Mniejszy wpływ sprzętu budowlanego na środowisko dzięki inspiracjom z przemysłu lotniczego

Ilustracja nadesłana (rechters)

 - Każda firma budowlana powinna dążyć do tego, aby w trakcie realizacji projektów w jak najmniejszym stopniu naruszać otaczające środowisko. W niektórych sektorach cel ten stanowi jednak poważne wyzwanie. Dobrym przykładem jest przemysł leśny, gdzie precyzyjną pracę stale wykonuje się w bezpośrednim sąsiedztwie żywych ekosystemów. Utrzymanie środowiska możliwie najwolniejszym od oddziaływań jest wyjątkowo trudne, biorąc pod uwagę rozmiar i ciężar użytkowanych maszyn. Gdy ciężki sprzęt pracuje na miękkim podłożu, grozi to uszkodzeniem gleby i może prowadzić do wzrostu liczby wypadków. Problemem jest również wyższe zużycie paliwa prowadzące do zwiększenia emisji spalin.

Oczywiście na wysokości 10 000 metrów nie ma stacji paliw, dlatego projektanci samolotów muszą znajdować sposoby na zmniejszenie „efektu mnożenia" masy samolotu i paliwa potrzebnego do jego utrzymania w powietrzu przez wiele godzin. Im lżejszy samolot, tym mniej spala paliwa i tym mniej wytwarza spalin.

Alternatywne materiały

Zmiana zastosowanych materiałów i rekonfiguracja równowagi to dwa kluczowe obszary analizowane w przemyśle lotniczym. W rzeczywistości producenci już rozpoczęli ten proces, przechodząc ze stali na tytan w wielu obszarach konstrukcji samolotu. Jako metal o wyjątkowych właściwościach, tytan jest bardziej odporny na korozję niż stal oraz lepiej znosi kontakt z substancjami zasadowymi i różnymi warunkami środowiskowymi. Prawdopodobnie najważniejszą jego cechą jest jednak o 56% mniejsza gęstość od stali (4,44 g/cm3 zamiast 7,85 g/cm3), a tym samym tytan jest lżejszy. Niestety jest znacznie droższy od stali, więc mimo innych korzyści wysoki koszt może uniemożliwiać jego szerokie zastosowanie jako zamiennika.

Producenci powszechnie wykorzystują materiały kompozytowe, takie jak żywice epoksydowe, włókno szklane i włókno węglowe. Materiały te znajdują zastosowanie w głównych elementach konstrukcyjnych, takich jak skrzydła czy kadłuby, a także w licznych mniejszych podzespołach w całym samolocie. Mimo ich wykorzystania w małych częściach efekt sumaryczny prowadzi do ogólnie lżejszej konstrukcji i mniejszego zużycia paliwa.

Prawdopodobnie najbardziej zaawansowaną technologią jest obecnie wytwarzanie przyrostowe, które umożliwia precyzyjny druk części 3D z różnych materiałów. Pozwala on inżynierom na optymalizację projektu każdej części dla danego samolotu, co może znacznie pomóc w ogólnej redukcji wagi. Jeden z przykładów dotyczy dysz paliwowych składających się wcześniej z 18 zespawanych części. Po ich wydrukowaniu jako jeden element uzyskano o 25% niższą masę. Mimo iż pokazuje to ogromny potencjał druku 3D, finalna oszczędność na masie może nie być aż tak duża. Wynika to z wielu czynników. Poza tym, że proces ten nadal sprawdza się pod względem właściwości materiału, chodzi również o to, że niektóre części są już odpowiednio zoptymalizowane i dostosowane pod kątem istniejących technik produkcji. Z tego powodu nie każdy element będzie równie podatny na zmniejszenie masy.

Metody produkcji lżejszych, bardziej wydajnych samolotów

Aby zmniejszyć obciążenie dowolnej części samolotu, badane są tradycyjne i nietradycyjne metody wpływające na lepszy podział masy. Podobnie jak w przypadku maszyn do prac leśnych, w których dodaje się kolejne koła lub dostosowuje gąsienice w celu równomiernego rozłożenia ciężaru, co pozwala uniknąć niepotrzebnego uszkodzenia gleby, samoloty muszą przestrzegać norm obciążenia asfaltu. Przepisy określają, jaka masa na koło jest dozwolona, aby zapobiec uszkodzeniu krytycznej nawierzchni, z której samolot startuje oraz na której kołuje i ląduje.

W dążeniu do bardziej energooszczędnej strategii kwestionuje się konwencjonalne rozwiązania do projektowania systemów. Przykładowo w starych samolotach do zasilania poszczególnych funkcji używano scentralizowanych systemów hydraulicznych. Przewody hydrauliczne biegnące od środka przez cały samolot dostarczają płyn do każdego obszaru wymagającego zasilania i uruchamiania.

Nowe rozwiązania mają na celu podzielenie systemu hydraulicznego na kilka mniejszych lokalnych obwodów, z których każdy zasila różne procesy w samolocie. Bezpośrednim skutkiem i najważniejszą zaletą jest usunięcie zbędnych rur, co przekłada się na znaczną redukcję masy. W typowych samolotach zwykle stosuje się trzy główne systemy hydrauliczne. Coraz częściej występuje jednak tendencja do usunięcia jednego z nich i zastąpienia jego funkcji przez sterowane elektrycznie „zestawy akumulatorów". Umożliwia to zmniejszenie masy sprzętu oraz redukcję ilości płynu hydraulicznego, a tym samym eliminację problemów i nieszczelności. Należy jednak pamiętać, że rozwiązanie wykorzystujące układy elektryczne ponownie zwiększa masę ze względu na okablowanie.

Odmienne środowisko pracy samolotów, maszyn lądowych i sprzętu budowlanego powoduje, że nowe rozwiązania technologiczne wprowadzane przez przemysł lotniczy nie są w pełni uniwersalne i możliwe do przeniesienia.

Najlepsze praktyki stosowane w nowych samolotach mogą być inspiracją dla rozwiązań wprowadzanych w maszynach budowlanych: lekkie materiały używane do produkcji niektórych części oraz przejście z systemów hydraulicznych na elektryczne są rozwiązaniami, które mogą sprawić, że w przyszłości sprzęt budowlany będzie lżejszy, bardziej energooszczędny, a jednocześnie zostanie zachowana jego ogólna trwałość i efektywność.

Firmy takie jak Parker Hannifin wspierają wymianę specjalistycznej wiedzy i technologii, dostarczając rozwiązania do alternatywnych materiałów produkcyjnych, jak również innowacje w zakresie redukcji masy maszyn w celu obniżenia kosztów i zmniejszenia wpływu sprzętu budowlanego na środowisko.

(gz)