Nové technologie v leteckém průmyslu

MM: Co je nyní náplní výrobního programu vaší společnosti, pro které trhy a pro jaké zákazníky svoje motory vyrábíte?

M. Šlapák: Naši produkci lze rozdělit na dvě oblasti. Do první kategorie patří motory, které jsou v sériové výrobě a jsou plně certifikované, ať už agenturou EU pro bezpečnost letectví EASA, nebo americkou federální leteckou správou FAA. Jde o motory série H, které jsme certifikovali v prosinci roku 2011, tři roky po akvizici společnosti Walter. Tyto motory vývojově navazují na motor M601, který vyvinula a dlouhodobě vyráběla firma Walter. V případě těchto motorů zároveň provádíme údržbu, opravy a generální opravy.

Hlavním odběratelem motorů série H je česká společnost Aicraft Industries Kunovice, která je montuje do svého letounu L410 a jeho modernizované verze L410 NG. Typickým zákazníkem jsou malé letecké společnosti, které přepravují pasažéry, hlavním trhem pro Aicraft Industries je stále ještě Rusko a další bývalé země Sovětského svazu. Pro modernější verzi L410 NG, která má delší dolet, vyšší výkon motorů a nižší spotřebu, se otevírají zajímavé nové příležitosti v zemích, jako jsou Filipíny nebo jihoamerické státy. Speciálně upravená verze L410 NG byla velmi pozitivně přijata polskou pobřežní stráží, což vzbudilo zájem dalších členů NATO.

Druhou oblastí naší produkce jsou motory, jež jsou ve vývoji (NPI – New Product Introduction). Tyto motory vyvíjíme a certifikujeme pro konkrétní zákazníky. Ve finální fázi certifikace je náš akrobatický motor série H pro tréninkové aplikace – pro jednomotorová turbovrtulová letadla sloužící pro výcvik pilotů, kteří potřebují dovednosti akrobatů. Z nich se většinou rekrutují budoucí vojenští piloti.

Naším nejdůležitějším vývojovým programem je motor GE Catalyst, který vyvíjíme, vyrábíme a testujeme tady v Praze pro firmu Textron Aviation, konkrétně pro její jednomotorový letoun Cessna Denali. Prototypů motoru Catalyst teď vyrábíme jednotky kusů ročně, ale na konci letošního roku budeme spouštět předsériovou výrobu v počtu desítek kusů ročně. Motor Catalyst rozšíří okruh našich potenciálních zákazníků o tzv. korporátní letectví. V tomto oboru je dominantním trhem Severní Amerika, kde mají firmy vedle služebních automobilů i flotily služebních letounů. Dalším zajímavým segmentem jsou privátní a charterové lety. Díky tomu, že motor Catalyst má až o 20 % nižší spotřebu paliva a navíc je kompletně řízen digitálně, nabízejí se možnosti jeho využití také v oblasti bezpilotních letounů.

MM: Motor vyrábíte tady v pražských Letňanech, ale odkud pocházejí jednotlivé díly?

M. Šlapák: Dodavatelský řetězec je globální, protože ne všechny technologie jsou k dispozici zde v České republice. Některé díly tedy dovážíme ze zahraničí. Například jde o plně digitální elektronickou řídicí jednotku motoru (tzv. FADEC), kterou u nás nikdo nedokáže vyvinout pro takto komplexní motor nové generace. Dalším příkladem technologie, která u nás není dostupná na potřebné úrovni, je výroba lopatek generátoru chlazených vzduchem. Jinak však platí, že naši dodavatelé jsou z evropských států. Od začátku jsme chtěli, aby vývojové týmy, výroba prototypů i plánovaná sériová výroba motoru Catalyst byly „made in EU“, aby tedy výsledný produkt byl evropský a nabyl zatížen žádnými exportními licencemi. To je obrovská výhoda tohoto motoru, protože díky tomu s ním můžeme komerčně nakládat bez licenčních omezení.

MM: Jak při výrobě využíváte aditivní technologie? Uplatňují se hlavně při vývoji, nebo roste jejich podíl i v sériové výrobě, případně je lze využít i při generálních opravách motorů?

