Composieten revolutie

Chester

New member
Een interessant artikel over de state of the art in composiet ontwerpen:
http://hpc.epubxp.com/issue/90136/37&title=High-Performance+Composites+-+NOV+2012+(page+37)

Het heeft lang geduurd, maar eindelijk wordt het op grote schaal gangbaar om niet meer als "zwart aluminium te ontwerpen", maar composieten daadwerkelijk optimaal in te zetten. Dit soort constructies zijn nog maar het eerste tipje van de sluier:
Premium_AEROTEC_Sinewave_sp...jpg


(Bron)
 

Dutchexperiment

New member
Ik vind het artikel over koolstof muziek instrumenten nog leuker!
Nooit geweten dat er koolstof violen en cello's bestaan:biertje:
 

csaba

New member
Nog sterker: de firma Kaman heeft (of had?) twee productlijnen, beide op basis van composites: helicopters en gitaren.
 

Chester

New member
Ik vind het artikel over koolstof muziek instrumenten nog leuker!
Nooit geweten dat er koolstof violen en cello's bestaan:biertje:
Het verbaasde mij eerlijk gezegd nogal. Koolstof dempt nogal (neemt veel energie op) en nou heb ik geen verstand van muziekinstrumenten, maar ik had juist verwacht dat die klankkast dat niet moet doen. :1855:

Moet ik toch dat koolstof bulkhead dat motorgeluid moet dempen nog maar 's overdenken...
 

csaba

New member
Tsja, klankkasten werden traditioneel uit hout gemaakt, ja - en bestond hout nu toch niet goeddeels uit - ai, was het nu ammonium of zwavel of , euh - welnee, hout bestond toch uit KOOLSTOF, nietwaar? Maar ik denk eigenlijk dat het veel meer over de vezelstructuur gaat dan over de moleculen.

ps ik heb hier tegenwoordig een prima '''penny whistle''' uit zuivere epoxy/glasvezel, prima spul hoor!
 

FotoJunky

New member
Het verbaasde mij eerlijk gezegd nogal. Koolstof dempt nogal (neemt veel energie op) en nou heb ik geen verstand van muziekinstrumenten, maar ik had juist verwacht dat die klankkast dat niet moet doen. :1855:

Dit is wel een beetje een vergelijking van honden zijn dieren, dus alle dieren zijn honden.
Je kunt koolstof zodanig vormen/bewerken, dat je er enorme hoeveelheden energie mee op kunt nemen (en dan is het inderdaad niet zo geschikt om een klankkast van te maken). Je kunt koolstof echter ook zodanig vormen/bewerken dat het bijna geen energie opneemt, maar juist een enorm hoge stijfheid heeft. Dan is het een stuk geschikter om een klankkast te vormen.

Het grote voorbeeld zijn de indycar race auto's. Die zijn vooral van koolstof gemaakt. Een enorme stijfheid voor delen als de cockpit en het frame. Echter net buiten de cockpit (en trouwens ook achterop) zitten een aantal delen die juist ontworpen zijn om zo veel mogelijk energie te absorberen. Die delen zijn een heel stuk minder stijf.

(Oh, ja, houd er ook rekening mee dat het opnemen van energie in dit soort gevallen meestal gepaard gaat met vervorming/versplintering van het materiaal!!)

Koolstof is juist door dit soort dingen heel erg geschikt om een klankkast te maken. Door te spelen met de kwaliteiten van het materiaal, is het heel goed mogelijk om de klankkast op bepaalde plekken wat stijver te maken, terwijl die op andere plekken juist wat meer energie kan opnemen. Daardoor kan je ongewenste klanken dempen en gewenste klanken juist versterken.
 

