Versterking voor vermoeide vleugels

Laagjes op elkaar plakken, afbakken bij 120 graden en klaar is het ijzersterke Central Reinforced Aluminium. Dat had je gedacht....

Metaal wordt na verloop van tijd moe. Dat betekent dat er kleine scheurtjes in het metaal ontstaan die steeds groter worden. Bij vliegtuigen, die van metaal (aluminiumlegeringen) worden gemaakt, kan dat betekenen dat de vleugels op termijn breken.

Om dat te voorkomen, worden vliegtuigen zeer regelmatig gecontroleerd en – indien nodig – gerepareerd, wat hoge kosten met zich meebrengt. Dankzij een vinding van het Haagse bedrijf GTM Advanced Structures en de TU Delft behoren die problemen voortaan tot het verleden.

Een groep wetenschappers en technici bedacht namelijk een nieuw soort materiaal dat nagenoeg ongevoelig is voor vermoeiing, zoals metaalmoeheid officieel genoemd wordt.

Het materiaal, CentrAl geheten (naar: Central Reinforced Aluminium) is lichter en sterker dan het huidige materiaal waarvan vliegtuigvleugels worden vervaardigd. Daardoor kan er in de toekomst veel bespaard worden op brandstof en onderhoudskosten. GTM, dat samenwerkte met het Amerikaanse bedrijf Alcoa, presenteerde haar ‘doorbraak in de luchtvaartindustrie’ vorige week op een Delfts congres vol internationale wetenschappers, organisaties die de regels opstellen voor vliegveiligheid en vliegtuigbouwers.

De Amerikaanse kolonel Rob Fredell, werkzaam als wetenschapper bij de Amerikaanse luchtmacht en ook aanwezig op het congres, reageerde uiterst enthousiast. De U.S. Airforce heeft zo’n zesduizend ‘vermoeide’ vliegtuigen en zou een goede eerste gebruiker kunnen worden van het materiaal.

Al decennia waren wetenschappers op zoek naar een manier om metaal minder ontvankelijk voor moeheid te maken door steeds betere aluminiumlegeringen te mixen, vertelt ingenieur Peter Hooijmeijer (33), die bij GTM aan de ontwikkeling van CentrAl werkte. Hooijmeijer heeft het congres even verlaten om de materiaalrevolutie in de GTM-werkplaats in de oude Fokkerfabriek in de Haagse wijk Ypenburg te laten zien. Op zijn kantoor – opgesierd door miniatuurvliegtuigjes – houdt hij een stukje CentrAl omhoog.

‘Het is opgebouwd uit dunne laagjes van een hoogwaardige aluminiumlegering, afgewisseld met laagjes in hars gedrenkte glasvezels. Zo ontstaat een robuust constructiemateriaal met een veel lagere scheurgroeisnelheid’, legt hij uit.

Vermoeiing kun je nooit volledig voorkomen. ‘Maar je kunt het wel vertragen.’ Hooijmeijer legt uit dat de vliegtuigvleugel tijdens het vliegen omhoog en omlaag buigt. Door de krachten die optreden is het vooral belangrijk de onderhuid van de vleugel tegen vermoeiing te beschermen. Daar zou CentrAl dan ook uitkomst bieden.

Hooijmeijer is niet de échte uitvinder van CentrAl. ‘De belangrijkste stappen in de ontwikkeling hebben we met z’n drieën gezet. Maar voor het echte eureka-moment gaan alle credits naar mijn collega Geert Roebroeks, die ook verantwoordelijk is voor een eerdere vliegtuigmateriaalrevolutie, het vezel-metaal-laminaat Glare, 20 jaar terug.’

‘Bij GTM werken we met drie ingenieurs’, legt hij uit. ‘We hebben allemaal een ander verleden, dat werkt inspirerend. Volgens mij is dat ook wat innovatie is: niet alleen pure wetenschap bedrijven, maar altijd denken aan de toepasbaarheid.

‘In de werkplaats hebben we een jongen met gouden handjes, maar we werken zelf ook vaak mee. Om het materiaal echt te doorzien en te begrijpen moet je gewoon het lab in. En dat is ook heel leuk’, vertelt de ingenieur.

Als TU-student raakte Hooijmeijer ooit betrokken bij de ontwikkeling van dat andere vliegtuigmateriaal. Glare – ook een gestapeld aluminium maar dan veel dunner – werd indertijd speciaal ontwikkeld voor de huid van de vliegtuigromp.

Voor de vleugels was Glare niet geschikt, legt hij uit. ‘De onderhuid van de vleugels, de plek waar de meeste vermoeiing optreedt, bestaat uit een laag van 10 tot 15 millimeter, soms meer. Je kan niet simpelweg wat Glarelaagjes op elkaar plakken tot je die dikte hebt. We hebben echt iets nieuws moeten bedenken.’

Het maken van CentrAl was een kwestie van jaren uitproberen. In de werkplaats laat de ingenieur zien hoe dat ongeveer ging en gaat. Op een grote mal worden lagen aluminium en glasvezel gestapeld. Paul, ‘de man met de gouden handen’, trekt er een lichtblauwe vacuümzak overheen. Hooijmeijer: ‘Straks wordt het pakket uitgehard.’ Ofwel: gebakken bij 120 graden en 6 bar druk.

Daarna begint het testen. Eerst op vuil en luchtbellen en later uiteraard op de sterkte: hoe lang kan het materiaal de trekbank scheurloos doorstaan?

Hooijmeijer pakt een dun plaatje CentrAl. ‘Gemiddeld hangen we hier 20 tot 30 ton aan.’ Hij lacht. ‘Veel hè?’ Vervolgens boren we er een gaatje in en gaan we kijken hoe lang het duurt voor de eerste scheurtjes ontstaan.’ Zo op het oog lijkt er niets te gebeuren met het plaatje. Alleen met een loep zijn na verloop van tijd kleine scheurtjes te zien.

‘Het buzzwoord in de vliegtuigindustrie is momenteel het toepassen van koolstofcomposiet’, zegt Hooijmeijer. Koolstofcomposiet is een samenstelling van koolstofvezels in hars, die binnenkort in de romp van de Boeing 787 wordt gebruikt. ‘Mensen denken dat koolstofcomposiet metaal kan vervangen, maar dat is niet waar.’

Of hij van de metaallobby is? Hooijmeijer lacht. ‘Nee, maar onze nieuwe uitvinding, gebaseerd op metalen, is gewoon heel geschikt voor een nieuwe generatie vliegtuigen. Het idee voor koolstofcomposiet is nog niet volwassen.’

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden