Mezi nebem a zemí a ještě dál

Hlavním posláním Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu (VZLÚ) je rozvíjet nové znalosti, transferovat je do průmyslové praxe a poskytovat svým partnerům maximální podporu při vývoji nových produktů. Na to, jakými konkrétními projekty se ústav nyní zabývá, jsme se ptali generálního ředitele Ing. Josefa Kašpara. VZLÚ je národním centrem pro letectví a kosmonautiku se sídlem v pražských Letňanech.

MM: Výzkumný a zkušební letecký ústav se pyšní úctyhodnou historií. Mohl byste ve zkratce našim čtenářům představit, čím si ústav za téměř sto let existence prošel? Jaké byly nejdůležitější milníky a jak ovlivnily současnou podobu a fungování ústavu?

Ing. Kašpar: V meziválečném období probíhal celosvětový letecký boom. Každá země, která chtěla mít ve své armádě letadla, začala zřizovat podpůrné vědecko-technické instituce pro vývoj letadel. V té době vznikl náš předchůdce – Vzduchoplavecký studijní ústav. Od roku 1922 až do 2. světové války bylo v ústavu vyvinuto enormní množství typů letadel, možná největší za celou dobu existence. Další důležitou etapou v historii pak byla 60. léta, kdy ve spolupráci se společností Aero Vodochody byla vyvinutá cvičná vojenská letadla L-29 Delfín a L-39 Albatros. Důležitá byla také spolupráce na vývoji civilního letounu L-410. Ve stejné době se ústav podílel i na vývoji motorů M601, ze kterých dnes vycházejí nové motory společnosti GE Aviation Czech. Po rozpadu sovětského bloku přišlo krizové období. V důsledku privatizace stát přestal vývoj v letectví podporovat. To, že dnes máme v České republice Výzkumný a zkušební letecký ústav, je zásluhou tvrdé práce lidí, kteří to v  těžkých 90. letech nevzdali. Díky jejich úsilí a nadšení pro letectví tu dnes máme instituci, která spolupracuje s firmami, jako je Airbus či Boeing.

MM: Jak jste se k letectví dostal vy? Chtěl jste se letadlům věnovat odjakživa?

Ing. Kašpar: Zlomovým momentem bylo, když jsem poprvé ve třinácti letech viděl film Aféra Concorde, a do letadla jsem se prostě zamiloval. V roce 1987, tou dobou jsem studoval střední průmyslovou školu, vyšel v časopise Letectví a kosmonautika článek k 65. výročí VZLÚ. Text článku mě natolik oslovil, že jsem si vyjednal ve škole propustku a jel jsem do knihovny VZLÚ hledat další informace. To byla má cesta k letectví.

MM: Kdy jste do VZLÚ nastoupil a jak se člověk dopracuje až na generálního ředitele?

Ing. Kašpar: Nastoupil jsem začátkem devadesátých let do útvaru leteckých vrtulí. Tehdy jsme vyvíjeli vrtule pro americkou společnost Hamilton Standard. Přes pozici konstruktéra jsem se dostal k technologii výroby a pak k vývoji vlastních návrhových a obráběcích softwarů. V té době již ústav disponoval unikátním obráběcím strojem na bázi NC soustruhu s frézovací hlavou, ale ještě neexistovaly žádné CAD/CAM systémy. Dokázali jsme obrábět velmi přesně vrtulové listy, jako první jsme také získali oprávnění od Evropské agentury pro bezpečnost letectví (EASA) na jejich projektování a výrobu a okolo roku 2000 jsme byli dokonce jedním z největších producentů leteckých vrtulí v Čechách. Postupným vývojem jsme se dostali k výrobě bezpilotních prostředků z kompozitních materiálů, na kterých jsem ještě spolupracoval. V roce 2005 jsem se stal výkonným ředitelem VZLÚ a v roce 2009 pak generálním ředitelem a následně i předsedou představenstva.

MM: Když jste zmínil zákazníky jako Airbus, Boeing či Hamilton Standard, jak se VZLÚ dostalo k zahraničním zákazníkům s nadnárodní působností?

