Avançando o Demonstrador de Fuselagem Multifuncional: Pioneirismo em Inovação Aeronáutica Sustentável

A redução de emissões de combustível e consumo de energia, e a capacidade de produzir aeronaves comerciais de corredor único a taxas de pelo menos 60 por mês, estão impulsionando o desenvolvimento tecnológico da parceria europeia Clean Sky 2 para a próxima geração de aeronaves que voarão em 2035 e além. Compósitos leves e processos de fabricação mais rápidos e ambientalmente conscientes estão tornando essas metas realidade, especialmente para o projeto Demonstrador de Fuselagem Multifuncional (MFFD).

Objetivos do Projeto

A principal entrega deste projeto, liderado pela Airbus (Hamburgo, Alemanha) com parceiros da academia e da indústria aeronáutica, é um demonstrador de barril de fuselagem de aeronave comercial de corredor único de 8 metros de comprimento, em compósito termoplástico, a ser produzido até 2022. O MFFD é uma de três seções de fuselagem em escala real sendo produzidas dentro da Plataforma Demonstradora de Aeronaves Inovadoras (IADP) de Aeronaves de Passageiros Grandes (LPA) do Clean Sky 2.

Iniciado em 2014, os objetivos do projeto MFFD incluem:

• Permitir taxas de produção de 60-100 aeronaves por mês
• Reduzir peso da fuselagem em 1.000 quilogramas
• Reduzir custos recorrentes em 20%.

Estruturas e Tecnologias

Para atingir esses objetivos, dezenas de projetos individuais e pacotes de trabalho estão sendo concluídos, com duas estruturas principais sendo produzidas: uma carcaça superior de fuselagem e uma inferior, que serão soldadas para formar o demonstrador final. De fato, a união sem poeira (sem fixadores ou furos) via soldagem é um componente principal do programa. Ambas as metades estão sendo fabricadas a partir de pré-impregnado termoplástico de fibra de carbono Toray Cetex TC1225 PAEK de baixo ponto de fusão da Toray Advanced Composites (Morgan Hill, Califórnia, EUA). Segundo o Dr.-Ing. Lars Larsen, chefe de tecnologias de união e montagem no Centro Aeroespacial Alemão (DLR; Augsburg, Alemanha), ambas as metades testarão o uso de diferentes técnicas de fabricação.

Seção Inferior: Projeto STUNNING

A seção inferior da fuselagem do MFFD está sendo produzida através do projeto STUNNING (SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe), que por sua vez tem muitos subprojetos (como MECATESTERS, focado em soldagem por indução). A seção inferior compreenderá a carcaça inferior da fuselagem com longarinas e quadros soldados, estrutura do piso da cabine e carga e elementos internos e de sistemas relevantes.

O STUNNING é liderado pela GKN Fokker (Papendrecht, Holanda) com parceiros-chave Diehl Aviation (Laupheim, Alemanha), Centro Aeroespacial Holandês (NLR) (Amsterdã, Holanda) e Universidade Tecnológica de Delft (TU Delft) (Delft, Holanda). O projeto visa amadurecer ainda mais processos de montagem automatizados, fabricação termoplástica e tecnologias de soldagem, desenvolvimento integrado de design e fabricação e arquiteturas avançadas de sistemas elétricos.

"Nosso impacto na indústria é duplo: o nível de automação que estamos aplicando à montagem do demonstrador, e o desenvolvimento de formas sustentáveis de produzir peças", diz Dr. Bas Veldman, gerente de programa na GKN Fokker.

Processo de Fabricação

Segundo um artigo publicado por Veldman em fevereiro de 2020, a montagem modular da fuselagem inferior é chave para atingir a meta de tempos de produção rápidos. Para fabricar a pele principal da fuselagem, grandes pré-formas de pré-impregnado de fibra de carbono/termoplástico são depositadas por uma máquina de colocação de fita automatizada (ATL) aquecida por ultrassom ou laser, mas não consolidadas in-situ. Detalhes são depositados por uma máquina de colocação automática de fibras (AFP). Robôs então colocam as pré-formas em um molde de consolidação fêmea, e após ensacamento, a pele é consolidada em autoclave. Segundo Veldman, processos fora de autoclave também estão sendo investigados. As longarinas e quadros serão soldados à pele.

"Originalmente, o plano era ter todas as peças fabricadas este ano", diz Veldman, mas devido a atrasos relacionados ao coronavírus, "Agora está transitando para o próximo ano também. Mas temos bastantes peças que já foram concluídas", incluindo muitas das menores peças prensadas como clipes, suportes e braçadeiras que serão usadas para fixar assentos de aeronave e outros componentes. Enfatizando fabricação sustentável, Veldman adiciona que alguns dos clipes são fabricados a partir de retalhos reutilizados de outras peças do demonstrador, através de um projeto Clean Sky 2 chamado ECO-CLIP.

Seção Superior: Consórcio

Iniciado no início de 2020, o consórcio produzindo a carcaça superior de 8 metros inclui Airbus, Premium Aerotec (Augsburg, Alemanha), que é o líder de design industrial e estrutural; DLR, responsável pela tecnologia de deposição de pele e desenvolvimento de soldagem; e Aernnova (Vitoria-Gasteiz, Espanha), que está produzindo as longarinas.

O design para a metade superior. Crédito: Centro Aeroespacial Alemão (DLR)

Para a indústria aeroespacial transicionar para materiais termoplásticos mais caros, Larsen diz: "Temos que mostrar que podemos economizar custos durante a produção." O consórcio da metade superior está desenvolvendo nova tecnologia avançada de colocação de fibras (AFP) com, notavelmente, consolidação in-situ para a deposição de pele de fibra de carbono/PAEK, bem como industrialização de soldagem ultrassônica contínua e soldagem por resistência para integração de longarinas, quadros e outros componentes, melhorando segurança e reduzindo custo. O DLR está primeiro construindo uma carcaça de teste pré-demonstrador de 1 metro para validar as tecnologias antes que o demonstrador em escala real seja construído, e planeja ter a pele para a carcaça pré-demonstrador fabricada até o final de 2020. A integração das longarinas está programada para início de 2021.

As versões em escala real de ambas as metades devem ser concluídas até o final de 2021. Uma vez concluídas, serão soldadas no demonstrador final no Instituto Fraunhofer para Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM (Stade, Alemanha).