De nieuwe Europese superzwaan, de Airbus 380, moet de doorbraak worden voor het aluminium-glasvezellaminaat Glare, al vijftien jaar de trots van de faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek.
Delen
Dr.ir. Tjerk de Vries: ,,Onderhoudsinspecties zijn straks niet meer nodig.”
,,Glare levert de vliegtuigindustrie gewichtswinst op zonder extra kosten”, zegt dr.ir. Tjerk de Vries. De prijs van een romp van het Delftse aluminium-glasvezellaminaat is namelijk ongeveer gelijk aan die van aluminium, terwijl het materiaal lichter is en bestendiger tegen scheuren. ,,Normaal hebben vliegtuigbouwers honderden dollars extra over voor een kilo minder gewicht.”
Het laminaat zelf is weliswaar duurder, maar doordat Glare tijdens de productie meteen in de juiste vorm en juiste dikte wordt gebracht, bespaar je de hoge kosten van het vervormen van een dikke laag aluminium. De dunne aluminiumlaagjes waar Glare uit bestaat kunnen namelijk in een oven met een mal meteen de juiste vorm krijgen, vertelt De Vries. Hij werkt één dag per week in Delft en vier dagen in Hamburg aan de toepassing van Glare in de A380 dat het grootste passagiersvliegtuig ter wereld moet worden.
Glare is vooral ontwikkeld om vermoeiing tegen te gaan. Wisselende belasting door bijvoorbeeld het compenseren van het verschil in luchtdruk aan de grond en op tien kilometer hoogte veroorzaakt na een tijdje vermoeiingsscheurtjes. Zulke metaalmoeheidscheurtjes worden in Glare in de kiem gesmoord omdat tussen twee laagjes aluminium steeds een laagje glasvezels zit. De glasvezels kunnen ook bij grotere krachten de boel bij elkaar houden en doorscheuren voorkomen.
Een Boeing 737 illustreerde in 1988 waartoe metaalmoeheid kan leiden. Tijdens de vlucht scheurde een deel van het dak af en veranderde het vliegtuig in een cabriolet. ,,Aluminiumplaten zitten met klinknagels aan elkaar en daar ontstaan snel scheurtjes die naar elkaar toe kunnen groeien. Dat probleem wordt nu opgelost met zeer frequente controle op scheurtjes, maar met Glare ontstaan zulke grote scheuren niet binnen de levensduur van een vliegtuig. En dat scheelt kostbare inspectie”, aldus De Vries, die afgelopen donderdag bij prof.ir. Boud Vogelesang promoveerde.
,,We zeggen iets heel geks: met vermoeiingsscheuren kan de constructie nog steeds de maximale belasting waarmee een vliegtuig getest wordt verdragen. Dat betekent dat je met deze scheuren gewoon kan doorvliegen. Vliegtuigen hoeven dan alleen nog maar geïnspecteerd te worden op specifieke plaatsen, bijvoorbeeld bij de deurhoeken.”
Door een plaat met een scheur langdurig te belasten met een testmachine die er steeds weer aan trekt en hem steeds weer loslaat, creëerde De Vries vermoeiingsscheuren en onderzocht de overgebleven sterkte. Door de vezels die in tact blijven blijft de ‘reststerkte’ van het materiaal ver boven de belastingen waar vliegtuigen tijdens hun levensduur mee te maken krijgen.,,Theoretisch kan de A380 met Glare vier keer langer vliegen dan de geplande levensduur van twintig jaar.”
Bandenplakkertje
Toch is Glare nog lang geen gemeengoed in de vliegtuigbouw. Vliegtuigbouwers zijn vaak enigszins behoudend. Vliegtuigvloeren van Glare durven ze wel aan. Die zitten bijvoorbeeld in de Boeiing 777. Ook als reparatiemateriaal wordt Glare al gebruikt, als een soort bandenplakkertje over de plaats waar een gat of een scheur in de vliegtuighuid zat.
Luchtvaartmaatschappijen willen zeker weten dat het veilig is voordat ze met een romp van nieuw materiaal gaan vliegen. De Duitse luchtmacht was tot nu toe de enige die het aandurfde om met een Glare-paneel in de romp te vliegen. ,,Deze A310 is net geïnspecteerd na anderhalf jaar vliegen en er is helemaal geen schade gevonden.”