Ing. Kašpar: Zásadní vliv mělo rozhodnutí tehdejšího managementu navazovat spolupráci s výzkumnými leteckými ústavy celé Evropy. Navázali jsme cenná přátelství a postupně také dohnali jejich úroveň. Dnes jsme ve většině oblastí, troufám si říci, na minimálně stejné úrovni. Oproti západním státům, jejichž hlavní prioritou jsou spíše výpočty a simulace, se my více věnujeme praktickým řešením s přidanou hodnotou pro průmysl. Tyto spolupráce nám přinesly také účast na rámcových programech Evropské unie a postupně jsme se dostávali do konsorcií s firmami, jako je Airbus, Rolls-Royce, Safran apod. Dnes více než čtvrtinu našeho obratu tvoří zahraniční příjmy.

MM: Jaké potřeby leteckého průmyslu jsou dnes hnacími motory aktivit VZLÚ?

Ing. Kašpar: Hlavní aktivity VZLÚ v oblasti letectví mají zhruba tři rozměry: jedním je zlevňování a zefektivnění výrobních procesů obecně. Druhým je vývoj a inovace speciálních vlastností jednotlivých výrobků pro letectví, zejména jejich životnost a hmotnost, a posledním, neméně důležitým rozměrem je neustálý progres ve vzdělávání. Tím, že jsme v kontaktu s ústavy a průmyslem v mezinárodním měřítku, je naše vzdělávání velmi efektivní.

MM: Jaké materiálové a technologické trendy dnes můžeme ve výrobě letadel pozorovat?

Ing. Kašpar: K hlavním trendům v oblasti materiálů patří v posledním desetiletí vývoj kompozitních materiálů. Od návrhu a testování skladby přes technologii až po automatizaci výroby těchto materiálů. V oblasti obrábění leteckých materiálů jsou používány progresivní technologie již řadu desetiletí. Patří mezi ně např. víceosé a vysokorychlostní obrábění, vodní paprsek, chemické výrobní postupy apod. V poslední době dochází k velkému rozmachu aditivních technologií. Využití plastového 3D tisku je záležitostí spíše designérů, kovový 3D tisk dnes již nahrazuje výrobu některých součástí leteckých motorů.

MM: Jaký potenciál pro letectví v aditivních technologiích spatřujete? Investují letecké společnosti do vývoje těchto technologií?

Ing. Kašpar: Investice do těchto technologií jsou velmi vysoké. V letectví našel plastový 3D tisk uplatnění ve výrobě prototypů nových dílů. Pro přípravu nových výrobků ve strojírenství obecně považuji tyto technologie za velmi efektivní nástroj. Ve výrobě leteckých součástí je použití plastových materiálů spíše sekundární záležitostí. V oblasti kovových dílů dnes aditivní technologie nahrazují např. některé odlitky nebo díly složité na obrábění. V případě nahrazování dílů skládajících se z více kusů je potřeba dobře uvážit, do jaké míry je náhrada jedním kusem vhodná z důvodu možnosti provést následné opravy. Je-li díl sestaven z více kusů, je možné při defektu vyměnit pouze poškozenou část. U dílu z jednoho kusu je potřeba vyrobit celý nový díl. Navíc mají kovové výtisky stále určité limity z podstaty způsobu výroby, a proto se v současné době do tzv. primární konstrukce (díly primární konstrukce mají zásadní vliv na bezpečnost letadla) letadel používají spíše výjimečně. Uplatnění ale tyto díly již dnes nacházejí v sekundární konstrukci, tedy v částech, které pokud jsou poškozeny, nezpůsobí havárii letadla.

MM: Disponuje VZLÚ aditivními technologiemi? Provádíte zkoušky aditivně vyrobených dílů? A jak je to s jejich certifikací?

Ing. Kašpar: Aditivně vyrobené díly testujeme. Za to, že díl vyhovuje všem předpisům, ručí organizace, která díly navrhla. VZLÚ poskytuje data, která slouží jako důkaz pro Evropskou agenturu pro bezpečnost letectví, která certifikace vydává. Ve VZLÚ disponujeme 3D tiskárnami na výrobu plastových dílů. V současnosti tuto technologii využíváme k integraci s dalšími materiály, jako jsou např. uhlíková vlákna.

