Υπερηχητικά Επιβατικά Αεροσκάφη (Supersonic Transport Aircraft): Τα Κατάλληλα Υλικά για Υψηλές Θερμοκρασίες
Το χαμηλό περιθώριο κέρδους (profit margin) που διαθέτει η πολιτική αεροπορία (civil aviation) και το μικρό μέγεθος της αγοράς (market share) που αναμένεται να έχει η νέα γενιά υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών (supersonic transport aircraft) επιβάλλουν έξυπνες και οικονομικές λύσεις. Η επιλογή των κατάλληλων υλικών (materials selection) είναι ένα από τα κύρια ζητήματα που απασχολεί τους μηχανικούς οι οποίοι εργάζονται στην ανάπτυξη υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών. Αυτό απαιτείται για δύο λόγους. Τα αεροσκάφη αυτά θα πρέπει να είναι: Το φαινόμενο αεροδυναμικής θέρμανσης της επικάλυψης (skin) ενός υπερηχητικού αεροσκάφους ήταν γνωστό πολύ πριν ξεκινήσει η ανάπτυξη του Concorde. Πολύτιμη εμπειρία για την επίδραση του θερμικών φορτίων (thermal loads) είχε ήδη αποκτηθεί από τα μαχητικά αεροσκάφη επιδόσεων 2+ Mach. Ωστόσο, τεχνικές και οικονομικά συμφέρουσες λύσεις που θα μπορούσαν να εφαρμοσθούν σε ένα επιβατικό αεροσκάφος δεν υπήρχαν. Πως ένα αεροσκάφος θα μπορούσε να πετάει στα 2 Mach για πάνω από 2 ώρες χωρίς να επηρεάζεται αρνητικά η δομική του ακεραιότητα (structural integrity); Το θερμοκρασιακό εύρος λειτουργίας ενός συνηθισμένου επιβατικού αεροσκάφους είναι μεταξύ περίπου -54°C και +70°C, για το Concorde αυτό θα έπρεπε να επεκταθεί έως τους 130°C. Συγκεκριμένα, κατά την πτήση με 2 Mach το αεροσκάφος ανέπτυσσε στην επιφάνειά του θερμοκρασίες μεταξύ 90°C (άτρακτος) και 130°C (ρύγχος) (Εικόνα 1). Η λύση που δόθηκε ήταν η ανάπτυξη ενός νέου κράματος αλουμινίου (hiduminium-RR58/ AU2GN), το οποίο ήταν οικονομικό να παραχθεί με την τότε διαθέσιμη τεχνολογία όπως επίσης και εφικτό να πιστοποιηθεί εύκολα για ασφαλή χρήση (certified) σε επιβατικά αεροσκάφη. Η λύση αυτή θεωρήθηκε τότε ‘συμβιβαστική’, αφού το αλουμίνιο ήταν οικονομικά συμφέρον να χρησιμοποιηθεί, ωστόσο είχε το μειονέκτημα τόσο του χαμηλού λόγου αντοχής προς βάρους (strength to weight ratio) σε σχέση με άλλα κράματα μετάλλων, όπως το τιτάνιο, όσο και του υψηλού συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (thermal conductivity). Στην πράξη, το υλικό αυτό σε θερμοκρασίες (λόγω της υψηλής ταχύτητας του αεροσκάφους) προκαλούσε σημαντικού βαθμού διαστολή (και κατά συνέπεια συστολή) στα επηρεαζόμενα τμήματα του αεροσκάφους. Θα μπορούσε κανείς να ακολουθήσει την ίδια πρακτική και σήμερα; Όχι, επειδή διαθέτουμε ένα καλύτερο τύπο υλικού σε σχέση με τα κράματα αλουμινίου. Η χρήση των συνθέτων υλικών (composites) σε κύρια και δευτερεύοντα δομικά τμήματα αεροσκαφών έχει επεκταθεί σημαντικά κατά τα τελευταία 20 έτη. Τα νεότερης τεχνολογίας σύνθετα υλικά προσφέρουν υψηλότερο λόγο αντοχής προς βάρους έναντι των μετάλλων, υψηλή δυσκαμψία (stiffness) και