Všichni se shodují na tom, že by letecké motory měly být „zelenější.“ Dočkáme se revolučního pohonného systému nebo se i v budoucnu bude létat se starými tryskovými motory na paliva z obnovitelných zdrojů? Tryskové motory s plynovou turbínou slouží leteckému průmyslu téměř beze změn již déle než padesát let. Letecký průmysl se dnes potýká nejen s přísnějšími regulacemi ohledně znečišťování životního prostředí emisemi i hlukem, ale i s rostoucími cenami paliva, a proto se klade stále větší důraz na urychlení technologického vývoje. Kam tento vývoj směřuje?
Emise z leteckého průmyslu tvoří asi dvě procenta celkových emisí CO2 z fosilních paliv. S poptávkou po letecké dopravě stoupají i emise. Letecký průmysl se v posledních letech dostal pod palbu kritiků kvůli neúměrnému množství uhlíkových emisí, které vytváří. Očekává se, že do roku 2020 se emise oxidu dusnatého (NOx) ze spalování paliva v tryskových motorech, který způsobuje kyselé deště, smog a stojí společnost miliardy dolarů ročně na výdajích na nemoci a úmrtí, zdvojnásobí.
V krátkodobém výhledu se odborníci shodují na tom, že vývoj čistších a účinnějších leteckých motorů se bude odehrávat spíše v malých krůčcích než v revolučních skocích. Vývoj na univerzitách, ve výzkumných střediscích a u výrobců motorů přináší nové, ale drobné návrhy úprav motorů, které přispívají ke snížení spotřeby paliva. Jedním z příkladů je projekt PANACEA, který probíhá pod vedením firmy Rolls-Royce, a na kterém se podílí jako hlavní partner společnost Sandvik Coromant. Mezitím konkurenční výrobce leteckých motorů GE Aviation nedávno oznámil, že připravuje nový pohonný systém pro obchodní trysková letadla, který vychází z vojenských a civilních technologií.
Jeho motory Passport, které jsou dosud ve fázi vývoje a jejichž provozní testy lze očekávat v roce 2013, se vyznačují vyšší hodnotou stlačeného vzduchu a kompresorem vyrobeným z nového, zatím nejmenovaného, materiálu. Podle GE budou mít tyto motory o osm procent nižší spotřebu a výrazně nižší emise NOx. Tyto malé krůčky jsou rozhodně vítaným zlepšením v omezení negativního dopadu letecké přepravy na životní prostředí, ale podniknout zásadní změnu v této oblasti nebude jednoduché.
„Před námi stojí několik překážek,” vysvětluje Tomas Grönstedt, docent na katedře aplikované mechaniky na Chalmersově univerzitě ve švédském Göteborgu. „Jsou to jednak problémy, které vznikají při zvyšování tlaku v motoru a snižování teploty chlazeného vzduchu, jednak omezení, která přináší vývoj nových materiálů, ale také negativní vliv hmotnosti a odporu motorů s otevřeným rotorem (tj. motory s ultravysokým obtokovým poměrem stlačeného vzduchu).
Čtěte také: Letecká doprava a životní prostředí
Mezi možná střednědobá řešení, která jsou v současné době ve fázi vývoje, patří motor s mezichladičem, motor s mezichladičem rekuperovaného vzduchu a motor s otevřeným rotorem. „Pokud se je podaří zkonstruovat, budou motory s mezichladičem rekuperovaného vzduchu a motory s mezichladičem uvedeny do provozu nejdříve po roce 2020,” dodává Grönstedt.
Motor s pulzním spalováním, který se vyznačuje možností radikálního zvýšení využití tepelné účinnosti, patří mezi další zajímavé technologie pohonných systémů. Avšak podle Grönstedta je třeba vyřešit několik zásadních problémů. „Musí se vyřešit, například, chlazení turbíny při přerušovaném spalování,” vysvětluje. Takové technologie by sice byly velkým skokem vpřed, ale pořád se jedná o varianty dnešních proudových motorů. „Existuje několik projektů, které by se měly materializovat kolem roku 2050, ale neočekávejme žádnou opravdu revoluční změnu,” pokračuje Grönstedt a vysvětluje, že předností plynových turbín je stále jejich obrovská hustota výkonu.
„Jsou schopny při i při velmi nízké hmotnosti vyprodukovat obrovský tah, a to nelze snadno překonat. Je dost dobře možné, že je budeme používat i v roce 2200. Možná není nutné stávající motor nahrazovat.
„Letectví může být ještě zelenější, zlepšíme-li využití energie a začneme-li naplno využívat biopaliva,” říká Grönstedt. „Dostatečným zdrojem biopaliva by se mohly stát mořské řasy, které by navíc nekonkurovaly zemědělské produkci potravin. Letectví patří k velmi konzervativním oborům. Velký důraz je kladen na dlouhodobou spolehlivost používaných zařízení a vyžaduje se pečlivé ověřování nově zaváděných technologií.