MM: Jakými dalšími technologiemi VZLÚ disponuje?

Ing. Kašpar: VZLÚ se věnuje ověřování leteckých konstrukcí a k tomu využíváme různé typy aerodynamických a únavových testů. V aerodynamickém tunelu může proudit vzduch rychlostí až 3 000 km.hod-1, tunely využíváme také pro testování větrných turbín nebo třeba automobilů. Disponujeme rovněž zařízeními testujícími únavové vlastnosti materiálů – sem patří zkoušky tlakem, tahem, multiaxiální zkoušky nebo třeba testování životnosti celých draků letadel. Mezi zajímavosti patří například zkoušky odolnosti letadel při srážce s různými předměty, kdy jsou letecké konstrukce ostřelovány projektily různých tvarů, mimo jiné váhově normovanými ptáky nebo kroupami. Testovali jsme také části vlaků při srážce s předmětem padajícím např. z mostu, pod kterým vlak projíždí, nebo vlastnosti rotoru ventilátoru, na který spadne kus betonu z chladicí věže. Často se jedná o ojedinělé zkoušky, na které sestavujeme speciální zařízení.

MM: Únavové zkoušky se používají také k ověřování životnosti povrchové úpravy materiálů. Legislativa již před léty omezila používání šestimocného chromu – letecký průmysl však dostal výjimku. Jak dlouho bude výjimka ještě platit? Byla nalezena adekvátní náhrada?

Ing. Kašpar: Výjimka platí ještě do příštího roku. Již delší dobu se však intenzivně vyjednává o jejím prodloužení, neboť se žádnému výzkumnému týmu nepodařilo nalézt řešení, které by alespoň z 95 % plnilo funkci původního šestimocného chromu, tak aby bylo možné novou technologii sériově nasadit. Vynalezena byla řada potenciálních technologií, ale jelikož je v letectví bezpečnost na prvním místě, certifikace potenciálních řešení je velmi finančně nákladná a časově náročná.

MM: Jakým dalším ekologickým omezením letecký průmysl musí ještě čelit?

Ing. Kašpar: Mezi ty nejvážnější patří omezování používání šestimocného chromu a kadmia. Dále legislativa omezuje skleníkové plyny CO2 a NOx. Hlavní snahou je uchránit obyvatelstvo před negativními vlivy dopravy. Cíle, které si v těchto oblastech klade letectví, jsou ambicióznější než cíle v jiných průmyslových oblastech. Přitom je potřeba říci, že letectví se podílí na celkovém znečištění CO2 a NOx méně než deseti procenty. Do roku 2050 plánuje letecký průmysl snížit CO2 o 75 %, NOx o 65 % a hluk o 65 % oproti současnému stavu. Splnění těchto cílů bude ještě oříšek, neboť současné znalosti zatím nejsou na tak vyspělé úrovni. Zajímavé je pozorovat vývoj elektromotorů v souvislosti se snižováním skleníkových plynů, často se totiž dá o velikosti konečné uhlíkové stopy polemizovat. Na co bych ale chtěl poukázat, je, že používání elektromotorů s sebou zejména v letectví nese velká rizika. Nenadálý zkrat např. při průletu energetickým mrakem by mohl mít fatální důsledky. Podle mého názoru se bude vývoj v této oblasti ubírat cestou hybridních pohonů, kdy budou spalovací motory ještě dlouho plnit bezpečnostní funkci na palubě letadla. V dnešní době se ale už letadla s elektrickými pohony testují. Malá sportovní letadla je již dokonce používají. Hlavní proud vývoje u velkých letadel se zatím ubírá cestou většího počtu malých elektromotorů umístěných na náběžné hraně křídla. Dalším zajímavým směrem v oblasti použití elektromotorů je vývoj pro tzv. urban air transport, což jsou stroje, které se podobají dnešním dronům a jsou schopny přepravovat dva až čtyři pasažéry.

