Paris Air Show 2019: Principais Destaques e Insights da Indústria

O cargueiro militar Airbus A400M intensivo em compósitos em exposição estática no Paris Air Show 2019. Fonte | CW

Expectativas eram mistas entrando no Paris Air Show 2019 (17-23 jun). Esperava-se que a Boeing colocasse mais bases para o New Midsize Aircraft (NMA), mas a crise do 737 MAX consumiu muita da energia e atenção da empresa. De fato, no dia um do air show, a Boeing forneceu um anúncio muito geral sobre condições de negócio e emitiu sua previsão de 20 anos para aeronaves comerciais. Nada sobre NMA. O maior splash que a Boeing fez durante o show foi a notícia de que vendeu 200 aeronaves 737 MAX para International Airline Group (IAG).

A Airbus, por outro lado, anunciou o A321XLR (LR = longo alcance), a mais recente iteração do A320neo. Programado para entrar em serviço em 2023, o A321XLR terá alcance de 4.700 milhas náuticas, alcançável através de capacidade adicional de armazenamento de combustível. A Airbus disse que o alcance do avião fornecerá às companhias aéreas opções de corredor único menos caras em rotas agora servidas principalmente por aeronaves de corredor duplo mais caras. Tais rotas incluem Nova York-Rio, Xangai-Sydney e Madri-Dubai.

Apesar da falta de notícias do NMA, entre as empresas relacionadas a compósitos expondo no Paris Air Show, permanece um esforço definitivo para desenvolver e alinhar tecnologia de materiais e processo para atender quaisquer demandas que Boeing e Airbus coloquem na cadeia de suprimentos na próxima década. Isso inclui pré-pregs termofixos tradicionais com cura em autoclave, infusão de resina líquida de fibras secas com cura fora de autoclave, compósitos termoplásticos e manufatura aditiva. O senso de expectativa através da cadeia de suprimentos é palpável.

Este EVTOL, da Boeing, foi um de vários em exposição no Paris Air Show. Fonte | CW.

Na linha de voo, havia a usual variedade de aeronaves comerciais, militares e civis, com demonstrações de voo diárias. Notáveis no ar foram demonstrações de aeronaves elétricas, que foram um contraste stark e silencioso ao rugido ensurdecedor associado a caças e jatos comerciais. Nas exposições estáticas, havia vários EVTOL (decolagem e pouso vertical elétricos) visando o mercado de mobilidade urbana. Este tipo de aeronave, em particular, está provando ser um alvo significativo de materiais compósitos, que são uma necessidade para voo elétrico. No entanto, os volumes de produção de algumas destas plataformas provavelmente numerarão em milhares por ano, o que empurra tecnologias de material e processo mais em direção a um modelo de produção automotivo. Dito isso, EVTOLs estão em sua juventude, particularmente dado os obstáculos regulatórios, de qualificação e gestão de espaço aéreo ainda a serem superados.

Abaixo estão destaques do show.

Spirit AeroSystems. O maior fabricante de fuselagens do mundo, Spirit AeroSystems (Wichita, Kan. EUA), começou o show cedo segunda-feira com uma coletiva de imprensa anunciando a introdução de seu painel de fuselagem ASTRA (Advanced Structures Technology and Revolutionary Architecture), desenhado para mostrar como um fuselagem totalmente compósito poderia ser desenhado para atender requisitos de performance, taxa e custo de uma aeronave de corredor único de próxima geração. O design e fabricação daquele painel são cobertos em uma história independente aqui.

Verso do painel demonstrador de fuselagem ASTRA da Spirit AeroSystems para aeronaves de corredor único de próxima geração, alta taxa. Fonte | CW

MTorres. Outro painel compósito de nota no show foi encontrado no estande da MTorres (Torres de Elorz, Navarra, Espanha). Esta estrutura "grade/skin" reforçada com costelas, fabricada via infusão de resina de fibras de carbono secas, na verdade é criação de Stephen Tsai, veterano de compósitos e professor de aeronáutica e astronáutica, emérito, na Universidade de Stanford, que estava no estande da MTorres para explicá-lo. Tsai disse que concebeu este design vários anos atrás e baseou-o na estrutura grade/skin implantada na fabricação do Vickers Wellington, um bombardeiro britânico da Segunda Guerra Mundial fabricado por Vickers-Armstrongs e famoso por manter integridade estrutural em acidentes. Para trazer este design à vida em uma aplicação compósito, Tsai desenhou as costelas em uma estrutura de grade, com cada costela largura e altura fixas, e espaçamento entre costelas também fixo.