M. Šlapák: 3D tisk nám významně pomáhá už při vývoji motorů. V případě motoru Catalyst tuto technologii využíváme nejintenzivněji. Už ve fázi koncepčního návrhu jsme měli díky 3D tisku k dispozici plastové modely jednotlivých komponentů a tyto modely jsme zkoušeli ve výrobě. Inženýři měli okamžitou zpětnou vazbu a mohli díly navrhovat i s ohledem na optimalizaci výroby a servisu a také s ohledem na umístění senzorů uvnitř motoru a na vedení potřebných kabelů. Díky využití 3D tisku se nám podařilo vývoj výrazně urychlit. 3D tisk nám následně umožnil zkrátit i výrobu funkčního prototypu motoru.

Tuto technologii využijeme i v sériové výrobě. Motor Catalyst obsahuje 12 dílů vyrobených technologií 3D tisku a těchto 12 dílů nahradí 855 dílů, které bychom museli použít v případě tradiční výroby. Zároveň se nám tím podařilo snížit hmotnost motoru o 30 liber. Největší výhodou však je zjednodušení dodavatelského řetězce: Je velký rozdíl, jestli objednáváte, naskladňujete, kontrolujete, evidujete a platíte 12 dílů, nebo 855 dílů.

3D tisk se však dá využít i v opravárenství. Díky této technologii jsme schopni doplněním chybějícího materiálu opravit i takové díly, které bychom jinak museli nahradit dílem novým. To představuje nejen úsporu času a nákladů, ale také to šetří energii a přírodní zdroje.

MM: Jsou díly vyrobené pomocí 3D tisku dostatečně otestované, aby mohly být certifikovány pro sériovou výrobu?

M. Šlapák: Certifikace je velká výzva – jde o novou technologii a my jsme ti, kdo prošlapává cestu. Letectví je v tomto ohledu extrémně náročné odvětví. V plánu je certifikace celého motoru Catalyst na konci letošního roku. Intenzivně spolupracujeme s příslušnými autoritami EASA a FAA a ukazujeme jim, jak ty díly vznikají, jak je testujeme a ověřujeme jejich životnost. Zároveň s vývojem technologií jsme vyvíjeli i odpovídající defektoskopické a diagnostické metody, následný tzv. výrobní post-procesing, kdy povrch vytištěných dílů dostává finální tvar, a rovněž se zabýváme vývojem materiálů. Pro veškeré materiály, z nichž jednotlivé díly pomocí 3D tisku vznikají, jsme museli nově vytvořit materiálové křivky, které popisují chování těchto materiálů v různých podmínkách a při různém namáhání. Právě ve vývoji materiálů a zmíněných diagnostických metod je naše obrovské know-how. V tomto směru odvádí spoustu práce divize GE Additive, do níž jsme prostřednictvím akvizic začlenili švédskou společnost Arcam a německou společnost Concept Laser. Tyto firmy jsou špičkami ve svém oboru.

MM: Celý svět se snaží o udržitelný rozvoj a o zmenšování uhlíkové stopy. Co v této oblasti podniká letecký průmysl a jaký je výhled do příštích let?

M. Šlapák: Téma udržitelnosti je velice široké. Kromě zvyšování účinnosti motorů, zlepšování poměru výkonu k jejich hmotnosti a snižování spotřeby jde i o využití alternativních paliv, jako jsou syntetická paliva nebo vodík. Stranou našeho zájmu nezůstává ani elektrifikace. Nejde však jen o řešení pohonu letadel. Obrovských úspor lze dosáhnout optimalizací leteckého provozu jako takového. Jestliže se podaří omezit zbytečné pojezdy letadel na letištích a jejich čekání ve frontách na start či na přistání, ušetří se spousta paliva a významně ubude emisí. Stejně tak lze optimalizovat jednotlivé lety, například s ohledem na aktuální počasí. K tomu slouží výkonné počítače a analytické systémy, které zpracovávají ohromné množství dostupných dat, tzv. „big data“. Letecké společnosti i letiště se těmito optimalizačními projekty zabývají a spolupracuje s nimi i společnost GE.

