösteren iki büyük şirket, otoklav gerektirmeyen üretim süreçleriyle ilgileniyor çünkü yeni nesil tek koridorlu jetlerin ayda 100’den fazla uçak üretilebileceği öngörülüyor. Eğer bu uçakların kanatları veya gövdeleri çoğunlukla kompozit malzemelerden üretiliyorsa, şirketlerin yeterli üretim oranlarını desteklemek için devasa otoklav kapasitesine ihtiyaçları olacaktır. Her iki şirket de bu kısıtlamanın üstesinden nasıl gelinebileceğini araştırıyor.
Airbus A350 ve Boeing 787’nin gövde ve kanatlarını, kompozit yapıları (örneğin kanat üst kaplamalarını) sertleştirmek için yoğun basınç ve ısı uygulayan dev otoklavlarda kürlemek mantıklıdır, çünkü bu programlar tek koridorlu A320neo ve 737 Max ailelerine göre çok daha düşük oranlarda jet üretmektedir. Bununla birlikte, daha yüksek geniş gövdeli uçak üretim oranlarını desteklemek, otoklav dışı süreçler geliştirmek için bir diğer önemli nedendir.
Leeham News and Analysis ( LNA ) havacılık analisti Bjorn Fehrm’e göre, Airbus A350 üretiminde kanat üst kapaklarının kürlenmesinin tam bir döngüsü 24 saat sürüyor ve aynı anda odaya sadece iki kapak sığabiliyor. Almanya’nın Stade ve İspanya’nın Illescas şehirlerindeki otoklavlarla donatılmış iki üretim tesisinde faaliyet gösteren Avrupa havacılık grubu, ayda yaklaşık 10 adet A350 gövdesi üretiyor. Bu oranı ayda 12 A350’ye çıkarmayı hedefliyor.
Airbus’ın nihai A320neo yerine geçecek uçağına dönecek olursak, Ferhm’in analizi, şirketin ayda yaklaşık 100 uçaklık tamamen kompozit dar gövdeli üretim hızını desteklemek için sürekli çalışan 20’ye kadar otoklav’a ihtiyaç duyacağını gösterdi. Bu, şirketin muhtemelen kaçınmayı tercih edeceği sermaye yoğun bir projedir.
Üretim zorluklarının yanı sıra mühendislik başarıları da yaşayan ilk nesil tamamen kompozit A350 ve 787 Dreamliner programlarından ders çıkaran Airbus ve Boeing, gelişmiş malzeme teknolojisini bir sonraki dar gövdeli uçak serilerine nasıl uygulayacaklarını araştırıyor. Kompozit kanat yapılarının seri üretimi, Airbus’ın “Yarının Kanadı” araştırma programı için merkezi bir soru teşkil ediyor.
Daha büyük otoklavlar bekleniyor.
Her iki şirketin uzmanları da büyük uçak yapılarının otoklavsız üretiminin mümkün olduğuna inanıyor, ancak bu, kime sorduğunuza bağlı olarak, on yıl veya daha fazla sürebilir.
LNA kısa süre önce Airbus’ın Geleceğin Kanatları programının başkanı Sue Partridge’e ve Boeing’in ileri malzeme tasarımı ve üretimi üzerinde çalışan 650 mühendis ve bilim insanından oluşan bir ekibe liderlik eden başkan yardımcısı Lisa Orme’ye bu soruyu yöneltti. Verdikleri yanıtlar, şirketlerin soruna nasıl yaklaştığına ışık tutuyor.
Orme, Boeing’in otoklav dışı süreçlerinin şu anda kapı çerçeveleri gibi daha küçük parçaların ve gövde bileşenlerinin üretimiyle sınırlı olduğunu belirtti. Örneğin, reçine transfer kalıplama daha hızlı döngüler vaat ediyor, ancak kalıplama ekipmanı pahalı ve şimdiye kadar en iyi şekilde daha küçük parçalar ve orta üretim hızları için uygun olduğu kanıtlandı.
Boeing’in daha büyük uçaklar üretmenin bir yolunu bulmak isteyeceği kesin. Özellikle, henüz sertifikalandırılmamış olan ve uzun zamandır beklenen çift koridorlu çift motorlu 777X, karakteristik katlanabilir kanat uçlarına sahip, çoğunlukla kompozit malzemeden üretilmiş bir kanada sahip. 777-9’un kanat yapıları ise otoklavda üretiliyor.
“Bence bir gelecek var. Gerçekten de öyle düşünüyorum. İnovasyon yapmaya devam ediyoruz. Otoklav olmadan nerede olduğumuzu anlamaya çalışmamız henüz bitmedi ve bunun mümkün olduğuna inanıyoruz. Bunu araştırıyoruz. Zamanlama açısından bunu söylemek gerçekten zor, ama gelecekte olacak.”
LNA’nın , geleceğin on yıllar sonra olup olmayacağı sorusuna Orme, zaman çizelgesinin “muhtemelen tekil” veya yaklaşık on yıl gibi olduğunu söyledi. Boeing son zamanlarda, bir sonraki dar gövdeli uçağının 2030’ların sonlarında, hatta 2040’a kadar hizmete gireceği görüşünü benimsedi.
Uzun, İnce Kanatların Üretimi
Hem Airbus hem de Boeing, gelecekteki uçak platformları için daha yüksek en boy oranına sahip çok uzun ve ince kanat tasarımları üzerinde araştırma yapıyor. Daha verimli olmalarına rağmen, bu tür kanatların üretimi zor olacak ve gelişmiş malzeme tasarımları gerektirecek.
Partridge’in belirttiğine göre Airbus, yeni nesil kanat teknolojilerinden nasıl yararlanarak, tamamen yeni tasarladığı jetlerinin yakıt verimliliğini artırabileceğini ve işletme maliyetlerini düşürebileceğini on yıldan uzun bir süredir araştırıyor. Bu araştırmalar arasında üç adet tam ölçekli kanat prototipi inşa edilmesi ve yakın zamanda bir Airbus A321neo’nun kanatlarını genişletecek bir uçuş test programının başlatılması yer alıyor.
“İlk hedef kanat performansıyla ilgili; kanat, yeni nesil tek koridorlu uçağa motor kadar verimlilik artışı sağlayacak. Verimlilik için gerçekten önemli bir kaldıraç ve verimliliği artırmanın yolu kanat açıklığından geçiyor. Kanat açıklığını artırarak sürtünmeyi, yakıt tüketimini ve CO2 emisyonlarını azaltıyorsunuz… Dolayısıyla geliştirmekte olduğumuz teknolojilerin ilk amacı bu: daha uzun, daha hafif ve daha ince kanatlar.”
Geleceğin Kanadı programının bir diğer amacı da yeni kanat tasarımlarının yüksek üretim hızlarında nasıl üretilebileceğini belirlemektir. Özellikle, Airbus’ın bir sonraki dar gövdeli uçağının kanadının ana yapısal bileşenleri kompozit malzemelerden, ön ve arka kenarları ise alüminyumdan yapılacaktır. Kanat üzerindeki ve içindeki diğer birçok küçük bileşen de metalik olacaktır.
Partridge, Airbus’ın güvenlik ve kaliteden ödün vermeden kompozit malzemelerle kanat yapılarını yüksek üretim hızlarında üretmenin yolunu bulacağı konusunda “çok iyimser”.
“Gerçek bir endüstriyel ortama olabildiğince yakın bir şekilde, bu teknolojileri büyük ölçekte geliştiren, gerçekten iyi bir teknoloji programına yatırım yapma kararı aldık,” dedi. “Bunların olgunlaşmış olması gerekiyor. Bileşenleri tekrar tekrar üretebildiğimizi ve endüstriyel sistemimizin güvenilirliğini göstermemiz gerekiyor. Wing of Tomorrow tam olarak bunu yapıyor.”
Bu amaçla Airbus, “kuru elyaf” teknolojileri gibi otoklav dışı yöntemleri araştırıyor. Bu işlemlerde, reçine emdirilmemiş elyaf bir kalıba yerleştirilir ve ardından katmanlama işleminden sonra malzeme reçine ile emdirilir. Bu, elyafların kalıba yerleştirilmeden önce reçine ile emdirildiği “prepreg” sistemlerinden farklı.
Airbus ayrıca, A350 üretiminde yıllar içinde geliştirdiği mevcut prepreg sistemlerinin (reçine ile önceden emprenye edilmiş elyaf) üretim hızlarını nasıl artırabileceğini de araştırıyor.
Partridge, “Buradaki kilit nokta, sahip olduğumuz tüm bilgileri alıp, bunları yüksek oranda tekrar edebildiğimizden emin olmak olacaktır. Farklı otoklav dışı seçenekleri, farklı kuru elyaf seçeneklerini araştırıyoruz. Bu kararlar gelecekte verilecek.” dedi.
Partridge, bu bulmacanın çözülmesinin 10 yıldan az süreceğini ve şirketin A320neo ailesinin halefi olan uçağın lansmanını 2030’da, hizmete girişini ise önümüzdeki on yılın sonlarına doğru gerçekleştirmeyi hedeflediğini belirtiyor.
Boeing ayrıca otoklav kullanarak daha düşük maliyetli ve daha yüksek üretim hızına sahip kompozit yapılar üretmenin yollarını da araştırıyor.
Boeing’in baş teknoloji sorumlusu Lane Ballard, uçak üreticisinin “her iki tarafa da yatırım yaptığını” söyledi.
“Otoklavda bile, aletler ve malzeme sistemleri konusunda yapılacak çok iş var,” dedi.
“Tıpkı rüzgar türbini ve otomobil endüstrisinin de üzerinde çalıştığı gibi, biz de her iki uçta da çalışıyoruz. Kompozitlerin şu anda gerektirdiği bu devasa altyapıya ihtiyaç duymadan, çok hızlı bir şekilde ilk denemede yüksek kalite elde etmenin bir yolunu nasıl bulabiliriz? Bu nedenle her iki tarafta da çok fazla araştırma yapıyoruz, ancak kesinlikle otoklav dışı yöntemler çözmekle ilgilendiğimiz alanlardan biri.”
Boeing, bu konsepti daha küçük ölçekte, örneğin Avustralya Kraliyet Hava Kuvvetleri için Boeing Avustralya tarafından tasarlanan gizli otonom uçak MQ-28A Ghost Bat’in geliştirilmesinde zaten sergilemiştir. Bu uçağın montajı, Boeing tarafından şimdiye kadar üretilen en büyük reçine kaynaştırılmış paneli içeriyor ve işlem otoklav dışında tamamlanıyor.
Bu tekniklerin ölçeklendirilmesi ve tekrarlanabilir üretim sistemlerinin geliştirilmesi, küçük hava taksi girişimlerinden küresel uçak gövdesi üreticisi ikiliğine kadar havacılık endüstrisinin karşı karşıya olduğu muazzam bir zorluk.
