Keramické kompozity a 3D tisk pomáhají snižovat spotřebu letadel

Malajské aerolinky AirAsia si objednaly druhou velkou dodávku motorů LEAP, pohonných jednotek nové generace. Pro jejich výrobu se využívají součástky vytvářené za pomoci 3D tiskáren a keramické kompozity snižující celkovou hmotnost motoru, což vede k nižší spotřebě paliva a vyšší účinnosti.

Aerolinky si objednaly dodávku 128 motorů LEAP a souvisejících služeb v celkové hodnotě 8,6 miliard dolarů. Motory LEAP, které vyrábí společnost CFM International, konsorcium GE Aviation a francouzského výrobce Snecma, využije AirAsia pro svou novou flotilu cestovních Airbusů s jednou uličkou, k nimž patří i 64 nejmodernějších letadel typu A320neo.

Když AirAsia v roce 2011 na Pařížském aerosalonu oznámila své rozhodnutí vybavit 200 Airbusů A320neo motory typu LEAP-1A, jednalo se v té době o historicky největší objednávku leteckých motorů.

CFM dosud obdrželo objednávky na celkem 4500 pohonných jednotek LEAP. Společnost plánuje spustit pozemní testování prvního motoru využívajícího plně technologii LEAP na Airbusu A320neo již letos v září.

Motory LEAP mají na rozdíl od všech dosavadních leteckých motorů kovové palivové trysky „vytištěné” laserem, který při výrobě postupně přidává jednu vrstvu na druhou, součástky vytvořené z převratných keramických kompozitů a listy dmychadla z uhlíkových vláken nové generace, které se při výrobě poprvé v historii splétají opravdu ve všech třech dimenzích zároveň.

Technický pokrok umožnil návrhářskému týmu snížit hmotnost motoru v řádu stovek kilogramů a zároveň zvýšit teplotu uvnitř motoru, a dosáhnout tak vyšší účinnosti.

„Snažíme se jít stále kupředu v oblasti vývoje materiálů, což nám umožňuje stavět lehčí motory, zvyšovat jejich provozní teplotu a snižovat potřebu chlazení,“ říká Michael Kauffman z vedení výroby GE Aviation. „Výsledkem je, že naše motory, a tedy i letadla, která naše motory pohání, jsou účinnější a jejich provoz levnější.“

Hmotnost keramických kompozitů je například v porovnání s nejmodernějšími slitinami třetinová, kompozity přitom ale snesou provozní teplotu přesahující 1300 °C, při níž většina slitin začíná měknout.

„Jakmile se začnete zabývat návrhem motorů, zjistíte, že multiplikační efekt úspory hmotnosti je více než tři ku jedné,“ vysvětluje Kauffman. „Pokud jsou listy dmychadla lehké, nemusí už ani jeho středová část z niklové slitiny být tak masivní a zároveň si můžete dovolit odlehčit celé uložení i ostatní součástky, protože se snižují odstředivé síly. To je obyčejná fyzika.“

Výkonný viceprezident CFM Chaker Chahrour uvedl pro server Aviation Week, že LEAP předčí své konkurenty jako například motor PW1100G od společnosti Pratt & Whitney, která ve snaze o zvýšení účinnosti vsadila na systém převodů.

Podle Chahroura bude tzv. „specifická spotřeba paliva“ motoru LEAP-1A na letadle A320neo až o 3 % nižší než v případě pohonných jednotek Pratt & Whitney. Společnost CFM spočítala, že tento rozdíl odpovídá hodnotě $2 mil. v „čisté současné hodnotě jednoho stroje“.

Rodina motorů LEAP, do které patří již tři verze, bude pohonem nové generace dopravních letadel s jednou uličkou, jako jsou např. Airbus A320neo, Boeing 737 MAX nebo COMAC C919. Očekává se, že právě trh s letadly o jedné uličce zaznamená během následujících dvou dekád dramatický růst.

Boeing odhaduje, že se celosvětová flotila dopravních letadel do roku 2032 rozroste na dvojnásobek a celkový počet letadel tak dosáhne 40 tisíc kusů. Většinu přírůstku by přitom měl představovat právě segment „jednouličkových“ strojů.

Tato čísla podle Boeingu „odráží růst rozvíjejících se ekonomik, jako je Čína, a pokračující celosvětovou expanzi nízkonákladových dopravních letadel.Společnost GE tento týden také oznámila, že v Ashevillu v Severní Karolíně postaví nový závod na výrobu keramických kompozitů.