Steve Tsai com o painel reforçado com costelas que ele desenhou e MTorres ajudou a fabricar. O habilitador chave é colocação precisa de fibra para construir as costelas. Fonte | CW

O desafio de seu design, Tsai disse, era desenvolver junções de costela que pudessem suportar grandes cargas mecânicas. O que ele criou foi uma arquitetura de costela que usa fitas de fibra de carbono colocadas continuamente em uma direção (chame de A), e descontinuamente na direção intersectante (chame de B). Então, para a próxima camada, fitas seriam colocadas descontinuamente na direção A e continuamente na direção B. Este padrão continuaria até a espessura desejada da costela ser alcançada. Desta forma, cada junção de costela seria sempre cruzada por uma fita contínua. Uma vez que as costelas são construídas na ferramenta, uma skin é colocada sobre ela via colocação automática de fibra (AFP) ou colocação automática de fita (ATL) e toda a estrutura é co-curada.

As vantagens deste design, disse Tsai, são várias, mas a primária é que é "difícil para dano ir além da área localizada," significando que uma trinca propagada na skin não pode facilmente migrar além de qualquer das costelas que bordam as regiões afetadas. Tsai também disse que a estrutura grade/skin é altamente eficiente em peso e material. Ainda, ele notou, "Isto é fácil de desenhar mas difícil de fazer." Onde a MTorres entra.

Vista close-up de uma junção de costela no painel reforçado com costelas da MTorres no Paris Air Show. Tsai diz que seu design poderia ter aplicação em peças aeroespaciais e automotivas. Fonte | CW

Tsai disse que o fator limitante na fabricação de seu design de painel tinha sido a colocação das fitas de costela. Para ser totalmente industrializado, eles requeriam velocidade e precisão de corte de colocação de fita que, até recentemente, não tinham sido possíveis. No entanto, Tsai abordou a MTorres com seu design e perguntou se o especialista ATL/AFP poderia fazer o trabalho. Iñigo Idareta, chefe do departamento de projetos especiais na empresa, e a equipe de compósitos da MTorres foram postos na tarefa e trabalharam com Tsai para adaptar as tecnologias da MTorres à aplicação. Havia dois desafios, disse Idareta no air show: ajuste fino de velocidade e precisão de corte de colocação de fita, onde a capacidade de corte no voo da MTorres AFP foi chave para manter velocidade de layup constante alta; e desenvolvimento de soluções de ferramenta que permitissem acúmulo de cada costela sem a costela perder integridade de empilhamento. Além disso, o uso do próprio formato de fibra de carbono seca da MTorres para aplicações AFP foi necessário para fazer este trabalho de infusão desafiador funcionar. Todos foram alcançados, disse Idareta. Também alcançado, baseado no design de Tsai, é uso de colocação de fibra off-angle da skin do painel, que é quatro plies e cerca de 1,2 mm de espessura.

Desenho rudimentar de Jeff Sloan que tenta mostrar como as costelas são construídas. Fibra contínua primeiro colocada em uma direção (A), enquanto fibra descontínua colocada na outra direção (B). Para a próxima camada, fibra contínua colocada na direção B, enquanto fibra descontínua colocada na direção A. Desta forma, a junção da costela é sempre coberta por fibra contínua. Fonte | CW

A fibra de carbono usada foi um material seco 50K da Mitsubishi Chemical Carbon Fiber & Composites Inc. (Sacramento, Calif., EUA), escolhida primariamente porque aconteceu de ser o material que a MTorres tinha em mãos. A resina foi um epóxi toughened "padrão" grau industrial. Idareta diz que o painel foi testado por Alan Nettles na NASA e performou bem. Ligação costela/skin em particular, ele disse, foi excelente. Tsai admitiu que o ponto fraco do painel é a junção da costela que é um laminado cross-ply [0/90]. As costelas eram todas [0]. Então as junções tinham cerca de metade da resistência à tração uniaxial e um pouco mais que metade da resistência à compressão uniaxial. Mesmo com essa fraqueza, a resistência grade/skin é mais que o dobro da tecnologia atual de alumínio do mesmo design, não contando o peso adicional mais leve dos compósitos. Tsai também disse que alumínio, para atingir as mesmas propriedades de resistência fornecidas por seu design, pesaria três vezes mais.

O que vem a seguir para esta tecnologia? Tsai disse que está "pronta para aplicação," e listou vários tipos de peças possíveis: estruturas de fuselagem, corpos de veículos de lançamento espacial, painéis automotivos, cases de bateria. Idareta disse que a MTorres está trabalhando em iterar o design, incluindo desenvolver um painel curvo e um painel barril completo. Ambos, ele disse, estão ao alcance.

Também, há vários aspectos do design de Tsai que poderiam ser modificados para atender uma variedade de casos de carga. Estes incluem largura da costela, altura da costela, ângulo de interseção e espaço entre costelas. Também, embora a MTorres tenha usado infusão para fazer o painel em exposição no air show, ele poderia ser fabricado usando pré-preg termofixo tradicional.

GKN Aerospace. Especialista em asas comerciais GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido) anunciou no air show que fabricou as primeiras peças para sua porção de trabalho no programa Airbus Wing of Tomorrow, um esforço multi-empresa de cinco anos (2018-2022), U.K. Catapult, para desenvolver tecnologias de materiais e processo para fabricação de alta taxa (100 por mês) de asas compósitos de fibra de carbono infundidas com resina a serem implantadas em uma aeronave de corredor único de próxima geração.

Paul Perera, VP tecnologia na GKN Aerospace, estava no air show e forneceu detalhes adicionais sobre o programa. Ele disse que a GKN atualmente tem 60 pessoas trabalhando no spar e costelas para a asa, com o grosso do trabalho sendo feito fora do Global Technology Center da GKN, que está se mudando para novas instalações em Filton, Reino Unido, ainda este ano.

O spar será fibra seca colocada pela GKN e então infundida. As costelas serão fabricadas de ambos compósitos termoplásticos e alumínio. O National Composites Centre (Bristol, Reino Unido) está trabalhando em várias tecnologias para Wing of Tomorrow, incluindo iCAP (programa de aquisição de capacidade digital) para desenvolver soluções de automação baseadas em dados, bem como sistemas de corte e colocação de fibra automatizados desenvolvidos pela Loop Technology (Poundberry, Dorchester, Reino Unido) que serão empregados na fabricação da asa. Northrop Grumman (anteriormente Orbital ATK, Clearfield, Utah, EUA) está desenvolvendo longarinas para o programa. Skins de asa inferior serão fabricadas pela Spirit AeroSystems em sua instalação em Prestwick, Escócia; Skins de asa superior serão fabricadas pela Airbus. A meta é entrega de três shipsets para a fábrica de asa da Airbus em Broughton, Reino Unido, para montagem nos próximos 18 meses, com o primeiro em junho 2020, o segundo no final de 2020 e o terceiro no início de 2021. Em última análise, se o programa progredir como planejado, ele provará infusão de resina como um processo viável para produção de alta taxa de asa compósito para um corredor único de próxima geração. Perera diz que seções de spar de 1 metro produzidas e avaliadas na instalação da GKN em Isle of Wight, Reino Unido mostram que os materiais e processo são um bom ajuste para a aplicação.

Perera notou que uma grande porção do programa Wing of Tomorrow girará em torno de desenvolvimento de automação. De fato, ele disse, automação será um habilitador chave de infusão de resina para fabricação aeroespacial de próxima geração.

Solvay Composite Materials. Se você procura evidência de como o foco em industrialização de fabricação aeroespacial e eficiência de produção está descendo para fornecedores de materiais, não procure além da Solvay Composite Materials (Alpharetta, Ga., EUA), que está no meio de um esforço multi-ano para reavaliar onde e como produz resinas, fitas e pré-pregs grau aeroespacial. A ênfase para Solvay é no desenvolvimento de uma estratégia de operações focada em instalações que produzem menos números de produto em equipamentos altamente especializados que podem atender requisitos de taxa e qualidade de aeronaves de próxima geração. Marc Doyle, VP executivo aeroespacial da Solvay, diz que a nova instalação da empresa em Wrexham, País de Gales, Reino Unido é simbólica deste esforço. Aquela planta, que abriu em setembro 2018, produz apenas dois números de produto (adesivos), mas em um ambiente altamente estruturado, altamente otimizado, dominado por automação desenhado para atender requisitos just-in-time de seus clientes. A empresa espera seguir este modelo com todas novas instalações, e tentará converter plantas legadas também.