Chester

New member
Dit is wel een beetje een vergelijking van honden zijn dieren, dus alle dieren zijn honden.
Je kunt koolstof zodanig vormen/bewerken, dat je er enorme hoeveelheden energie mee op kunt nemen (en dan is het inderdaad niet zo geschikt om een klankkast van te maken). Je kunt koolstof echter ook zodanig vormen/bewerken dat het bijna geen energie opneemt, maar juist een enorm hoge stijfheid heeft. Dan is het een stuk geschikter om een klankkast te vormen.

Het grote voorbeeld zijn de indycar race auto's. Die zijn vooral van koolstof gemaakt. Een enorme stijfheid voor delen als de cockpit en het frame. Echter net buiten de cockpit (en trouwens ook achterop) zitten een aantal delen die juist ontworpen zijn om zo veel mogelijk energie te absorberen. Die delen zijn een heel stuk minder stijf.

(Oh, ja, houd er ook rekening mee dat het opnemen van energie in dit soort gevallen meestal gepaard gaat met vervorming/versplintering van het materiaal!!)

Koolstof is juist door dit soort dingen heel erg geschikt om een klankkast te maken. Door te spelen met de kwaliteiten van het materiaal, is het heel goed mogelijk om de klankkast op bepaalde plekken wat stijver te maken, terwijl die op andere plekken juist wat meer energie kan opnemen. Daardoor kan je ongewenste klanken dempen en gewenste klanken juist versterken.
Nee, bovenstaande heeft er niets mee te maken. Jouw vergelijking met crashbars heeft er dan ook niets mee te maken.

"Energieopname" vindt niet alleen plaats bij plastische vervorming (breuk, delaminering, versplintering, you name it). Het vindt óók plaats tijdens normale (elastische) vervorming. Een mooi voorbeeld zijn propellors. Een verder identieke prop van koolstof zal - vergeleken met een metalen prop - de trillingen veel sterker uitdempen, net als een houten prop. Ook een koolstof bladveer zal sterker dempen als een stalen bladveer (die amper dempt)

De stijfheid van een materiaal is wat die demping betreft irrelevant. Dat heeft slechts invloed op de frequenties waarbij hij resoneert (eigenfrequenties, geluids-transmissie en dergelijke). Daar zijn overigens erg leuke dingen mee te doen met - bijvoorbeeld - engine mounts en aandrijfassen. Zonder koolstof aandrijfas bijvoorbeeld was de Learfan onmogelijk geweest. Niet lastiger, maar simpelweg onmogelijk.

Overigens; die crash-cockpit waar jij op doelt is niet bedoelt om zoveel mogelijk energie op te nemen. Die zijn met name bedoeld om de periode waarover je de energie opneemt uit te spreiden zodat de piekbelasting laag genoeg blijft om je crash-cockpit het te laten overleven en dat ze daarbij vaak een groot deel van de energie absorberen is slechts mooi meegenomen.
 

steph

New member
Het is inderdaad mooi om te zien dat CFRP constructies eindelijk op grote schaal in de vliegtuigindustrie gebruikt kunnen en mogen worden. Composiet materialen kennen zo hun ongemakken, maar het is top spul. Zelf ben ik er veel mee bezig bij een studentenproject.

Maar hoe mooi het materiaal ook is, revolutionair zou ik het niet noemen. Als je vijftien minuutjes over hebt raad ik iedereen aan de volgende lezing te bekijken. Hier gaan we in de toekomst zonder twijfel naar toe, ook voor luchtvaartonderdelen.

http://www.ted.com/talks/lisa_harouni_a_primer_on_3d_printing.html
 

Chester

New member
Het is inderdaad mooi om te zien dat CFRP constructies eindelijk op grote schaal in de vliegtuigindustrie gebruikt kunnen en mogen worden.
Koolstof wordt al 50 jaar op grote schaal toegepast en al zeker 35 jaar bij (gecertificeerde) civiele kisten. Weinig nieuws onder de zon...
Maar hoe mooi het materiaal ook is, revolutionair zou ik het niet noemen.
De "revolutie" waar ik over spreek is het materiaal eindelijk toepassen op de manier waarop het optimaal werkt. Zelfs nu nog wordt het vooral als "zwart aluminium" gebruikt en ontworpen. Zie bijvoorbeeld datzelfde magazine over een tamelijk ontluisterend verhaal hoe grote bedrijven er vandaag de dag mee om gaan:
http://hpc.epubxp.com/issue/90136/8&title=High-Performance+Composites+-+NOV+2012+(page+8)