Výjimkou nebylo ani zavádění prediktivních metod, tj. plánování oprav podle skutečného stavu stroje. Zatímco v průmyslu se objevily nové trendy už v průběhu osmdesátých let minulého století, pro oblast letecké techniky byla ještě dlouho základní metodou údržba podle časového plánu. Ta má však dvě základní nevýhody - není příliš ekonomická (vyměňují se i díly objektivně dosud neopotřebené) a není úplně bezpečná (neumožňuje reagovat na dynamické příčiny poruch rychle se rozvíjejících v čase).
Čtěte také: Klimatické změny a letectví
Výrobci letadel reagovali postupným doplňováním časového plánu měřicími metodami ověřujícími skutečný stav pevných částí stroje, jako je např. zjišťování poruch a deformací pevnostních dílů draku. Opotřebení pohonné jednotky je však poněkud odlišné. Daleko častěji zde působí jevy, které nelze statisticky předpokládat, např. vlivy materiálové změny při přetížení, krátkodobé překročení výkonových parametrů, nečekané rázy při přistávání, abraze motorových částí poletujícím pískem nebo i takové zdánlivě okrajové jevy jako střetnutí s letícím ptákem.
Také mezi výrobci motorů se rozpoutal tvrdý konkurenční boj - počet letových hodin mezi dvěma generálními opravami se stal klíčovým kvalitativním parametrem a mnozí výrobci začali nabízet jeho zvýšení při podmínce současné aplikace trvalé kontroly stavu motoru měřením. Cílem měření vibrací je sledování změny technického stavu stroje - neočekávaných či neobvyklých stavů, které mohou s určitou pravděpodobností nastat. Prostor pro modernizaci spočívá ve využití vyšších složek spektra mechanického kmitání. Páteří měřicích a kontrolních systémů letounu jsou tak často zařízení konstrukčně vyvinutá v době jeho vývoje, a to může být před třiceti a více lety. Technicky i morálně zastaralé systémy kontroly a diagnostiky přinášejí zásadní omezení v možnosti aplikace prediktivních metod.
Modernizace systémů měření a diagnostiky nalézáme od konce osmdesátých let, také u výrobců a provozovatelů vrtulníků.
Dva základní směry jsou označovány jako:
V roce 2010 zahájila akciová společnost AURA ve spolupráci s LOM Praha s. p. a Ústavem termomechaniky AV vývoj zařízení a metodik určených pro pohonnou jednotku vrtulníků řady Mi. Jde o program s aplikačním výstupem omezující se na měření vibrací a akustické emise motoru a převodovky. Projekt je ve fázi letového ověřování prototypu a již v roce 2013 by se nová zařízení měla aktivně využívat.
Čtěte také: O emisích leteckých bomb
Firma Rolls Royce a její partner v testovacím programu easyJet, se snaží prokázat, že vodík může bezpečně a efektivně dodávat energii pro civilní letecké motory. Společnost Rolls a její partner v testovacím programu easyJet, se snaží prokázat, že vodík může bezpečně a efektivně dodávat energii pro civilní letecké motory. Nasazení tohoto pohonu je však stále v relativně daleké budoucnosti. Zatím bylo „pouze” experimentálně prokázáno, že proudový motor na vodík lze nastartovat a provozovat při nízkých otáčkách.
Pro reálné nasazení vodíkového pohonu je třeba vyřešit mnoho technických výzev. Jednou z nich je například problém, že vodík v kapalné podobě zabírá zhruba 4x více místa, než odpovídající množství kerosinu a musí být podchlazen na -253 stupňů Celsia, aby byl použitelný. „Z pohledu letadla je to velká změna,“ říká Alan Newby ze společnosti Rolls-Royce. „Budou muset mít nádrž s vodíkem. Musíte ho udržovat při velmi, velmi nízké teplotě. Rolls-Royce v rámci vývoje uzavřel partnerství s leteckou firmou EasyJet.
Jde o první proudový motor na vodíkový pohon na světě a v testu byl použit tzv. „zelený vodík“. Společnost easyJet se udržitelností letecké dopravy zaobírá dlouhodobě. Na svém webu uvádí následující vizi: Společně se společností Rolls-Royce jsme průkopníky ve vývoji technologie vodíkových spalovacích motorů, které by v budoucnu mohly pohánět i letadla velikosti easyJet. Vodík má nulové emise oxidu uhličitého a potenciál výrazně snížit i jiné než CO2 dopady letecké dopravy. Rolls Royce není jen výrobce luxusních automobilů, ale několik desetiletí se věnuje i výrobě proudových motorů pro komerční letectví.