επαρκή αντοχή απέναντι σε θερμικά φορτία. Για παράδειγμα, ένα από τα κύρια υλικά κατασκευής του υπερηχητικού επιβατικού αεροσκάφους που αναπτύσσει η Boom Supersonic είναι το σύνθετο υλικό Toray TC350-1 (toughened epoxy prepreg with fibre reinforcement), το οποίο έχει επαρκή αντοχή σε κόπωση/στατικά φορτία σε θερμοκρασίες άνω των 130°C. Επίσης, το υλικό αυτό διαθέτει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, με τον κατασκευαστή να επιλύει έτσι το πρόβλημα της διαστολής-συστολής των τμημάτων του αεροσκάφους που υπόκεινται στα υψηλά θερμικά φορτία κατά τις πολύωρες υπερηχητικές πτήσεις. Το υλικό αυτό μάλιστα έχει θερμικό συντελεστή αγωγιμότητας πλησίον αυτού του κράματος τιτανίου. Η συνάφεια αυτή είναι επωφελής για την ομαλή συναρμογή και ‘συνεργασία’ τμημάτων από σύνθετα υλικά και τιτάνιο στο αεροσκάφος της Boom Supersonic (Εικόνα 2). Η τεχνογνωσία που έχει αναπτυχθεί στον τομέα των αεροναυπηγικών υλικών και η εμπειρία από την πιστοποίησή τους είναι λοιπόν μεταξύ των ‘συμμάχων’ που διαθέτουν οι μηχανικοί για την επίλυση παλαιών προβλημάτων.
Ευρωπαϊκή Αεροδιαστημική & Αμυντική Βιομηχανία: 238 δισ Τζίρος & 39 χιλ. Νέες Θέσεις Εργασίας το 2021
Σύμφωνα με την ετήσια έκθεση της Aerospace, Security and Defence Industries Association of Europe (ASD) για το 2022 η ευρωπαϊκή αεροδιαστημική και αμυντική βιομηχανία παρουσίασε ανθεκτικότητα, με ισχυρή ανάκαμψη μετά την τεράστια αναστάτωση που προκλήθηκε από την πανδημία Covid-19. Ο τομέας της άμυνας δεν υπέστη σημαντική πτώση το 2020 και ως εκ τούτου δεν είδε την ανάκαμψη του πολιτικού τομέα το 2021. Ο κύκλος εργασιών της αεροδιαστημικής και αμυντικής βιομηχανίας της Ευρώπης έφτασε τα 238 δισ. ευρώ το 2021, σημειώνοντας αύξηση 10% από το 2020. Αυτό αντιστοιχεί σε μερίδιο 25% της παγκόσμιας αεροδιαστημικής και αμυντικής αγοράς ύψους 939 δισ. ευρώ. Εντός της ΕΕ των 27, ο κύκλος εργασιών της αεροδιαστημικής και της αμυντικής βιομηχανίας ήταν 183 δισ. ευρώ το 2021, σημειώνοντας αύξηση 8,2% από το 2020. Η ASD αντιπροσωπεύει το 98% του κύκλου εργασιών του κλάδου στα κράτη μέλη της ΕΕ27. Ο τομέας της αεροδιαστημικής και της άμυνας δημιούργησε 39.000 επιπλέον θέσεις εργασίας το 2021. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι ότι το προφίλ της αγοράς έχει επανέλθει σε μεγάλο βαθμό στα προ πανδημίας επίπεδα, όσον αφορά τα μερίδια εσόδων/απασχόλησης μεταξύ του πολιτικού και αμυντικού τομέα. Η απασχόληση στον τομέα της αεροδιαστημικής και της άμυνας στην ΕΕ των 27 ήταν 667.000 άτομα το 2021, με το 91% αυτής της απασχόλησης να βρίσκεται σε κράτη μέλη που καλύπτονται από την ASD. Ευρωπαϊκός αμυντικός τομέας Οι Ευρωπαίοι κατασκευαστές άμυνας δεν συμβάλλουν μόνο στην ζωτικής σημασίας ασφάλεια ανθεκτικότητα της Ευρώπης, αλλά και στην οικονομική και κοινωνική της ανάπτυξη. Το 2021, η αμυντική βιομηχανία που