Na frente de inovação de materiais, Solvay destacou dois esforços notáveis — um focado em termoplásticos e o outro em fibras de carbono. Mike Blair, VP executivo de pesquisa e inovação, disse que um dos maiores desafios/oportunidades de termoplásticos é seu delta de alta temperatura; ou seja, as altas temperaturas de processo de termoplásticos podem causar problemas de coeficiente de expansão térmica (CTE) em peças conforme elas esfriam, particularmente peças grandes. A meta? Modificar química de poliquetona para reduzir temperaturas de processo, sem afetar temperatura de transição vítrea (Tg). A empresa também está olhando maneiras de melhorar processabilidade e manuseio em equipamentos automatizados de seus termoplásticos. "Nossos materiais PEEK e PEKK padrão realmente funcionam bem," Blair disse. "Só precisamos modificá-los para torná-los mais adaptáveis."

A inovação em torno de fibras de carbono é similarmente intrigante. Em 2017, a Solvay adquiriu fabricante de PAN large-tow European Carbon Fiber GbmH (Kelheim, Alemanha), o que deu à Solvay um novo e saudável suprimento de PAN para fibra de carbono 50K tow. Dado isso, o desafio foi posto: Uma fibra de carbono large-tow pode ser formatada para fornecer as características de performance de uma fibra de carbono small-tow de módulo intermediário (IM)? Blair disse que a ideia é instigante, mas não trivial. Ele notou que apenas manusear fibra 50K tow pode, em si, danificar a fibra. Então, sem revelar muito sobre o que a Solvay tem em mente, Blair disse que a empresa está trabalhando em tecnologia de manuseio desenhada para evitar dano à fibra. "Um cronograma agressivo para isto," ele disse, "seria 18 meses."

Toray Advanced Composites. A antiga TenCate Advanced Composites foi agora totalmente absorvida pela Toray e, desde março, passa por Toray Advanced Composites (Morgan Hill, Calif., EUA). Steve Mead, diretor gerente, diz que o EVOTL é um particularmente ativo para a empresa agora (termofixos e termoplásticos). Ele notou que "estamos fornecendo material para programas EVOTL emergentes," adicionando que "compósitos são um verdadeiro habilitador por causa do peso parasita da bateria nestas aeronaves. Materiais não-compósitos não são uma opção." A combinação de fabricação de qualidade aeroespacial em taxas automotivas é intrigante, ele disse.

Eviation. Entre as introduções de maior perfil no Paris Air Show estava Alice, uma aeronave totalmente elétrica, totalmente compósito introduzida pela Eviation (Kadima-Tzoran, Israel). Alice é uma aeronave de transporte regional de nove assentos que tem alcance de 650 milhas/1.000 quilômetros a velocidade de cruzeiro de 240 nós. O avião apresenta um propulsor pusher primário na cauda e dois propulsores pusher adicionais nas pontas das asas para reduzir arrasto e criar redundância. Omar Bar-Yohay, CEO da Eviation, introduziu o avião e disse que testes de voo seriam feitos em Moses Lake, Wash., EUA, seguidos por certificação da Federal Aviation Administration (FAA) dos EUA no final de 2020 ou início de 2021. O avião terá preço de lista de $4 milhões e Bar-Yohay disse que a empresa está totalmente financiada através de certificação e produção inicial.

Omar Bar-Yohay, CEO da Eviation, em frente ao Alice, aeronave totalmente elétrica, totalmente compósito, nove assentos que se espera entrar no mercado até 2021. Fonte | CW

A aeronave em exposição no show era um protótipo não-voador montado apenas a semana anterior. Onde e como este avião será finalmente produzido permanece a ser visto. O protótipo, por sua parte, foi montado de estruturas compósitos fabricadas por vários fornecedores. Um é Multiplast (Vannes, França), parte do Carboman Group SA (Vannes), um roll-up de cinco empresas que também inclui Decision (Ecublens, Suíça), SNE SMM (Lanester, França), Plastinov (Samazan, França) e Plastéol (Samazan). Multiplast, que tem história em fabricação de estruturas marítimas, fabricou o fuselagem para o Alice fora de autoclave (OOA) usando estrutura sandwich com núcleo honeycomb Nomex. O fuselagem foi construído em duas metades baseadas em uma configuração de linha central estibordo/porto, com as duas seções de fuselagem coladas/fixadas juntas (veja vídeo time-lapse abaixo). Multiplast não sabe se ganhará o contrato para produção em série da aeronave, mas a empresa diz que está avaliando o que seria requerido de uma perspectiva de materiais e processo para industrializar fabricação. Asas e fairings de barriga para o Alice foram fornecidos pelo Composite Cluster Singapore (CCS).

Stratasys. Especialista em máquinas de manufatura aditiva (AM) Stratasys (Eden Prairie, Minn., EUA) estava no Paris Air Show enfatizando sua capacidade de usar AM para produção de peças e ferramentas. Para fabricação de compósitos, a ênfase era em ferramentas. A empresa tinha em seu estande dois moldes feitos usando máquinas Stratasys. O material é ULTEM 1010 da SABIC, um poliéterimida (PEI) não reforçado que é propício a processamento em autoclave. O primeiro molde era para fabricação de borda de ataque de asa de fibra de carbono e apresenta eletrodos no molde para aumentar capacidade de aquecimento de pré-preg e reduzir tempo de cura de 1,5 horas para apenas 10 minutos. A outra peça era uma ferramenta de layup feita pela Boom Aerospace (Centennial, Colo., EUA) para produção de peças pequenas para o Overture avião comercial supersônico que a empresa está desenvolvendo. Scott Sevcik, VP soluções de manufatura na Stratasys, disse que a Boom tem duas máquinas Stratasys em uso já, com uma terceira sendo entregue ainda este ano. Sevcik disse que a Stratasys espera introduzir dois novos materiais reforçados com fibra de carbono picada para uso AM ainda este ano; Stratasys, ele disse, também está trabalhando em reforço de fibra contínua para AM.

Esta ferramenta de layup foi feita pela Boom Aerospace usando um sistema de manufatura aditiva Stratasys. Material é ULTEM (PEI) não reforçado. Fonte | CW

Boom Aerospace. Outro anúncio splashy no Paris Air Show veio da Boom Aerospace (Englewood, Colo., EUA), que, como notado, está desenvolvendo Overture, uma aeronave de passageiros supersônica totalmente nova. Boom CEO e fundador Blake Scholl disse em coletiva de imprensa que a Boom está se aproximando da conclusão do XB-1 intensivo em compósitos, um protótipo subescala do Overture que se espera ser lançado até o final de 2019 e testado em voo em algum momento de 2020. Estes voos de teste, disse Scholl, são desenhados para ajudar a Boom avaliar princípios de design e engenharia da aeronave, e aplicar lições aprendidas ao design final e produção de Overture, que se espera entrar em serviço em meados de 2020s. Este é um cronograma mais longo que o primeiro antecipado pela Boom. "Este é um projeto ambicioso," disse Scholl. "Nos primeiros dias, é fácil ser otimista demais."

O Overture intensivo em compósitos da Boom Aerospace oferecerá voo supersônico a Mach 2.2. Fonte | CW

Overture deve ter velocidade máxima de Mach 2.2, altitude de cruzeiro de 60.000 pés (19.354 metros) e levará passageiros (55-75) de Sydney a Los Angeles em apenas 7 horas, ou Washington D.C. a Londres em apenas 3,5 horas. Scholl afirmou que custo de passagem no Overture deve ser competitivo, base assento-por-milha, com preços atuais de companhias aéreas. Scholl também disse que Overture deve usar uma tecnologia chamada Prometheus Fuels, que converte carbono da atmosfera em gasolina ou, no caso da Boom, combustível de jato, usando eletricidade proveniente de recursos renováveis. Desta forma, ele disse, o avião fornecerá voo supersônico com carbono líquido zero.