Co se týče nových druhů paliva, komerční letectví směřuje k využívání tzv. udržitelného paliva (SAF – sustainable aviation fuel), vyrobeného z odpadních olejů a tuků. Jeho využitím lze snížit celkové emise CO₂ až o 90 %. Zatím je SAF příliš drahý a není ho k dispozici dostatek, ale to se časem změní. My ve spolupráci se Strojní fakultou ČVUT v Praze toto palivo testujeme na našem motoru Catalyst, abychom zjistili, jak se chová ve srovnání s běžným leteckým palivem.

Poněkud vzdálenější budoucnost patří pravděpodobně vodíku. V tomto případě je však nutno vyřešit nejen infrastrukturu pro distribuci paliva, ale také systémy spalování v motorech a především uchovávání vodíku v nádržích letadla. Vodík v nádrži totiž musí být stlačený, tlakové nádoby jsou velice těžké, a navíc se jejich obsah musí chladit na velmi nízkou teplotu, což je energeticky náročné. Vyřešeno není ani zabezpečení tlakových nádrží, budou-li cyklicky namáhány při opakovaných startech a přistáních letadla, ani jejich životnost. Pokusy s vodíkem už probíhají, ale k běžnému leteckému provozu má toto palivo ještě daleko.

MM: A jak to vypadá s elektrickým pohonem?

M. Šlapák: Tento cíl je naopak poměrně blízko, alespoň v případě malých, tedy dvoumístných nebo čtyřmístných letadel typu aerotaxi. Pro individuální přepravu do center velkých měst, kde je přehuštěná pozemní doprava a kde se klade velký důraz na kvalitu ovzduší, je plně elektrický pohon ideální. Technologie potřebné pro krátké lety již existují a vývoj v této oblasti směřuje dokonce k autonomním prostředkům.

V segmentu malého a středního letectví, kde se pohybujeme my, vývoj směřuje spíše k hybridním systémům: Klasická turbína nebude roztáčet vrtuli, ale elektrický generátor a vrtule budou poháněny malými elektromotory. Zajímavá výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že velký a těžký motor lze schovat do trupu letadla, snížit tím odpor vzduchu a optimalizovat vyvážení letadla. Nasazení této technologie do praxe očekáváme do deseti let.

MM: V souvislosti s vývojem informačních technologií se často hovoří o digitálních dvojčatech. Projevuje se tento trend i ve vašem oboru? Využíváte například digitální dvojčata motorů?

M. Šlapák: Ano, vývoj k digitálním dvojčatům směřuje, zdaleka však nejsme u cíle. My máme perfektně zvládnuté digitální modely každého vyrobeného motoru, jeho chování a závislostí mezi jednotlivými moduly motoru. Nyní pracujeme na tom, abychom vyvinuli analytickou část a dovedli ji k dokonalosti. Sběr dat z motorů je relativně jednoduchý, ale složitějším úkolem je v obrovském množství dat najít závislosti, na jejichž základě bychom dokázali předpovědět chování motoru a vznik možných problémů. To je úkol pro umělou inteligenci zajišťující analytickou část. Cílem je to, aby nám model na základě analýzy dat včas řekl, který díl konkrétního motoru je třeba opravit nebo vyměnit a do jakého nejzazšího termínu to musíme udělat, aby nedošlo k poruše.

MM: Jak se ve vašem oboru – a speciálně ve vaší firmě – projevila koronavirová krize?

M. Šlapák: V období lockdownů došlo k výraznému propadu hromadné letecké dopravy, v našem segmentu malého a středního letectví jsme však díky tomu zaznamenali zvýšenou poptávku. Výrobu jsme tedy zachovali po celou dobu pandemie. Šlo spíš o to, jak překlenout období, kdy v letectví byl celosvětově nedostatek peněz, a jak v pandemické situaci udržet firmu v provozu a ochránit její zaměstnance. Obojí jsme dokázali díky velikosti globální korporace, která dokázala včas vyhodnotit data z celého světa, odhadnout vývoj a přijmout odpovídající opatření. Byli jsme vždy o několik kroků před vládou a vyplatilo se nám to. Z pohledu ekonomiky jsme museli včas pozastavit nebo zrušit všechny zbytné projekty, abychom udrželi v chodu ty nejdůležitější, což je v našem případě výroba motorů řady H, vývoj akrobatického motoru a vývoj motoru Catalyst. To se nám podařilo, a v důsledku toho šlo o ozdravný proces.