εκπροσωπείται στην ASD υποστήριξε 467.000 θέσεις εργασίας, αύξηση σχεδόν 17.000 από το 2020, με σχεδόν 175.000 από αυτές να προέρχονται από τον στρατιωτικό τομέα της αεροναυπηγικής. Οι υπόλοιπες θέσεις εργασίας ήταν σε τομείς στρατού ξηράς και ναυτικού. Το 2021, οι στρατιωτικές εξαγωγές ανήλθαν σε 45,1 δισ. ευρώ, μια ελαφρά μείωση από τα 45,8 δισ. ευρώ των εξαγωγών που παρατηρήθηκαν το 2020. Δεδομένου του υψηλού κόστους ανάπτυξης των περισσότερων αμυντικών συστημάτων και το σχετικά μικρό μέγεθος των ευρωπαϊκών εγχώριων αγορών, αυτές οι εξαγωγές είναι ζωτικής σημασίας για την Ευρώπαϊκή Βιομηχανία. Ο στόχος είναι να φτάσει σε μεγέθη παραγωγής που είναι απαραίτητα για τη διατήρηση μιας ανταγωνιστικής οικονομικής απόδοσης. Στρατιωτική αεροναυπηγική Ο ευρωπαϊκός στρατιωτικός τομέας αεροναυπηγικής παράγει ένα φάσμα επανδρωμένων και μη επανδρωμένων συστημάτων αεροσκαφών, από μαχητικά αεροσκάφη και drones μέχρι μεταφορικά αεροσκάφη και ελικόπτερα. Αποτελείται από εταιρείες όλων των μεγεθών, από βασικούς κατασκευαστές έως υποκατασκευαστές που παρέχουν εξαρτήματα και πρώτες ύλες. Η ευρωπαϊκή στρατιωτική αεροναυπηγική πραγματοποίησε κύκλο εργασιών 48,2 δισ. ευρώ το 2021. Μέσα σε αυτό το σύνολο, σχεδόν 30 δισ. ευρώ προήλθαν από εξαγωγές, αντιπροσωπεύοντας το 65% των συνολικών αμυντικών εξαγωγών. Έρευνα και Ανάπτυξη (Ε&Α) Η έρευνα, η τεχνολογία και η καινοτομία είναι απαραίτητες προϋποθέσεις για ένα βιώσιμο και ανταγωνιστικό μέλλον. Το 2021, οι ευρωπαϊκές δαπάνες Ε&Α για την πολιτική αεροναυπηγική και την άμυνα, τόσο από τη βιομηχανία όσο και από τις κυβερνήσεις υπολογίστηκαν σε 18,5 δισ. ευρώ, με κατανομή περίπου 40:60 μεταξύ μη στρατιωτικών και στρατιωτικών δραστηριοτήτων. Ε&Α στην Άμυνα Οι επενδύσεις στην αμυντική Ε&Α και το υποσύνολο της Έρευνα & Τεχνολογία (Ε&Τ), αποτελούν βασικούς παράγοντες για την ανάπτυξη της βιομηχανίας και την ικανότητά της να σχεδιάζει και να αναπτύσσει τις ικανότητες επόμενης γενιάς των ενόπλων δυνάμεων της Ευρώπης. Παρά τη γενική αύξηση των αμυντικών δαπανών, οι επενδύσεις στην αμυντική Ε&Τ παραμένουν χαμηλές ως ποσοστό των συνολικών αμυντικών προϋπολογισμών. Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Άμυνας (EDA), οι αμυντικές δαπάνες Ε&Τ για το 2020 ως ποσοστό των συνολικών αμυντικών δαπανών αυξήθηκαν πάνω από 1% για πρώτη φορά από το 2014. Το γεγονός ότι ο συλλογικός στόχος αναφοράς για τη χρηματοδότηση Ε&Τ (2% του αμυντικού προϋπολογισμού, όπως ορίζεται από τον EDA και ως μέρος των δεσμεύσεων της Μόνιμης Διαρθρωμένης Συνεργασίας (PESCO) δεν έχει επιτευχθεί ποτέ, εγείρει ανησυχίες για τη μακροπρόθεσμη ικανότητα της Ευρώπης να αντιμετωπίσει τις αναδυόμενες προκλήσεις ασφάλειας και να αποκτήσει στρατηγικά τεχνολογικά πλεονεκτήματα. Με πληροφορίες από: 2022 Aerospace, Security and Defence Industries Association of Europe Facts & Figures