De toepassing van Glare in het bovenste deel van de romp van de A380, iets wat volgens De Vries zeker doorgaat, moet voor een doorbraak zorgen. Vanaf 2004 vervoert dit vliegtuig met een vleugeloppervlak van ruim 800 vierkante meter zo’n 550 tot 800 mensen. Zelf werkt De Vries nu aan de eerste test met Glare voor de A380. ,,We bouwen het achterste stuk van de romp, zo’n twintig meter lang en negen meter hoog om te testen hoe alle verschillende materialen op elkaar reageren.”
Catastrofaal
De Vries ontwikkelde ook een methode waarmee vliegtuigontwerpers kunnen voorspellen hoe sterk de constructie van het vliegtuig nog is als er een gat of een scheur in zowel de aluminiumlagen als de glasvezellagen zit. Zulke scheuren kunnen in de romp ontstaan als er bijvoorbeeld een stuk metaal rondslingert op een vliegveld of er vogels met grote snelheid tegen de romp aanknallen. ,,Met mijn model kunnen ontwerpers de romp zo construeren dat je gewoon kan doorvliegen met een scheur zonder dat deze catastrofaal wordt.”
De Vries mat hoeveel energie nodig is om een scheur in zowel de aluminiumlagen als in de glasvezellagen te laten groeien. Lange tijd gebeurt er dan niets. Bij een flinke belasting beginnen de scheuren te groeien zolang de belasting toeneemt totdat er een maximale waarde overschreden wordt waarbij de scheur verder groeit zonder dat de belasting verder verhoogd hoeft te worden.
Om ervoor te zorgen dat scheuren waarbij alle lagen gebroken zijn niet explosief doorscheuren, ontwikkelde De Vries scheurstoppers. ,,Een scheur van anderhalve meter wordt door de luchtwaardigheidsautoriteiten en de vliegtuigfabrikanten gezien als een schade waarmee een vliegtuig nog steeds veilig moet kunnen terugkeren naar een vliegveld.”
Door om de vijfenzeventig centimeter een extra dikke laag glasvezels te plaatsen, kan elke scheur in de lengterichting worden gestopt. Wel kan de scheur dan verder lopen langs de rand van het stuk waar extra glasvezels zitten. ,,Zo gaat de scheur de hoek omen krijgt de vorm van een soort noodluikje dat openklapt. En daaruit verlaat de overdruk sissend maar gecontroleerd het vliegtuig”, aldus De Vries. ,,De piloot merkt dat snel omdat de luchtdruk in het vliegtuig omlaag gaat. De pompen kunnen dat niet meer behappen.” Wanneer er zo te veel lucht verdwijnt kan hij op het dichtstbijzijnde vliegveld een veilige noodlanding maken.
Lappendeken
De A380 krijgt een romp met een omtrek van ruim veertig meter. Zo’n groot stuk Glare is nooit uit een stuk te maken zonder losse stukken met klinknagels aan elkaar te zetten, want de aluminiumlaagjes in Glare zijn slechts 1,6 meter breed. Om de hoeveelheid klinknagels toch enigszins te beperken ontwikkelden de Delftenaren splices (zie tekening) om grotere stukken Glare mee te maken. De aluminiumplaten worden in een splice als het ware dakpansgewijs aan elkaar gelijmd terwijl de glasvezels ononderbroken doorlopen. Zo’n splice bespaart niet alleen het gewicht van de klinknagels, de onderkant van de splice is ook helemaal vlak. ,,Dat maakt het aërodynamischer.”
De Vries toonde aan dat de materiaaleigenschappen bij een splice niet veranderen. Als je op een willekeurige plaats in een splice een klinknagel zet blijft het geheel toch even sterk. ,,Het ontwerp van de splices is dus heel goed.” Waarom is dat belangrijk? ,,Omdat een ontwerper zo min mogelijk rekening wil hoeven houden met splices tijdens zijn ontwerp.”
Met Glare is het ook mogelijk om al bij de productie een lappendeken van dikke en dunne lagen te maken. Om de A380 zo licht mogelijk te maken, kiezen vliegtuigbouwers ervoor om alleen dikkere lagen te leggen op plaatsen die extra krachten te verduren hebben tijdens het vliegen of bijvoorbeeld bij een afgebroken start. Ook bij ramen is extra dikte nodig.
Voor de overgang van een dunner stuk Glare naar een dikker stuk worden nu ook zoveel mogelijk splices gebruikt. Die worden in de productie-oven bij Fokker al gemaakt.
Op dit moment zijn er al meer dan vijftig A380-vliegtuigen verkocht en is op nog eens vijftig een optie genomen. Glare gaat dus eindelijk echt vliegen.
