THE AVIO AERO

PEOPLE’S MAGAZINE

Kiedy Sanford Moss ponad sto lat temu opatentował genialną turbinę gazową, miał nadzieję, że urządzenie to zmieni świat. I w końcu tak się stało, choć nie w sposób, jaki sobie pierwotnie wyobrażał.

Turbina gazowa Mossa zużywała zbyt dużo paliwa i produkowała zbyt mało energii elektrycznej, więc odłożył ją na półkę i zajął się innymi pracami. Wtedy, w 1917 roku, Narodowy Komitet Doradczy ds. Aeronautyki, poprzednik NASA, przyszedł z wezwaniem. Szalała I wojna światowa, pierwszy konflikt, w którym brały udział samoloty, a rząd chciał, aby firma GE pomogła amerykańskim samolotom wojennym lepiej latać w rozrzedzonym powietrzu na dużych wysokościach. Moss odkurzył swój patent i skonstruował turbinę promieniową, która ściskała powietrze dostające się do silnika, aż było ono tak gęste jak powietrze przy ziemi. Urządzenie to, zwane turbosprężarką, pomogło samolotom odzyskać utraconą moc i zapewniło Mossowi miejsce w National Aviation Hall of Fame. Wprowadził on również GE do branży lotniczej. „W zasadzie dzięki turbosprężarce przeniósł lotnisko położone na poziomie morza na wysokość 14 000 stóp” - mówi Paul Corkery, Dyrektor Generalny ds. Silników Turbośmigłowych w GE Aviation.

W pewnym sensie Corkery podąża teraz ścieżką, którą wytyczył Moss. Corkery spędził pierwszą połowę swoich trzech dekad w GE na udoskonalaniu turbin gazowych. Dziś kieruje zespołem 400 europejskich inżynierów lotnictwa, którzy opracowali nowy silnik turbośmigłowy. Wierzą oni, że silnik ten - pierwszy od 50 lat tak nowy projekt silnika dla rynku turbośmigłowego lotnictwa ogólnego - wzniesie rynek lotniczy na nowe wyżyny.

Ich silnik turbośmigłowy, zwany GE Catalyst, łączy w sobie technologię (w tym dodatków) i know-how z dużych komercyjnych silników odrzutowych firmy GE z cyfrowym sterowaniem silnikiem w sposób, który otwiera nowe możliwości projektowe dla producentów samolotów. Oczekuje się, że radykalnie zmieni sposób pilotowania turbośmigłowców, a jego celem jest zapewnienie oszczędności paliwa i zmniejszenie emisji CO₂ nawet o 20% w porównaniu z silnikami dostępnymi obecnie na rynku. Silnik będzie w stanie napędzać na zrównoważonym paliwie lotniczym (SAF) i może zasilać nowe typy bezzałogowych statków powietrznych i samolotów hybrydowych. „Pod względem technologicznym jest to naprawdę pomocne dla producentów samolotów” - mówi Corkery. „Wiele decyzji, które podjęliśmy, gdy pięć lat temu rozpoczęliśmy prace nad silnikiem, naprawdę dobrze ustawiły nas na przyszłość.”

Paul Corkery on the left with Milan Slapak, CEO of GE Aviation Czech.

Aby osiągnąć te korzyści, zespół Corkery'ego - pracujący w Czechach, Włoszech, Polsce i Niemczech - sięgnął po zaawansowane technologie, które nie były wcześniej wypróbowywane w turbośmigłowcach. Weźmy na przykład zmienną geometrię turbiny silnika Catalyst - funkcję opracowaną pierwotnie przez GE i legendę lotnictwa Gerhard Neumann dla silników naddźwiękowych. Neumann wymyślił, jak obracać łopatkami na stojanie silnika podczas lotu, zmieniać ciśnienie wewnątrz turbiny i sprawiać, że samoloty latają szybciej. Zastosowanie go w silniku turbośmigłowym Catalyst pozwoliło inżynierom na zwiększenie ciśnienia i temperatury wewnątrz silnika, bardziej efektywne spalanie paliwa oraz uzyskanie większej mocy i prędkości na wysokości. „Większa moc pozwala producentowi samolotu na zaprojektowanie większej, bardziej komfortowej kabiny i zbudowanie samolotu, który może szybko latać na dużych wysokościach” - mówi Corkery. „Jednak nie tylko mogę latać szybko, ale też spalam mniej paliwa i emituję mniej CO₂. Wiemy, jak to zrobić, bo robiliśmy to wszystko na dużych silnikach.”

