NLR werkt samen met andere partijen aan een nieuwe vliegtuigromp met thermoplastische componenten. Dit materiaal biedt dezelfde sterkte en levensduur als aluminium, maar verlaagt het totale gewicht van de romp van vliegtuigen met meer dan tien procent, waardoor de CO2-uitstoot van vliegtuigen omlaag gaat.
NLR
De Indiase vliegmaatschappij IndiGo plaatste in 2023 een bestelling van vijfhonderd Airbus-vliegtuigen, die vliegtuigfabrikant Airbus tussen 2030 en 2035 levert. Om de mondiale mobiliteit te garanderen, zal de groei van het vliegtuigverkeer de komende decennia waarschijnlijk nog flink toenemen. Tegelijkertijd nemen de Europese luchtvaartindustrie en publieke partijen initiatieven op weg naar een klimaat neutrale luchtvaart in 2050. Nederland kan daaraan bijdragen met industriële technologieën om de benodigde grote veranderingen ten opzichte van de huidige generatie vliegtuigen mogelijk te maken.
Koolstofvezel
Een consortium van voornamelijk Nederlandse partijen (STUNNING) heeft onder leiding van GKN Fokker binnen de door Airbus geleide Multi-Functional Fuselage Demonstrator (MFFD) gewerkt aan het bouwen van het onderste deel van een constructie van een vliegtuigromp in composiet, ’s werelds grootste luchtvaartconstructie in thermoplast. Een ander consortium heeft tegelijkertijd gewerkt aan het bovenste deel. De beide delen worden nu, na voltooiing, aan elkaar gekoppeld in Duitsland. ‘In 2021 heeft NLR in Marknesse de huid van de onderste helft als één stuk van 8 meter lengte en 4 meter doorsnede opgeleverd, ‘s werelds grootste enkelvoudige thermoplast deel voor de vliegtuigbouw. Parallel is door onder andere door GKN Fokker in Hoogeveen begonnen met de fabricage van de overige onderdelen van de romp. Ook Europese partners leveren innovatieve onderdelen aan. 2022 stond in het teken van de integratie van de delen van het binnenwerk van de romp door de GKN Fokker en TU Delft bij SAM|XL in Delft, zoals de cabine- en laadvloerstructuur met hoofd systeemelementen’, zegt Johan Kos, principal R&D Engineer bij NLR. Met koolstofvezel versterkte thermoplastische low-melt polyaryletherketone (LMPAEK) hars , een composiet, wordt onderzocht voor grootschalige toepassing in grote vliegtuigen voor de korte en middellange afstand, zoals de A320 Airbus, die nu nog in metaal geproduceerd worden. Bij nog grotere vliegtuigen, zoals de Airbus A350 en Boeing 787, zijn de rompen vaak al met composietmaterialen voorzien, maar dit is thermoharder hars en heeft als nadeel dat het slecht recyclebaar is. Thermoplast kan meerdere keren worden omgesmolten en dat bevordert het hergebruik. Bovendien maakt thermoplast het mogelijk om de delen van de romp te lassen. ‘Verbinden gebeurt nu vaak met mechanische bevestigingsmiddelen. Dat kost veel tijd en voegt gewicht toe. Thermoplast zorgt voor een gewichtsbesparing van meer dan tien procent in de romp ten opzichte van de huidige generatie.”’
Honderd vliegtuigen
Ook aan de productievolumes is gedacht. Kos: ‘Voor een A320 zat de productie in 2019 op meer dan zestig nieuwe vliegtuigen per maand. Het onderzoek in de MFFD is erop gericht met thermoplast naar een productie van honderd vliegtuigen te gaan.’ Dat kan alleen met een volledig geautomatiseerd productieproces. ‘We onderzoeken hoe dit moet en gebruiken daarbij onze eigen Automated Fibre Placement machine om volledig geautomatiseerd met smalle stroken koolstofvezel versterkt thermoplast met een robot te plaatsen in een huidvorm. Deze techniek is niet nieuw, maar nog niet eerder voor zulke grote oppervlaktes thermoplast toegepast. We kunnen zo snellere doorlooptijden garanderen, die bijdragen aan de kostenbesparing voor een nieuw te bouwen vliegtuig.’
In het MFFD-project is de samenbouw meer modulair opgezet in delen die apart van elkaar kunnen worden gebouwd. Daarnaast onderzoekt NLR samen met de andere partners naar oplossingen om de bekabeling en systemen zo efficiënt mogelijk in te richten. ‘We kijken welke nieuwe technieken nu het meest succesvol zijn voor toepassing in thermoplast en onderzoeken nog waar lokale verbeteringen en nog snellere inductielastechnologie mogelijk zijn.’ Ook de vleugels zouden van thermoplast gemaakt kunnen worden, maar dat onderzoek valt niet onder dit project.
Grote oppervlaktes
NLR maakt in dit project gebruik van infrarood thermografie, een inspectietechniek die snel en effectief een duidelijk beeld geeft van de oppervlaktetemperaturen van de gecontroleerde onderdelen. Deze techniek wordt onderzocht om er tijdens de productie defecten mee te vinden. Kos: ‘Inspecties met thermografie gaan sneller, want je kunt in een keer grote oppervlaktes inspecteren, terwijl je bij de traditionele ultrasone techniek scans maakt van kleine smalle strookjes. Worden fouten tijdens de productie gevonden, dan kunnen we met thermografie het blijven optreden van die fouten sneller stoppen, waardoor we kosten kunnen besparen en verspilling van materialen voorkomen. Zo wordt ook het verdere productieproces zo min mogelijk verstoord.’
De ontwikkeling van de romp voor de nieuwe generatie vliegtuigen is slechts een radartje in het geheel. Wereldwijd werken onderzoeksinstituten en marktpartijen aan zuinigere, schonere en stillere vliegtuigen. Van nieuwe technologieën voor de voortstuwing tot innovatieve vleugelconstructies. ‘De kunst is om al deze technologieën op hetzelfde moment samen te brengen in een nieuw te ontwerpen vliegtuig. In Europa mikken we op 2035, dan verwachten we dat het eerste vliegtuig met alle technieken klaar is. Deze doelstelling is ook duidelijk geformuleerd bij alle teams die hieraan werken.’