Aviation
Katalyzujte!
Jak 400 evropských inženýrů dalo hlavy dohromady, aby vynalezli turbovrtulový letoun, který bude pohánět nový Beechcraft Denali.
Aug 2021
Když si Sanford Moss před více než sto lety nechal patentovat důmyslnou plynovou turbínu, doufal, že toto zařízení změní svět. A nakonec se tak stalo, i když ne tak, jak si původně představoval.
Mossova plynová turbína měla příliš velkou spotřebu paliva a vyráběla příliš málo elektřiny, proto ji odložil a věnoval se jiné práci. V roce 1917 se pak ozval Národní poradní výbor pro letectví, předchůdce NASA. Zuřila první světová válka, první konflikt, do kterého byla zapojena letadla, a vláda požadovala od společnosti GE, aby pomohla americkým válečným letounům lépe létat v řídkém vzduchu ve velkých výškách. Moss oprášil svůj patent a sestrojil radiální turbínu, která stlačovala vzduch vstupující do motoru, dokud nebyl stejně hustý jako vzduch u země. Zařízení zvané „turbosupercharger“ pomohlo letadlům získat zpět ztracený výkon a vyneslo Mossovi místo v Národní síni letecké slávy. Díky němu vstoupila společnost GE do leteckého průmyslu. „Díky turbokompresoru v podstatě přesunul letiště z úrovně hladiny moře do výšky 14 000 stop,“ říká Paul Corkery, generální ředitel pro turbovrtulové motory ve společnosti GE Aviation.
Corkery nyní v jistém smyslu kráčí po cestě, kterou razil Moss. První polovinu svých tří desetiletí strávil Corkery ve společnosti GE zdokonalováním plynových turbín. Dnes vede tým 400 evropských leteckých inženýrů, kteří vyvinuli nový turbovrtulový motor. Věří, že tento motor – první nová konstrukce motoru pro trh turbovrtulových letadel pro všeobecné letectví za posledních 50 let – pozvedne letecký trh na novou úroveň.
Jejich turbovrtulový motor nazvaný GE Catalyst kombinuje technologii (včetně aditivní) a know-how z velkých komerčních proudových motorů GE s digitálním řízením motoru způsobem, který výrobcům letadel otevírá nové konstrukční možnosti. Očekává se, že radikálně změní způsob, jakým piloti létají s turbovrtulovými letadly, a jeho cílem je dosáhnout ve srovnání s motory, které jsou v současnosti na trhu, úspory paliva a snížení emisí CO2 až o 20 %. Motor bude schopen provozu s použitím udržitelného leteckého paliva (SAF – sustainable aviation fuel), které je někdy označované jako biopalivo, a mohl by pohánět i nové typy bezpilotních letadel a hybridních letadel. „Z technologického hlediska přináší výrobcům letadel skutečně zcela nové možnosti,“ říká Corkery. „Mnohá rozhodnutí, která jsme učinili před pěti lety, když jsme začali tento motor vyvíjet, nás skutečně dobře připravila na budoucnost.“
K dosažení těchto zisků obrátil Corkeryho tým, který vyvíjí činnost v České republice, Itálii, Polsku a Německu, svou pozornost na pokročilé technologie, které nebyly v turbovrtulových letounech dosud vyzkoušeny. Například proměnlivá geometrie turbíny motoru Catalyst – prvek původně vyvinutý společností GE a leteckou legendou Gerhardem Neumannem pro nadzvukové motory. Neumann přišel na to, jak za letu otáčet lopatkami na statoru motoru, měnit tlak uvnitř turbíny a zrychlovat let letadel. Jeho využití v turbovrtulovém motoru Catalyst umožnilo konstruktérům zvýšit tlak a teplotu uvnitř motoru, účinněji spalovat palivo a zvýšit výkon a rychlost ve výšce. „Větší výkon umožňuje výrobci letadel navrhnout větší a pohodlnější kabinu a postavit letadlo, které může letět rychle ve velké výšce,“ říká Corkery. „Ale nejenže mohu letět rychle, ale také spálím méně paliva a vypustím méně emisí CO2. Víme, jak to udělat, protože jsme to všechno dělali na velkých motorech.“
V loňském roce se společnost GE zavázala, že se do roku 2030 stane ve svém vlastním provozu uhlíkově neutrální. Ve Zprávě o udržitelnosti z roku 2020, která byla zveřejněna začátkem července, šla společnost ještě dál a stanovila si ambici dosáhnout do roku 2050 čistě nulových emisí, včetně emisí Scope 3 z použitých prodaných výrobků. Díky společnosti Avio Aero spolupracovala GE na projektu Catalyst s Iniciativou CleanSky Evropské unie a jejím program Maestro, největšího evropského výzkumného programu věnovaného dekarbonizaci letectví.
Koncem července přivezla společnost GE maketu motoru Catalyst na leteckou výstavu EAA AirVenture v Oshkoshi ve Wisconsinu, která je pravděpodobně největším světovým setkáním leteckých společností a nadšenců. „Důvodem, proč jsme v Oshkoshi, je skutečnost, že se jedná o centrum trhu obchodního a všeobecného letectví,“ říká Corkery. „Tady jsou všichni a my přinášíme nové technologie.“ Skutečný motor Catalyst je v současné době namontován na speciální „zkušební“ letoun Beechcraft King Air v Berlíně a čeká na svůj první let.
Jestliže však velké motory dávají motoru Catalyst jeho sílu – na hřídeli může dosahovat výkonu 1 300 koňských sil – pak jeho mozkem je další nová funkce, „plně autorizované digitální řízení motoru“ neboli FADEC, které ovládá jak motor, tak vrtuli. Skládá se ze dvou plně redundantních počítačů, které naslouchají množství údajů o rychlosti, teplotě a hustotě vzduchu, nadmořské výšce a mnoha dalších faktorech, které přicházejí ze senzorů, a umožňují pilotovi řídit letadlo optimálním způsobem.