Het potentieel van composieten wordt - zeker in de civiele en kleine luchtvaart - vrijwel niet gebruikt. Even kort door de bocht; optimaal kan je het (structurele!) gewicht van een koolstof vliegtuig dat vandaag de dag vliegt halveren. De revolutie is dat we nu pas de design tools hebben om vrij pittige differentiaalvergelijkingen die bij composieten horen in software te klussen en daadwerkelijk optimale constructies te ontwerpen.

Kijk bijvoorbeeld naar de Dreamliner. Koolstof panelen aan elkaar klinken. Stringers, WTF? Iedereen die ook maar het minste inzicht in composieten heeft rent gillend weg en vraagt zich af welke idioot dat heeft bedacht. Toch is dat nu nog de gangbare manier. De revolutie is dat we daar langzaam vanaf kunnen stappen, nou nog de oudere generatie meekrijgen die niets anders kent dan aluminium. Dat zal ongetwijfeld nog decennia duren en de "oude geiten" zoals die in bovengenoemd artikel ook naar boven komen zijn ook vandaag de dag nog oververtegenwoordigd bij iedere grote vliegtuigbouwer.
Als je vijftien minuutjes over hebt raad ik iedereen aan de volgende lezing te bekijken. Hier gaan we in de toekomst zonder twijfel naar toe, ook voor luchtvaartonderdelen.
Nee, dat gaan we niet. Nooit. Niet mijn woorden overigens, maar die van diverse mensen bij LM en Airbus. 3D-printen in composieten kan niet. De verhouding shear/tension is dermate hoog dat zonder lange vezels het waardeloos materiaal is.
Metalen dan? Nope. Hittebehandelingen, smeden, nitreren, allemaal onontkoombaar. Bovendien kunnen we al perfecte 3D figuren maken in metalen:
icqmms.jpg


De C17 bijvoorbeeld heeft een massieve wing skin uit één blok aluminium gefreesd. Ridicuul hoge kosten (30 keer een splinternieuwe Cessna voor een enkele set vleugels), maar belangrijker, het verschil in gewicht tov een conventionele vleugel is marginaal.

3D printen is hip en leuk voor een hoop toepassingen, maar heeft weinig in de luchtvaart te zoeken. CNC des te meer:
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=RnIvhlKT7SY[/youtube]
Met name tav turboprops/fan's is dat interessant. Voor het eerst ligt het in de mogelijkheden van "amateurs" om zeer complexe turbinedisks zelf te maken.
 

steph

New member
Koolstof wordt al 50 jaar op grote schaal toegepast en al zeker 35 jaar bij (gecertificeerde) civiele kisten. Weinig nieuws onder de zon...

De "revolutie" waar ik over spreek is het materiaal eindelijk toepassen op de manier waarop het optimaal werkt. Zelfs nu nog wordt het vooral als "zwart aluminium" gebruikt en ontworpen. Zie bijvoorbeeld datzelfde magazine over een tamelijk ontluisterend verhaal hoe grote bedrijven er vandaag de dag mee om gaan:
http://hpc.epubxp.com/issue/90136/8&title=High-Performance+Composites+-+NOV+2012+(page+8)

[...]

Kijk bijvoorbeeld naar de Dreamliner. Koolstof panelen aan elkaar klinken. Stringers, WTF? Iedereen die ook maar het minste inzicht in composieten heeft rent gillend weg en vraagt zich af welke idioot dat heeft bedacht. Toch is dat nu nog de gangbare manier. De revolutie is dat we daar langzaam vanaf kunnen stappen, nou nog de oudere generatie meekrijgen die niets anders kent dan aluminium. Dat zal ongetwijfeld nog decennia duren en de "oude geiten" zoals die in bovengenoemd artikel ook naar boven komen zijn ook vandaag de dag nog oververtegenwoordigd bij iedere grote vliegtuigbouwer.