A jelikož i tato značka si je vědoma, že existuje něco jako vodík a elektřina, začal se Rolls-Royce zaměřovat na vývoj prvního proudového motoru na vodíkový pohon. Ten nese označení AE 2100-A a před pár dny byl dokončen jeho první prototyp.
I když vodík stále nedosahuje energetické hustoty leteckého petroleje, má mnohem větší výkon než baterie a při spalování neprodukuje žádné emise. Aby jej ovšem mohla letadla využívat, je nutné přepracovat celý jejich systém pohonu. Na vývoji vodíkového proudového motoru proto v současnosti pracuje hned několik společností. Technických výzev je však mnohem více. Ač je energetická hustota kapalného vodíku výrazně lepší než u baterií, letadlo ho na překonání stejné vzdálenosti potřebuje oproti běžnému leteckému palivu téměř čtyřikrát tolik. Kapalný vodík musí být navíc ochlazen na −253 stupňů Celsia a udržován pod tlakem. Navzdory uvedeným překážkám je vedení easyJetu přesvědčeno, že právě toto palivo představuje pro dekarbonizaci letectví nejrealističtější možnost ze všech dostupných.
Rolls Royce a další výrobci, jako je Airbus, General Electric a CFM International, se proto začali věnovat hledání nových zdrojů paliva, kterými lze nahradit v současnosti používané palivo a snížit emise. Firma General Electric vyvíjí kompozitní lopatky pro novou generaci proudových motorů GE9X. Místo titanu nebo jiných kovových slitin testuje kompozitní materiály. Motor GE9X je tak navrhován s menším počtem kompozitních lopatek o menší tloušťce.
„Vývoj kompozitních materiálů z uhlíkových vláken za posledních deset let pokročil. Pokrok nám umožňuje navrhovat tenčí lopatky, které jsou stejně pevné, jako naše současné kompozitní lopatky dmychadla,“ říká Tod David, hlavní konstruktér kompozitních lopatek pro motor GE9X.
Například současný Boeing 777-300ER při standardním obsazení (365 cestujících) spotřebuje při letu dlouhém 3000 námořních mil (New York - Londýn) 121,2 kg paliva na každé sedadlo. Pro celý let New York - Londýn si tak letoun řekne o 44,5 tun paliva. Úspora 5 % u motorů GE9X nezní na první poslech nijak ohromně. Při přibližné ceně dolar za 1 kg leteckého paliva (nyní 2,82 dolarů/galon), ušetří Boeing-777X na trase New York - Londýn okolo 2250 dolarů (48 350 Kč). Bonusem jsou dále nižší náklady za logistiku (čerpání a doprava paliva) a také nižší emise škodlivých látek do ovzduší.
Proudový motor je na první pohled velmi jednoduchý mechanický stroj. Na centrální hřídeli jsou usazeny lopatky stlačující vzduch do spalovací komory, kde je vstřikováno palivo. Spaliny vycházející z motoru pak působí silou opačným směrem na motor, který tím ženou vpřed. Ve skutečnosti však stojí za konstrukci proudových motorů nesmírně komplikované matematické výpočty. Lopatky proudových motorů musí odolávat obrovským tlakům, teplotám a korozivním plynům. Návrh, výroba a testy lopatek nejsou rozhodně snadnou záležitostí. Lopatky se například vyrábějí z drahého titanu, jehož strojní opracování je však nesmírně náročné.
První proudový motor, neboli turbojet, zkonstruovali Němci v roce 1939. Stlačený vzduch vstupuje do spalovací komory, kde se smísí s parafínem a zapálí. Když plyny opouštějí kompresor, pohánějí turbínu umístěnou na stejné ose jako kompresor. Třetí Newtonův zákon je základem fungování proudových motorů. Když letadlo při vysoké rychlosti vyvrhuje plyny dozadu, působí na ně reakční síla (tah), která pohání letadlo vpřed. Vzduch v reakci na to působí opačnou silou směrem vzhůru, tzv.
Ve 30. letech 20. století oživily zájem o tryskový pohon práce Rumuna Henriho Coanda a Francouze Maxima Guillauma. V roce 1937 Whittle navrhl inovativní proudový motor: místo pístového motoru, který stlačuje vzduch, instaloval za ním turbínu, která využívá energii výfukových plynů k pohonu kompresoru. Téměř současně vyvinul Němec Hans von Ohain podobný motor pro společnost Heinkel. V roce 1939 se Heinkel He-178 stal prvním proudovým letadlem na světě.
Druhá světová válka urychlila technologický pokrok. Německo a Velká Británie se předháněly ve výkonech, zatímco Spojené státy a SSSR je po roce 1945 rychle doháněly. V 50. letech 20. století. šedesátých letech 20. století. paliv vedly k výraznému nárůstu emisí škodlivých látek do ovzduší. znečištění ovzduší. Británii (Clean Air Acts). regulaci emisí z průmyslu i automobilů.