De nieuwe Europese superzwaan, de Airbus 380, moet de doorbraak worden voor het aluminium-glasvezellaminaat Glare, al vijftien jaar de trots van de faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek. Dr.ir. Tjerk de Vries: ,,Onderhoudsinspecties zijn straks niet meer nodig.”
,,Glare levert de vliegtuigindustrie gewichtswinst op zonder extra kosten”, zegt dr.ir. Tjerk de Vries. De prijs van een romp van het Delftse aluminium-glasvezellaminaat is namelijk ongeveer gelijk aan die van aluminium, terwijl het materiaal lichter is en bestendiger tegen scheuren. ,,Normaal hebben vliegtuigbouwers honderden dollars extra over voor een kilo minder gewicht.”
Het laminaat zelf is weliswaar duurder, maar doordat Glare tijdens de productie meteen in de juiste vorm en juiste dikte wordt gebracht, bespaar je de hoge kosten van het vervormen van een dikke laag aluminium. De dunne aluminiumlaagjes waar Glare uit bestaat kunnen namelijk in een oven met een mal meteen de juiste vorm krijgen, vertelt De Vries. Hij werkt één dag per week in Delft en vier dagen in Hamburg aan de toepassing van Glare in de A380 dat het grootste passagiersvliegtuig ter wereld moet worden.
Glare is vooral ontwikkeld om vermoeiing tegen te gaan. Wisselende belasting door bijvoorbeeld het compenseren van het verschil in luchtdruk aan de grond en op tien kilometer hoogte veroorzaakt na een tijdje vermoeiingsscheurtjes. Zulke metaalmoeheidscheurtjes worden in Glare in de kiem gesmoord omdat tussen twee laagjes aluminium steeds een laagje glasvezels zit. De glasvezels kunnen ook bij grotere krachten de boel bij elkaar houden en doorscheuren voorkomen.
Een Boeing 737 illustreerde in 1988 waartoe metaalmoeheid kan leiden. Tijdens de vlucht scheurde een deel van het dak af en veranderde het vliegtuig in een cabriolet. ,,Aluminiumplaten zitten met klinknagels aan elkaar en daar ontstaan snel scheurtjes die naar elkaar toe kunnen groeien. Dat probleem wordt nu opgelost met zeer frequente controle op scheurtjes, maar met Glare ontstaan zulke grote scheuren niet binnen de levensduur van een vliegtuig. En dat scheelt kostbare inspectie”, aldus De Vries, die afgelopen donderdag bij prof.ir. Boud Vogelesang promoveerde.
,,We zeggen iets heel geks: met vermoeiingsscheuren kan de constructie nog steeds de maximale belasting waarmee een vliegtuig getest wordt verdragen. Dat betekent dat je met deze scheuren gewoon kan doorvliegen. Vliegtuigen hoeven dan alleen nog maar geïnspecteerd te worden op specifieke plaatsen, bijvoorbeeld bij de deurhoeken.”
Door een plaat met een scheur langdurig te belasten met een testmachine die er steeds weer aan trekt en hem steeds weer loslaat, creëerde De Vries vermoeiingsscheuren en onderzocht de overgebleven sterkte. Door de vezels die in tact blijven blijft de ‘reststerkte’ van het materiaal ver boven de belastingen waar vliegtuigen tijdens hun levensduur mee te maken krijgen.,,Theoretisch kan de A380 met Glare vier keer langer vliegen dan de geplande levensduur van twintig jaar.”
Bandenplakkertje
Toch is Glare nog lang geen gemeengoed in de vliegtuigbouw. Vliegtuigbouwers zijn vaak enigszins behoudend. Vliegtuigvloeren van Glare durven ze wel aan. Die zitten bijvoorbeeld in de Boeiing 777. Ook als reparatiemateriaal wordt Glare al gebruikt, als een soort bandenplakkertje over de plaats waar een gat of een scheur in de vliegtuighuid zat.
Luchtvaartmaatschappijen willen zeker weten dat het veilig is voordat ze met een romp van nieuw materiaal gaan vliegen. De Duitse luchtmacht was tot nu toe de enige die het aandurfde om met een Glare-paneel in de romp te vliegen. ,,Deze A310 is net geïnspecteerd na anderhalf jaar vliegen en er is helemaal geen schade gevonden.”