Het materiaal wordt zeker al toegepast op de manier waarop het optimaal werkt. Kijk naar de Grumman X-29 (eerste vlucht 1984), waar koolstofvezel de aerolasticiteit tegen gaat. Maar zeker ook bij andere high lift devices van de huidige toestellen wordt het niet als zwart alu gebruikt. Een romp zonder stringers gaan we voorlopig nog niet zien denk ik, maar ook dat zal komen.


Terug over het rapid prototyping: Heel mooi dat je van buiten leuke figuurtjes kan frezen, maar aan de binnenkant van het materiaal gaat dat je niet lukken. Ik denk dat juist in de luchtvaart deze productiemethode in de toekomst tot zijn recht kan komen. Nu voor het snel kunnen maken van windtunnel modellen, in de toekomst voor onderdelen die gevormd kunnen worden door bijvoorbeeld CFD pakketten. Er is nu al CFD software dat zelf de vorm van het zelf model kan optimaliseren. Ik heb het hierbij dus niet over dragende constructies, maar over bijvoorbeeld airconditioning of motor onderdelen met een zeer hoog rendement.


Gr. Stephan
 

Dutchexperiment

New member
Een interessant artikel over de state of the art in composiet ontwerpen:
http://hpc.epubxp.com/issue/90136/37&title=High-Performance+Composites+-+NOV+2012+(page+37)

Het heeft lang geduurd, maar eindelijk wordt het op grote schaal gangbaar om niet meer als "zwart aluminium te ontwerpen", maar composieten daadwerkelijk optimaal in te zetten. Dit soort constructies zijn nog maar het eerste tipje van de sluier:
Premium_AEROTEC_Sinewave_sp...jpg


(Bron)

Zijn er in de kleine luchtvaart ook voorbeelden te vinden waar koolstof optimaal is ingezet? De MCR-01 en de MCR-04 bv? Ik kan me niet voorstellen dat het nog lichter en stijver kan. Wellicht deze: http://www.e-goaeroplanes.com/all-the-latest/
 
Last edited:

Chester

New member
Zijn er in de kleine luchtvaart ook voorbeelden te vinden waar koolstof optimaal is ingezet? De MCR-01 en de MCR-04 bv? Ik kan me niet voorstellen dat het nog lichter en stijver kan.
Het kan nog stukken beter.
Die kisten zijn - samen met de meeste zweefvliegtuigen - nog steeds min of meer als "zwart aluminium" ontworpen. Hoofdligger, meestal geen ribben meer, maar daardoor wel een sandwich huid. Belangrijker nog; allerlei puntbelastingen, die nou juist precies zijn wat je niet in een composiet wil.

De Diana II gaat aardig in de goede richting:
236_3657_rj.jpg

180 kg leeg, 40 kg weegt iedere vleugel. MTOW, 500 kg met vleugels met toch een tamelijk hoge slankheid (AR=26). De vleugel is één complete shell, dus geen hoofdligger, shear web, achterligger of allerlei andere onnodige zaken.

Op Reno heeft een Pitts rondgevlogen met een koolstof vleugel. Die woog de helft (!) van de oorspronkelijke vleugel (doek, dus niet bepaald een zwaargewicht in de eerste plaats) en was ook anderszins veruit superieur aan het origineel. De truc was een Warren-truss constructie; een huid die diende als spar cap, terwijl er een w-vormig shear web in zat. Door de huid over de koorde een paar maal te ondersteunen heb je geen sandwich huid meer nodig en kan het gewicht van de huid dus alvast met de helft omlaag, naast dat je maar 3 simpele koolstof onderdelen hebt zonder gedoe met sandwichen én je hoeft niet meer moeilijk te doen bij de bevestiging van boven- en onderhoud, traditioneel een drama met composieten.