W ubiegłym roku firma GE zobowiązała się, że do 2030 roku jej działalność stanie się neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla. W Raporcie o zrównoważonym rozwoju 2020 GE opublikowanym na początku lipca, firma poszła jeszcze dalej, stawiając sobie za cel osiągnięcie zerowej emisji netto do 2050 roku, w tym emisji Scope 3 wynikającej z użytkowania sprzedawanych produktów. Firma GE, dzięki Avio Aero, nawiązała współpracę w zakresie Catalyst z unijnym projektem Inicjatywa CleanSky i jej Maestro, największy europejski program badawczy poświęcony dekarbonizacji lotnictwa.

Pod koniec lipca GE przywiozło makietę silnika Catalyst na targi lotnicze EAA AirVenture w Oshkosh w stanie Wisconsin, prawdopodobnie największe na świecie zgromadzenie firm i entuzjastów lotnictwa. „Powodem, dla którego jesteśmy w Oshkosh jest to, że jest to centrum rynku lotnictwa biznesowego i ogólnego” - mówi Corkery. „Wszyscy są tutaj, a my przynosimy nowe technologie.” Rzeczywisty silnik Catalyst jest obecnie zamontowany na specjalnym „latającym stanowisku testowym” Beechcraft King Air w Berlinie i oczekuje na swój pierwszy lot.

The GE Aviation chalet at EAA Airventure Oshkosh.

Ale jeśli duże silniki są siłą napędową silnika Catalyst - może on dostarczyć 1300 koni mechanicznych na wale - to inna nowa funkcja, „pełna kontrola cyfrowa silnika” (FADEC), która kontroluje zarówno silnik, jak i śmigło, jest jego mózgiem. Składa się ona z dwóch w pełni redundantnych komputerów, które słuchają szeregu danych z czujników dotyczących prędkości, temperatury i gęstości powietrza, wysokości i wielu innych czynników, co pozwala pilotowi prowadzić samolot w optymalny sposób.

Odrzutowce wykorzystują tę technologię od dziesięcioleci, ale na komercyjnym rynku turbośmigłowym „pilot jest FADEC-em”, mówi Corkery. FADEC Catalysta pozwoli pilotowi spędzić więcej czasu na pilotowaniu samolotu, niż na dostrajaniu ustawień silnika. „FADEC wie, w jakich warunkach znajduje się mój samolot i optymalizuje skok śmigła i przepływ paliwa w zależności od tych warunków” - wyjaśnia Corkery. „Pilot nie będzie już musiał sięgać do tabeli, aby zoptymalizować lot wokół właściwych parametrów za pomocą czterech oddzielnych dźwigni. Wszystko zostanie zdigitalizowane. Pilot będzie miał tylko jedną dźwignię. To będzie jak latanie odrzutowcem.”

Milan Slapak, dyrektor generalny GE Aviation Czech w Pradze, głównej siedziby turbośmigłowego oddziału GE, również wskazuje na przyszłość, w której FADEC „otworzy drzwi do autonomicznego latania”. Nie oznacza to, że ktoś ukryty w kontenerze będzie zdalnie sterował na przykład dronem, czy jakimkolwiek innym pojazdem bezzałogowym” - mówi Slapak. „Możesz mieć sztuczną inteligencję, a ta AI przekaże wskazówki do FADEC, a FADEC zajmie się resztą.”

The integration of the Catalyst engine on the first Denali prototype.

Kiedy spojrzymy na rozwój Beechcrafta Denali i silnika GE Catalyst, to naprawdę wszystko szło ze sobą w parze

Textron Aviation stał się pierwszym producentem samolotów, który wykorzystał możliwości silnika Catalyst.  Firma współpracowała z GE w celu opracowania silnika, który wspierałby projekt beechcraft Denali - nowy, czysty, wysokowydajny samolot turbośmigłowy. Jednosilnikowy samolot będzie mógł rozwijać prędkość 285 węzłów, przewozić 1100 funtów paliwa i osiągnąć 1600 mil morskich z czterema pasażerami i pilotem na pokładzie. „Kiedy spojrzymy na rozwój Beechcrafta Denali i silnika GE Catalyst, to naprawdę wszystko szło ze sobą w parze” - mówi Alex Hunt, doradca ds. marketingu technicznego w firmie Textron. „Firma GE pomagała nam w zakresie wymagań dotyczących silników niezbędnych do utrzymania tego płatowca, aby naprawdę stworzyć samolot w stylu business-jet.”