De toepassing van Glare in het bovenste deel van de romp van de A380, iets wat volgens De Vries zeker doorgaat, moet voor een doorbraak zorgen. Vanaf 2004 vervoert dit vliegtuig met een vleugeloppervlak van ruim 800 vierkante meter zo’n 550 tot 800 mensen. Zelf werkt De Vries nu aan de eerste test met Glare voor de A380. ,,We bouwen het achterste stuk van de romp, zo’n twintig meter lang en negen meter hoog om te testen hoe alle verschillende materialen op elkaar reageren.”
Catastrofaal
De Vries ontwikkelde ook een methode waarmee vliegtuigontwerpers kunnen voorspellen hoe sterk de constructie van het vliegtuig nog is als er een gat of een scheur in zowel de aluminiumlagen als de glasvezellagen zit. Zulke scheuren kunnen in de romp ontstaan als er bijvoorbeeld een stuk metaal rondslingert op een vliegveld of er vogels met grote snelheid tegen de romp aanknallen. ,,Met mijn model kunnen ontwerpers de romp zo construeren dat je gewoon kan doorvliegen met een scheur zonder dat deze catastrofaal wordt.”
De Vries mat hoeveel energie nodig is om een scheur in zowel de aluminiumlagen als in de glasvezellagen te laten groeien. Lange tijd gebeurt er dan niets. Bij een flinke belasting beginnen de scheuren te groeien zolang de belasting toeneemt totdat er een maximale waarde overschreden wordt waarbij de scheur verder groeit zonder dat de belasting verder verhoogd hoeft te worden.
Om ervoor te zorgen dat scheuren waarbij alle lagen gebroken zijn niet explosief doorscheuren, ontwikkelde De Vries scheurstoppers. ,,Een scheur van anderhalve meter wordt door de luchtwaardigheidsautoriteiten en de vliegtuigfabrikanten gezien als een schade waarmee een vliegtuig nog steeds veilig moet kunnen terugkeren naar een vliegveld.”
Door om de vijfenzeventig centimeter een extra dikke laag glasvezels te plaatsen, kan elke scheur in de lengterichting worden gestopt. Wel kan de scheur dan verder lopen langs de rand van het stuk waar extra glasvezels zitten. ,,Zo gaat de scheur de hoek omen krijgt de vorm van een soort noodluikje dat openklapt. En daaruit verlaat de overdruk sissend maar gecontroleerd het vliegtuig”, aldus De Vries. ,,De piloot merkt dat snel omdat de luchtdruk in het vliegtuig omlaag gaat. De pompen kunnen dat niet meer behappen.” Wanneer er zo te veel lucht verdwijnt kan hij op het dichtstbijzijnde vliegveld een veilige noodlanding maken.
Lappendeken
De A380 krijgt een romp met een omtrek van ruim veertig meter. Zo’n groot stuk Glare is nooit uit een stuk te maken zonder losse stukken met klinknagels aan elkaar te zetten, want de aluminiumlaagjes in Glare zijn slechts 1,6 meter breed. Om de hoeveelheid klinknagels toch enigszins te beperken ontwikkelden de Delftenaren splices (zie tekening) om grotere stukken Glare mee te maken. De aluminiumplaten worden in een splice als het ware dakpansgewijs aan elkaar gelijmd terwijl de glasvezels ononderbroken doorlopen. Zo’n splice bespaart niet alleen het gewicht van de klinknagels, de onderkant van de splice is ook helemaal vlak. ,,Dat maakt het aërodynamischer.”
De Vries toonde aan dat de materiaaleigenschappen bij een splice niet veranderen. Als je op een willekeurige plaats in een splice een klinknagel zet blijft het geheel toch even sterk. ,,Het ontwerp van de splices is dus heel goed.” Waarom is dat belangrijk? ,,Omdat een ontwerper zo min mogelijk rekening wil hoeven houden met splices tijdens zijn ontwerp.”
Met Glare is het ook mogelijk om al bij de productie een lappendeken van dikke en dunne lagen te maken. Om de A380 zo licht mogelijk te maken, kiezen vliegtuigbouwers ervoor om alleen dikkere lagen te leggen op plaatsen die extra krachten te verduren hebben tijdens het vliegen of bijvoorbeeld bij een afgebroken start. Ook bij ramen is extra dikte nodig.
Voor de overgang van een dunner stuk Glare naar een dikker stuk worden nu ook zoveel mogelijk splices gebruikt. Die worden in de productie-oven bij Fokker al gemaakt.
Op dit moment zijn er al meer dan vijftig A380-vliegtuigen verkocht en is op nog eens vijftig een optie genomen. Glare gaat dus eindelijk echt vliegen.
Comments are closed.