As asas do Boeing 787 são tão flexíveis porque seu material de fibra de carbono pode ser mais esticado, e a alta proporção de 11 aumentará esse efeito. Em vôo, tudo o que você sente é menos tremido devido às rajadas, porque a asa irá amortecer as mudanças de carga de forma mais eficaz. No solo, a asa pode ter menos folga da ponta, porque é necessário menos diedro embutido - o restante é suprido pela elasticidade da asa em vôo.
A influência no desempenho é ligeiramente negativa, mas esse é um efeito muito fraco. Ele pode ser comparado com a resistência ao rolamento de uma bicicleta rígida em comparação a uma com estrutura de mola.
A quantidade de flexão para um determinado momento de flexão depende de três fatores:
- Extensão da asa: Uma dada curvatura da asa devido à flexão na raiz da asa causará um deslocamento da ponta que é proporcional à distância daquela ponta da raiz.
- Peso do mastro: Esta curvatura cresce com o inverso do quadrado da altura do mastro. Uma espessura relativa menor da asa produzirá mais dobra.
- Spar material: O Young's modulus do material descreve o quanto ele se estende para um determinado estresse. Mais importante, no entanto, é o alongamento elástico na tensão de escoamento. A fibra de carbono tem um módulo de Young mais alto do que o alumínio, mas é elástica até a ruptura, de modo que pode ser esticada mais e produzir mais dobra em tensão de produção.
Os números: O módulo de alumínio do Young é bastante constante para uma ampla gama de ligas e normalmente 70.000 MPa ou N / mm². O módulo de fibras de grafite depende do seu processo de fabricação e varia entre 200.000 e 700.000 MPa ou N / mm². No entanto, este valor não pode ser comparado diretamente com o do alumínio. O módulo final do compósito depende da orientação das fibras e do teor de resina.
É seguro assumir que a Boeing (ou mais precisamente, a Mitsubishi Heavy Industries) usa uma fibra moderna e de alta resistência como IM7 (pdf) (IM significa módulo intermédio), que tem um módulo de 276.000 MPa. Também é seguro assumir que a maioria das fibras está orientada na direção do vão, de modo que elas possam contribuir totalmente para a tomada das cargas de flexão. Se assumirmos um teor de fibra conservativa de 60%, o módulo resultante do material de longarina deve ser de 164.000 MPa. No entanto, a longarina não é um componente discreto, mas parte da caixa da asa que também precisa receber cargas de torção. Enquanto o Alumínio é um material isotrópico (tem as mesmas propriedades em todas as direções), o CFRP é altamente anisotrópico e adiciona resistência à torção vai exigir fibras adicionais em outras direções. Conseqüência: O módulo efetivo da caixa da asa na direção de dobra pode ser tão baixo quanto 110.000 MPa.
No final, o que conta é a quantidade de material disponível para transportar as cargas de flexão. Aqui, a tensão de escoamento do material entra em jogo: quanto mais tensão um material pode tolerar antes de mostrar deformação plástica, menos ele é necessário para transportar um determinado momento de flexão. Para chegar diretamente à deformação máxima, basta olhar para a tensão elástica máxima. Com o IM7, este é 1,9%, e com alumínio de alta resistência ( 7068 pdf) , é menos de 1% antes do material sofrer um alongamento permanente. Isso significa que, embora o CFRP seja mais rígido que o alumínio, ele pode ser carregado mais e se estenderá mais antes de atingir seus limites.