Ook de Piaggio Avanti is indrukwekkend goed doordacht. De 3LS configuratie heeft slechts één voordeel; geen spar door je cabine heen. Dát hebben ze dan ook verbluffend fraai opgelost met een integraal drukschot/spar sectie. "Engineers porn" zoals een werknemer van een concurrent van Piaggio ooit eens tegen mij toegaf.

Als ik mij niet vergis heeft ook de V-22 Osprey een volledig dragende huid die in één stuk wordt gemaakt.

Bij het bekijken van de E-Go wissel ik iedere keer tussen wanhoop en euforie. Sommige zaken zijn tamelijk briljant gedaan (zoals de cockpit), anderen (zoals de bevestiging van de engine mount) zijn om te janken.

Jazeker, de beste stuurlui staan aan wal :kerst:
 
Last edited:

Dutchexperiment

New member
Bij het bekijken van de E-Go wissel ik iedere keer tussen wanhoop en euforie. Sommige zaken zijn tamelijk briljant gedaan (zoals de cockpit), anderen (zoals de bevestiging van de engine mount) zijn om te janken.

Jazeker, de beste stuurlui staan aan wal :kerst:

Ik neem aan dat je graag een geintegreerde engine mount van koolstof had gezien. Maar dit is veel practischer en toegankelijker, je kunt overal prima bij, iets wat ik niets verwacht bij een koolstof motorsteun.
 

metrodriver

New member
Ik zie ook niet verkeerds aan die motorophanging. Sterk, en 4 bouten en het ding is er af. En er is genoeg ruimte voor de accessories.
 

Chester

New member
Ik neem aan dat je graag een geintegreerde engine mount van koolstof had gezien. Maar dit is veel practischer en toegankelijker, je kunt overal prima bij, iets wat ik niets verwacht bij een koolstof motorsteun.
Met een koolstof buizen-frame kan je er óók prima bij, denk aan moderne racefietsen en hun frame. Ik doelde echter op de bevestiging. Een buizenframe aan een vlakke composieten plaat met 90 graden hoeken en dan ook nog bouten is niet bepaald de beste of sterkste manier.
 

Dutchexperiment

New member
Een buizenframe aan een vlakke composieten plaat met 90 graden hoeken en dan ook nog bouten is niet bepaald de beste of sterkste manier.

Jaaaa hoe dan wel? Ik ben wel geintresserd te weten wat beter is.

Ik heb aan een Long eze gebouwd en daar was de bevestiging niet onder een hoek van 90 grd. maar aan de zijkant van de romp. Misschien dat ik die kist nog eens afbouw....
 

csaba

New member
Zo Chester, we wachten vol ongeduld op uw eigen ontwerp, dat zo'n domme fouten zal vermijden en dus meetbaar en voelbaar beter zal vliegen! Of op zijn minst aantoonbaar goedkoper zal zijn in onderhoud. In voldoende mate om de (mogelijk) hogere kostprijs te verantwoorden.
 

Chester

New member
Jaaaa hoe dan wel? Ik ben wel geintresserd te weten wat beter is.
Dan raad ik je aan om deze reactie nog 's door te lezen ;)
Ik heb aan een Long eze gebouwd en daar was de bevestiging niet onder een hoek van 90 grd. maar aan de zijkant van de romp. Misschien dat ik die kist nog eens afbouw....

Zo Chester, we wachten vol ongeduld op uw eigen ontwerp, dat zo'n domme fouten zal vermijden en dus meetbaar en voelbaar beter zal vliegen!
Dat zal voorlopig niet gebeuren. Cynisme zoals jij dat tentoonspreidt heeft daar een belangrijk aandeel in, net als de wens om pas dingen te laten zien als ik ze waar kan maken.

Dat doet er niets aan af dat zeker in composieten vrijwel alle moderne ontwerpen vér onder het potentieel liggen.
Of op zijn minst aantoonbaar goedkoper zal zijn in onderhoud. In voldoende mate om de (mogelijk) hogere kostprijs te verantwoorden.
Er is geen enkele reden waarom een betere oplossing duurder zou moeten zijn. Eerder omgekeerd.
Een puntbelasting in trek of druk aan een vlakke plaat bevestigen is simpelweg een slecht idee, iets dat iedere ingenieur (voor jou burgerlijk ingenieur) je kan uitleggen. Met metaal wordt er dan meestal wat geklooid met brackets, met composieten leid je de krachten naar de wand af.
 

csaba

New member
Chester, er is geen cynisme bedoeld in mijn reactie. Wel een stevige dosis skepsis, en een licht verwijt (dat je probeerde zelf voor te zijn door te stellen dat je het best weet, van die stuurlui en waar ze staan naarmate ze beter op de hoogte zijn...)

Maar je argumenteert enkel op basis van puur technische argumenten - en ik twijfel er niet aan dat je redeneringen en argumenten stevig onderbouwd zijn. Er komt echter meer aan te pas dan dat, vooraleer je een vliegtuig tot vliegen brengt. Laat staan dat het tot een commercieel aanbod kan worden.

Om maar een ding te noemen: ik neem graag van je aan dat de huidige ontwerpen/ontwerpers helemaal niet het volle potentieel van composietmaterialen benutten. Zodat de hoge kostprijs wel volop doorweegt in het eindproduct, maar de voordelen niet.

Maar, daar waar piloten altijd al een conservatief clubje geweest zijn, ze blijven nog verre in de schaduw van de overheden. En het zijn zij die nieuwe ontwerpen moeten toelaten tot het luchtruim, en pas als ze dat doen kan de kassa beginnen rinkelen. Dus ontwerpers ontwerpen conservatief, om economische redenen. Des te meer naarmate de kost toeneemt, ttz het vliegtuig groter/duurder wordt.

Vooruitgang versus continuiteit, denk ook maar aan Apple vs. Microsoft...
 

Chester

New member
Chester, er is geen cynisme bedoeld in mijn reactie. Wel een stevige dosis skepsis, en een licht verwijt (dat je probeerde zelf voor te zijn door te stellen dat je het best weet, van die stuurlui en waar ze staan naarmate ze beter op de hoogte zijn...)
Laten we dat eens omdraaien. Afkijken hoe anderen het doen en leren van waar het niet optimaal gaat is vele malen efficienter als diezelfde "fouten" herhalen.
Maar, daar waar piloten altijd al een conservatief clubje geweest zijn, ze blijven nog verre in de schaduw van de overheden. En het zijn zij die nieuwe ontwerpen moeten toelaten tot het luchtruim, en pas als ze dat doen kan de kassa beginnen rinkelen. Dus ontwerpers ontwerpen conservatief, om economische redenen. Des te meer naarmate de kost toeneemt, ttz het vliegtuig groter/duurder wordt.
Het ligt niet bij overheden volgens mij. Zeker, in het verleden heeft dat aardig wat revolutionaire ontwerpen onmogelijk gemaakt door extreme eisen te stellen (Beech Starship, Learfan). Maar een groot deel van de hedendaagse verkopen heeft niets met die overheden te maken.

In de VS is het overgrote deel van de verkopen homebuilts. Het aantal nieuwe (luchtwaardige) GA toestellen dat ieder jaar wordt ingeschreven is al een paar jaar lager als het aantal nieuw ingeschreven homebuilts en het zou me niet verbazen als we daar in Nederland ook in de buurt komen.

Toch, ook bij die experimentals voornamelijk toestellen die net zo goed in de jaren 40 of 50 gebouwd hadden kunnen worden. Zou het dan toch bij die eigenaren/piloten liggen?
 
Top