MM: Jaké jsou tedy aktuálně běžící výzkumné projekty nyní ve VZLÚ?

Ing. Kašpar: Řádově jich běží kolem dvaceti ročně z nejrůznějších oblastí. Nevěnujeme se pouze letectví, ale děláme projekty zaměřené také např. na energetiku, kde se podílíme na vývoji nových vícestupňových turbín ve spolupráci se společností Doosan Škoda Power. Dále umíme například modelovat účinnost parků větrných elektráren včetně umístění a orientace jednotlivých turbín. Zabýváme se také jejich účinností a návratností v návaznosti na použité materiály a další faktory. Pro hasičský záchranný sbor nyní vyvíjíme software, který při chemické katastrofě dokáže na základě geografických dat a aktuální meteorologické situace určit, kam se bude chemikálie šířit. Momentálně se podílíme na nových generacích dvou nejvýznamnějších českých letadel – cvičného proudového letounu L-39NG ve spolupráci s Aero Vodochody Aerospace a devatenáctimístného dopravního letadla L-410NG s Aircraft Industries (dříve Let Kunovice).

MM: Dalším z pilířů v oblasti vývoje a výzkumu VZLÚ je kosmonautika. Můžete zmínit nějaký zajímavý projekt?

Ing. Kašpar: Nedávno oslavil náš satelit VZLUSAT-1 pět set dní na orbitě (standardní délka výdrže těchto nanosatelitů je cca 300 dní), satelit byl koncipován jako technologická testovací platforma pro průmyslové a vědecké experimenty. Naši partneři tak mají jedinečnou šanci otestovat funkčnost svých zařízení ve vesmíru. Nyní budeme na projekt navazovat satelitem podobné koncepce, na kterém budou testována další zařízení. Projekt nám také pomůže posunout naše schopnosti na poli konstrukce družic o pořádný kus dále. To hlavní, na čem se však nyní podílíme ve spolupráci se společností SpaceLab EU, je vývoj iontového motoru, který je založen na principu airbreathing. Motor je konstruován pro velmi nízké orbity, kde je možné využít vzduch ze zbytkové atmosféry, který je v motoru ionizován, což zaručuje pohyb družice. Oproti jiným pohonům, které se dnes na satelitech používají, tento nepotřebuje palivo. Nyní probíhají experimenty na zemi, fyzikální a matematické modelování, které zatím vykazuje dobré výsledky. S iontovým motorem by bylo možné nekonečně prodloužit životnost satelitů na nízké oběžné dráze. Jediným omezením by pak byla životnost samotné družice.

MM: Letectví a kosmonautika jsou takové lákavé obory. Jak se potýkáte s celosvětovým problémem nedostatku inženýrů?

Ing. Kašpar: Tím, že se zabýváme právě letectvím a kosmonautikou, tak se nám celkem daří sehnat správné zaměstnance. Nabízíme zajímavý obor, jsme dlouhodobě stabilní společnost – vlastníme již několik let v řadě známku Czech Stability Award AAA, jsme zapsaní v mezinárodních kruzích a lidé, kteří u nás pracují na pozici vědeckých a výzkumných pracovníků, mají možnost cestovat a podílet se na společných zahraničních projektech. To řadu lidí motivuje. Práce je kreativní a kombinuje výzkum s průmyslovou praxí. Pro řadu lidí je přitažlivé podílet se na vesmírných projektech, které dříve v našich zeměpisných šířkách patřily spíše do říše science fiction.

MM: Neodpustím si otázku, když je řeč o science fiction. Myslíte si, že budou lidé v budoucnu létat do vesmíru?

Ing. Kašpar: Stoprocentně ano. První člověk ne-kosmonaut podle mě vyletí do vesmíru již v příštím roce. Podle toho, jak to dopadne, buď cestování do vesmíru na čas utichne, anebo to spustí lavinu. Nemyslím si, že hnacím motorem je pouze touha dotknout se hvězd, ale je za tím schovaný také velký potenciální byznys.

MM: Děkuji za rozhovor a přeji vám ještě mnoho úspěšných projektů.

Eva Buzková

eva.buzkova@mmspektrum.com