Powtarzając wcześniejsze uwagi Corkery'ego, kabina Denali przypominająca odrzutowiec jest dobrym przykładem tej współpracy. Inżynierowie Textrona wykonali przestronną kabinę z jednego kawałka aluminium, aby uzyskać dodatkową wytrzymałość i zwiększyć rozmiary kabiny.  Textron Aviation szeroko wykorzystuje wysokoobrotowe, obrabiane maszynowo, monolityczne (jednoczęściowe) komponenty, podobnie jak w swoich większych odrzutowcach, w celu zmniejszenia wagi, kosztów i zwiększenia rozmiarów kabiny. Powietrze zasysane z silnika przez cyfrowy system ciśnieniowy zapewnia takie ciśnienie w kabinie, że pasażerowie lecący na wysokości 30 000 stóp będą mieli wrażenie, że znajdują się na wysokości zaledwie 6 000 stóp. To doświadczenie, które do tej pory było dostępne tylko w najnowszych odrzutowcach pasażerskich, takich jak Boeing 777X. „Jest bardzo wygodny dla pasażerów. Po przyjeździe czujesz się zrelaksowany i wypoczęty” - mówi Hunt.

Podobnie jak wielu producentów samolotów i linii lotniczych, Hunt jest podekscytowany wydajnością silnika i jego zdolnością do pracy na SAF. „Jedną z największych inwestycji firmy Textron Aviation w ostatnim czasie były zrównoważone paliwa” - mówi Hunt. „Cała nasza flota samolotów turbinowych może być napędzana silnikami SAF i jesteśmy podekscytowani, że możemy to kontynuować dzięki silnikowi GE Catalyst w samolocie Beechcraft Denali. Zrównoważone paliwo lotnicze naprawdę pomaga zmniejszyć ślad węglowy.”

Alex Hunt, technical marketing adviser at Textron, inside the Denali mock-up displayed at the Oshkosh airshow.

Corkery i jego zespół opracowali silnik GE Catalyst prawie w całości w Europie. (Przeprowadzili kilka prób lodowych w Kanadzie.) Włoscy inżynierowie z Avio Aero pomogli zaprojektować silnik i jego kluczowe części, takie jak skrzynia biegów, FADEC i elementy turbiny wysokociśnieniowej; zespoły w Polsce i Niemczech pracowały nad sprężarką i innymi częściami, a Czechy zapewniły siedzibę główną, komory testowe do prób naziemnych i zakład montażowy. „Szybkie obsadzenie 400 osób w zespole nie jest łatwym zadaniem” - mówi Corkery - „więc idziemy tam, gdzie są możliwości.”

Firma nawiązała również współpracę z Czeskim Uniwersytetem Technicznym (CVUT) w celu opracowania nowej metodologii konserwacji zapobiegawczej dla nowoczesnych silników turbośmigłowych, takich jak Catalyst. Samolot testowy CVUT będzie przeprowadzał eksperymenty w locie, generując dane do badań metodologicznych. Pierwszy z nich odbędzie się w Berlinie, ale większa część testów będzie miała miejsce w Czechach. „Każdy nowy silnik, który jest obecnie opracowywany, musi być wyposażony w najnowocześniejszy model monitorowania i przewidywania osiągów” - mówi Slapak. „CVUT wybrał King Air 350 jako idealną platformę latającą do zasilania danymi badań i rozwoju modelu, a jednocześnie cieszymy się, że to właśnie samolot uniwersytetu będzie tym, który urzeczywistni pierwszy lot silnika Catalyst.”

W końcu niezwykła turbina Sanforda Mossa naprawdę pomogła zmienić świat. Nic więc dziwnego, że obecnie inżynierowie z całej planety pracujący dla firmy, którą pomógł założyć, ponownie wznoszą ją na nowe wyżyny.