Letouny tuto technologii používají již desítky let, ale na trhu komerčních turbovrtulových letounů „je pilotem systém FADEC“, říká Corkery. FADEC motoru Catalyst umožní pilotovi trávit více času řízením letadla než dolaďováním nastavení motoru. „Systém FADEC ví v jakých podmínkách se letadlo nachází a podle toho optimalizuje nastavení stoupání vrtule, a průtok paliva,“ vysvětluje Corkery. „Pilot už nebude muset nahlížet do tabulky, aby optimalizoval let podle správných parametrů pomocí čtyř samostatných páček. Vše bude digitalizováno. Pilot bude mít pouze jednu páku. Bude to jako létat tryskáčem.“
Milan Šlapák, generální ředitel společnosti GE Aviation Czech v Praze, kde sídlí divize turbovrtulových letadel GE, rovněž upozorňuje na budoucnost, kdy FADEC „otevře dveře autonomnímu létání. Neznamená to, že budete mít někoho ukrytého v kontejneru, kdo bude dálkově ovládat například dron nebo jakýkoli druh bezpilotního prostředku,“ říká Šlapák. „Můžete mít umělou inteligenci, která bude dávat pokyny systému FADEC a ten se postará o zbytek.“
Když se podíváte na vývoj letounu Beechcraft Denali a motoru GE Catalyst, opravdu probíhal ruku v ruce
Prvním výrobcem letadel, který využil možnosti motoru Catalyst, se stala společnost Textron Aviation. Tato společnost spolupracovala s GE na vývoji motoru, který by podporoval konstrukci Beechcraft Denali, nového, čistého, vysoce výkonného turbovrtulového letounu. Jednomotorové letadlo bude schopno dosáhnout rychlosti 285 uzlů, přepravit 1 100 liber paliva a se čtyřmi cestujícími, a pilotem na palubě, urazit 1 600 námořních mil. „Když se podíváte na vývoj letounu Beechcraft Denali a motoru GE Catalyst, opravdu probíhal ruku v ruce,“ říká Alex Hunt, technický marketingový poradce společnosti Textron. „Společnost GE nám pomáhala s požadavky na motory, které jsou nutné při údržbě tohoto letounu, aby bylo možné vytvořit typ proudového obchodního letadla."
V souladu s předchozími Corkeryho poznámkami je dobrým příkladem této spolupráce kabina modelu Denali, která připomíná tryskové letadlo. Inženýři společnosti Textron vyrobili prostornou kabinu z jediného kusu hliníku, aby dosáhli větší pevnosti a zvětšili její rozměry. Stejně jako u svých větších proudových letadel využívá společnost Textron Aviation ve velké míře vysokorychlostně obráběné monolitické (jednodílné) komponenty, aby snížila hmotnost, náklady a zvětšila velikost kabiny. Vzduch nasávaný z motoru prostřednictvím digitálního přetlakového systému zajišťuje přetlakování kabiny, takže cestující, kteří se pohybují ve výšce 30 000 stop, mají pocit, že jsou ve výšce pouhých 6 000 stop. Takový zážitek byl dosud dostupný pouze v nejnovějších osobních letadlech, jako je Boeing 777X. „Pro cestující je to velmi pohodlné. V cíli přistanete uvolnění a osvěžení,“ říká Hunt.
Stejně jako mnoho výrobců letadel a leteckých společností, tak i Hunt je nadšen účinností motoru a jeho schopností pracovat s použitím paliv SAF. „Jedna z největších investic společnosti Textron Aviation v poslední době směřuje do udržitelných paliv,“ říká Hunt. „Celá naše flotila turbínových letadel může být poháněna motory s palivy SAF a jsme rádi, že v tom můžeme pokračovat i s motorem GE Catalyst v letadle Beechcraft Denali. Udržitelné letecké palivo skutečně pomáhá snižovat uhlíkovou stopu.“
Corkery a jeho tým vyvinuli motor GE Catalyst téměř výhradně v Evropě. (Provedli několik testování za nízkých teplot v Kanadě.) Italští inženýři ze společnosti Avio Aero se podíleli na návrhu motoru a klíčových součástí, jako je převodovka, FADEC a komponenty vysokotlaké turbíny, týmy v Polsku a Německu pracovaly na kompresoru a dalších částech a Česká republika poskytla ústředí, zkušební buňky pro pozemní zkoušky a montážní závod. „Rychle obsadit tým 400 lidmi není nijak snadné,“ říká Corkery, „takže jdeme tam, kde tyto možnosti jsou.“
Na vývoji nové metodiky preventivní údržby moderních turbovrtulových motorů, jako je Catalyst, tato společnost také spolupracovala s Českým vysokým učením technickým (ČVUT). Zkušební letadlo ČVUT bude provádět letové experimenty, které budou sloužit k získávání dat pro metodický výzkum. První z nich se uskuteční v Berlíně, ale většina testů proběhne v České republice. „Každý nový motor, který dnes prochází vývojem, potřebuje také nejmodernější sledování výkonu a prediktivní model,“ říká Šlapák. „ČVUT si vybrala King Air 350 jako ideální létající platformu, která bude sloužit jako zdroj dat pro výzkum a vývoj modelu, a zároveň jsme rádi, že právě univerzitní letoun bude tím, který umožní první let motoru Catalyst.“
Pozoruhodná turbína Sanforda Mosse nakonec skutečně pomohla změnit svět. Proto asi nepřekvapí, že inženýři z celé planety, kteří pracují pro firmu, kterou pomáhal založit, ji nyní opět vynášejí do nových výšin.
the original version of this story is by GE Reports
