Инновационные компьютерные коды составляют основу компьютерной модели, которая с беспрецедентными подробностями показывает, как, например, будет вести себя составное крыло самолета, если ему будут нанесены мелкомасштабные повреждения, такие как столкновение с птицей. Любые крошечные трещины, которые распространяются по композитному материалу, можно предсказать с помощью этой модели.Коды разрабатываются исследователями Имперского колледжа Лондона в сотрудничестве с партнерами Airbus и при финансовой поддержке Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC).
На сегодняшний день авиаконструкторы чрезмерно компенсируют недостаток знаний о поведении композитов путем чрезмерного армирования композитных панелей. Например, Boeing 787, состоящий на 50 процентов из композитных материалов, имеет вес примерно на десять процентов больше.
«За счет снижения веса можно сэкономить до восьми процентов топлива для реактивных двигателей. Без учета военных самолетов это составляет около 20 миллионов тонн топлива, 50 миллионов тонн CO2 и 20 миллиардов фунтов стерлингов, сэкономленных ежегодно », — сказал д-р Сильвестре Пинхо, руководивший исследованием в Имперском колледже Лондона.Новая модель позволит сделать панели менее громоздкими, при этом соблюдая строгие нормы безопасности, требуемые авиационной отраслью.
В результате должны получиться летательные аппараты, которые легче, чем нынешние конструкции, и поэтому потребляют меньше топлива и производят меньше выбросов парниковых газов.Конструкторы самолетов, использующие новую компьютерную модель, смогут исследовать устойчивость к повреждениям альтернативных конструкций, не создавая так много прототипов или проводя так много физических испытаний — сокращая затраты на исследования и потенциально сокращая месяцы циклов разработки.Доктор Сильвестре Пиньо говорит: «Одна из ключевых проблем при проектировании с использованием композитов заключается в том, что, хотя физические механизмы, приводящие к повреждению, развиваются в крошечном масштабе, модели, предсказывающие эти механизмы, должны применяться к гораздо более крупным компонентам. Нигде эта проблема не является более серьезной, чем в аэрокосмической отрасли.
Мне посчастливилось тесно сотрудничать с Airbus и другими компаниями, чтобы не только улучшить понимание этих механизмов, но и разработать модели, которые можно применить к крупным компонентам ».Композиты становятся все более популярными в аэрокосмической промышленности. Они не только легче металлов, которые они заменяют (например, на 20 процентов легче алюминия), но и прочнее. Однако механизмы, влияющие на них, не так хорошо изучены, потому что в отрасли на несколько десятилетий больше опыта использования металлов.
Новая модель решает эту проблему, а содержащиеся в ней коды включают ряд новых идей, разработанных командой Imperial. В частности, подробные экспериментальные исследования различных механизмов отказа позволили представить повреждения целых частей самолета.Доктор Мортен Остергаард, старший эксперт Airbus по моделированию конструкций и нелинейному анализу конечных элементов, говорит: «Мы сотрудничаем с доктором Пиньо на протяжении ряда лет в разработке моделей разрушения композитных конструкций. Это очень сложная задача. области, и эти модели вносят положительный вклад в нашу способность прогнозировать повреждения в крупных компонентах ».
Вслед за этим проектом доктор Пиньо получил стипендию инженеров EPSRC, чтобы сосредоточиться на том, как изменения микроструктуры композита повлияют на способность панели останавливать распространение повреждений.