De største landvindinger der er sket inden for flydesign i dette århundrede er sket på materialefronten. Både med hensyn til selv flykonstruktionen og motorer. Fly fremstilles med mere og mere brug af kulfiberarmeret plast (cfrp – carbon fibre reinforced polymers) for at gøre flyet lettere, og flymotorer anvender avancerede keramiske matrixmatrialer (ceramic matrix composite – CMC) for at kunne holde til stadig højere temperaturer og tryk i forbrændigskammeret.
Bortset fra 787 fremstilles fly som en ribbekonstruktion beklædt med plader, der er nittede fast. Pladerne kan være af aluminium, aluminium-litium (Al-Li) eller cfrp. Aluminium er det billigste og cfrp det dyreste.
Grunden til at bruge det lidt dyrere Al-Li i stedet for aluminium er, at det er lettere og stærkere. For hver procent Li i legeringen bliver den 3 % lettere og 5 % stærkere indtil, der er et indhold på ca. 4 %. Legeringen brugt i fly indeholder typisk 2½ % Li – dvs. det er 7½ % lettere og 12½ % stærkere end aluminium, så du kan få den samme styrke med en konstruktion, der er ca. 20 % lettere.
cfrp vejer ca. 2/3 af aluminium, og er 2-5 gange stærkere, så der kan virkelig opnås en vægtbesparelse ved at bruge cfrp i stedet for aluminium. Kulfibre har en diameter på 5-10 tusindedele af en millimeter og er dyrere end glasfibre men har fordele i form af høj styrke samt gode kemiske og termiske egenskaber. Problemet med cfrp er en dyr og kompliceret fremstillingsproces.
De fleste cfrp-flydele fremstilles fra for-imprægnerede kulfibre (pre-preg – måtter vævet af kulfibertråde imprægneret med polymer), som skal hærdes i en autoklave – dvs. under højt tryk i en ovn for at undgå luftbobler. Det er en dyr og vanskelig proces for store flydele som fuselagesektioner og vinger, der kræver enorme autoklaver.
Der er dog andre og billigere metoder på vej. Vingerne til Airbus A220 fremstilles ved avanceret Resin Transfer Infusion (RTI), hvor flydende polymer pumpes ind i en form med uimprægnerede kulfibre (Resin Transfer Moulding – RTM). Vingerne skal dog stadig hærdes med varme og tryk i en autoklave. Sidste led er dyrt, og der eksperimenteres med hærdning uden for en autoklave, hvilket vil gøre cfrp-fly langt billigere at fremstille.
Dele til det russiske Irkuts MC-21 fremstilles faktisk efter en proces uden for en autoklave – en variation af RTI/RTM kaldet Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) eller Vacuum Injected Molding (VIM) hvor vakuuminjektionen forhindrer luftbobler, så hærdningen kan foregå i atmosfærisk tryk ved stuetemperatur.
Det en langsommelig proces at fremstille cfrp, som ikke passer så godt til fly, der skal fremstilles mange om måneden som narrow-body fly, hvorfor det primært er i store fly, at cfrp er anvendt i større udstrækning.
Der bruges også titanium i flykonstruktioner, men ikke til yderbeklædning på civilfly. Titanium vejer mere end 1½ gang så meget som aluminium, men er mere end dobbelt så stærkt. Smeltepunktet for aluminium er 660 oC men over 1650 oC for titanium, Derfor anvendes det, hvor man skal have stor styrke – fx i landingsstel, og hvor man kan opleve meget høje temperaturer – fx i motorer (og jagerfly med hastigheder over MACH 2½).
I flymotorer bruges endnu mere avancerede materialer, for de udsættes ud over af store mekaniske påvirkninger af utroligt høje temperaturer og tryk.
For at opnå lav vægt kan de forreste store fanblade være hule og fremstillet af et kompositmateriale med kanter af titanium. For at tillade stadig højere kompression kan man i forbrændingskammeret bruge keramiske kompositmaterialer, der er lettere end metallegeringer og kan modstå de meget høje temperaturer.
Et keramisk materiale er et hårdt men skørt materiale fremstillet ved at opvarme et uorganisk ikke metallisk materiale – som fx ler, men i flymotorer anvendes typisk siliciumkarbid (SiC). I et keramisk matrix materiale er den keramiske grundsubstans forstærker med keramiske fibre, som fx kan være kulfibre.
Det er ikke nok at kunne designe et fantastisk fly, der er bæredygtigt og billigt i drift – det skal også kunne fremstilles til en konkurrencedygtig pris. Da optimeringen af den nuværende grundmodel for et jetpassagerfly er ved at nå endemålet, fokuserer man derfor nu på, hvordan man kosteffektivt kan producere fremtidens fly, og på den måde opnå en konkurrencefordel og bedre indtjening.
En betingelse for at kunne fremstille et nyt fly til konkurrencedygtige priser er derfor, at fremstillingsprocessen automatiseres.
Fly nittes sammen, og forsøg på at få robotter til at overtage denne proces har ikke været succesfuld på samme måde som punktsvejsning af bilkarosserier.
Bloomberg rapporterede i november 2019, at Boeing efter 4 års forsøg, havde opgivet at fudautomatisere processen med fremstilling af aluminiumsfuselagesektioner til 777. Produktionscellen havde det noget bagvendte navn ’Fuselage Automated Upright Build’ (FAUB); navnet grunder i, at tidligere blev først den nederste halvdel af fuselagen bygget upside-down, og så vendt rundt inden den øvre fuselagedel blev tilføje, men det ville man undgå.
Boeing FAUB
I FAUB skulle to robotter arbejde sammen – den inden uden for fuselagen og den anden inden i – med at bore huller, isætte nitter og fastgøre disse. Boeing kunne ikke få styr på processen – der var for mange fejl med for meget efterarbejde. Processen er nu ændret til, at en enkelt mere simpel robot kun borer hullerne, mens nitterne bliver isat manuelt.
Tilsvarende har Airbus siden starten i 2018 haft store problemer med at automatisere en proceslinje for A321 i Hamburg. Den tomme A380-FAL i Touluse ombygges nu til en endnu mere automatiseret A321-FAL, som skal være klar i 2025. Det er målet, at den øverste halvdel af fuselagen bliver nittet fuldautomatisk, hvorimod den nederste halvdel, hvor der ikke rigtig er plads til robotterne, skal nittes semiautomatisk.
Airbus robot-FAL i Hamburg
Men i virkeligheden drejer automatiseringen sig mere om køretøjer til autonom levering af flydelene til proceslinjen.
Hos underleverandørerne drejer optimering af processerene sig meget om 3D-printning af komplicerede dele i et stykke, så efterfølgende samling af delelementer kan undgår.
En helt anden side af flyproduktion drejer sig om at vedligeholde flyene. Man venter ikke til noget går i stykker som i sin bil. Man har beregnet levetiden for forskellige flydele, og udskifter dem inden de når den alder. Derfor er der et helt fast system af servicetjek som skal overholdes.
A-tjek skal foretages jævnligt og kan klares i en alm. hangar på en dags tid. B-tjek skal udføres ca. hvert halve år og kræver at flyet tages ud af drift et par dage. C-tjek skal foretages ca. hvert andet år, og er meget mere omfattende, så flyet må flyttes til et servicecenter for flere uger. D-tjek er det mest omfattende og skal udføres efter 6-10 år. Flyet nærmest skilles ad, hvilket kan tage flere måneder. Mange flyselskaber vælger derfor at sælge et fly, når tiden for et D-tjek nærmer sig, da tjekket kan koste adskillige millioner.
Motorerne har deres helt eget system til servicetjek.
Flygiganterns Kamp 