Composieten nemen een vlucht

Dat de nieuwe Boeing 787 voor vijftig procent uit composiet en
maar twintig procent uit aluminium bestaat, was een grote commer-ciële doorbraak voor de acceptatie van composiet. Eindelijk durfde een grote vliegtuigbouwer het aan om vezelversterkte kunststoffen te gebruiken. Wetenschappers denken inmiddels al verder. Op 9 december hoopt de Syriër Ahmad Alhaj Ahmad bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek te promoveren op een nieuwe generatie composieten. Hij is een van de pioniers die aan de nieuwste ontwikkelingen werkt. Opmerkelijk genoeg worden bij de nieuwe composieten de vezels niet recht gelegd, zoals nu nog gebeurt, maar in allerlei vormen om variabele stijfheid te creëren.
“Dankzij de variabele stijfheid kun je profiteren van composieten”, zegt Alhaj Ahmad van de afdeling aerospace structures. “Ten opzichte van de huidige composieten is er een groot voordeel. De nieuwe methode met vloeiende vezelpaden en variabele stijfheid is bij toepassing in een vliegtuig maar liefst 25 procent lichter dan de huidige composieten.”
Alhaj Ahmad richt zich vooral op de drukplooiing van de romppanelen van een vliegtuig. “In een commercieel vliegtuig zorgt de cabinedruk voor grote verschillen in de verspreiding van druk over de panelen, waaruit het vliegtuig bestaat. Hoe stijf het materiaal van de panelen moet zijn, hangt voor een groot gedeelte af van de plaatselijke druk. Met vloeiende vezelpaden kun je die stijfheid bepalen. Zo kun je heel nauwkeurig te werk gaan. Nu is nog wel elk gedeelte van de panelen even stijf, doordat de vezels nog recht worden gelegd. Ook op plekken waar je materiaal helemaal niet zo stijf hoeft te zijn.”
Het was van groot belang dat Alhaj Ahmad kon aantonen dat de nieuwe generatie composieten de druk aan zou kunnen in een vliegtuig. “Door de interne druk in een vliegtuig kan de huid puilen of plooien, zoals dat in ons vakgebied heet. Door deze drukplooiingsproblemen zijn spanten en dwarsliggers nodig om de manoeuvrebelastingen te dragen. Als de druk bij deze verstijvingen te groot wordt, kan de constructie bezwijken. Daarom heb ik er voor alle panelen naar gekeken welke prestatie ze moeten leveren. Welk gewicht ze moeten hebben, wat hun maximale sterkte moet zijn en de zogenaamde maximale knikprestatie. Uit mijn onderzoek blijkt dat de knikprestatie met zestig procent verbeterd kan worden door variabele stijfheid toe te passen.”
Dat Alhaj Ahmad aantoont dat de nieuwe composieten een verbetering zijn ten opzichte van de oude, wil niet zeggen dat ze binnenkort al in de vliegtuigindustrie worden toegepast. “Dat is voorlopig toekomstmuziek”, zegt de Syriër. “De vliegtuigindustrie is heel conservatief. Als ze nieuw materiaal gebruikt, moet het zeer uitvoerig getest zijn. De komende jaren moet dat gebeuren. Met succesvolle tests kunnen we bewijzen dat deze nieuwe generatie een grote verbetering is. Dat kan nog een lange tijd duren, het is lastig te voorspellen hoe lang. Een nadeel van de ontwikkeling van composieten met variabele stijfheid is dat het duurder is om te maken, omdat de vezelplaatsingsmachines steeds opnieuw moeten worden ingesteld, afhankelijk van de gewenste stijfheid.”
Alhaj Ahmad vertrekt nog voor de jaarwisseling naar zijn geboorteland Syrië. “Daar ga ik studenten lesgeven over luchtvaarttechniek, onder meer over composieten. Ik hoop dat ik daarnaast nog verder kan werken aan de ontwikkeling van deze nieuwe generatie composieten. Want dat het nog een relatief nieuw materiaal is, dat zich nog moet bewijzen, maakt het onderzoek ernaar zo interessant.”