PBS Velká Bíteš (PBS) je česká strojírenská společnost, jejíž historie se začala psát už před 200 lety. Svým zákazníkům z oblasti leteckého průmyslu z celého světa dodala přes 14 000 kusů zařízení a řadí se tak k uznávaným výrobcům leteckých proudových motorů. Prvotřídní kvalitu a spolehlivost výrobků odráží i skutečnost, že proudové motory PBS byly instalovány ve více než 1 300 aplikacích. Jedinou možností, jak uspět na trhu mezi širokou konkurencí, je prověřená kvalita produktů a také dlouhodobý a kontinuální vývoj nových technologií.
PBS TJ100P je bezolejovou verzí nejúspěšnějšího a celosvětově uznávaného proudového motoru z dílny společnosti - PBS TJ100. Oproti své původní verzi je výhodou motoru PBS TJ100P také jeho menší hmotnost. S tím se pojí i nižší pořizovací náklady, což jistě potěší hlavně zák...
O lidské posedlosti rychlostí a pohybem nelze hovořit, aniž bychom zmínili létání a letecký průmysl. Čeká nás velký úklid nebe?Letecký průmysl si za cíl stanovil dosažení nulových emisí uhlíku do roku 2050. Pro jeho dosažení je nutné hledat udržitelná letecká paliva (SAF). Podle International Air Transport Association (IATA, Mezinárodní asociace leteckých dopravců) by používáním SAF, například odpadních olejů a tuků, bylo možné snížit letecké emise až o 80 %. Kdo by to byl řekl! Létat na oleji ze smažených hranolek - věřili byste tomu? SAF lze vyrábět z celé řady ekologických zdrojů zahrnujících zemědělský odpad a uhlík získávaný přímo ze vzduchu.
Jedinou překážkou jeho zavedení jsou vysoké výrobní náklady a nízká dostupnost SAF.Jaké máme další možnosti? V našem podcastu DesignSpark jsme si povídali se zástupci společnosti Cranfield Aerospace Solutions, která se zabývá přestavbou pohonů letadel z fosilních paliv na technologie využívající vodíkových palivových článků.
Tato technologie generuje nulové emise CO² a oproti klasickému leteckému palivu je levnější a nabízí desetinásobně nižší hustotu energie v akumulátorech. V podstatě vyrábí první plně certifikované letadlo na vodíkový pohon s nulovými emisemi CO².Při poslechu podcastu se dozvíte také o projektu „Fresson“, o dokončení fáze návrhu předváděcího letadla, které nyní prochází testováním a vstupuje do fáze výroby.
Dozvíte se více o výzvách, které musí tento rozměrný systém překonávat při montáži do letadla. Vodíkové pohony totiž vyžadují spoustu prostoru. Ačkoli se jedná o nejlehčí známý chemický prvek, jeho skladování paradoxně vyžaduje velké množství těžkého materiálu, jelikož má, jako jakýkoli jiný plyn, značnou tendenci unikat. Výsledky, kterých dosáhli, jsou neuvěřitelné a unikátní. Vodíkový palivový článek (HFC) se jim podařilo vměstnat do prostoru odpovídajícího 110 % původního motoru, který byl nahrazen. Vyrobili tak rozměrově nejúspornější HFC systém na této planetě. Na tento výsledek mohou být právem pyšní.
Dále hovoří o budoucnosti, o škálovatelnosti jejich modelu, o výzvách, které přináší, a o radosti z úspěšného vytvoření prvního certifikovaného systému s potenciálem generovat zisk a nabízet nové služby osobní i nákladní letecké dopravy s vodíkovým pohonem. Tohle nesmíte zmeškat, mluvíme tady o 3. revoluci v letectví.
Ne všechny škodlivé látky, které je nutné řešit, jsou neviditelné emise. Člověk má na svědomí také to, že na pozadí technologií vytváří nové problémy vyžadující úklid.
U vesmírného odpadu nebo smetí je tento problém ještě závažnější. Zvládneme vyčistit 8 000 tun odpadu z naší oběžné dráhy? O jaký materiál se jedná? V podstatě o jakékoli produkty lidské činnosti, které již nedokážeme nadále kontrolovat. Velikostně se může jednat o nefunkční satelit s hmotností 4,5 tuny, přes šroubovák upuštěný během opravy vesmírné stanice až po zmrzlou moč! To je vážně nebezpečné. Při pohybu rychlostí 7 km za sekundu (což by odpovídalo jízdě z Marseille do Paříže za méně než minutu) mohou tyto předměty způsobit explozi nebo silný náraz.
Možná se ptáte - je to opravdu tak moc závažný problém? Vždyť je to vysoko, nestojí nám to nijak v cestě.
To je chybná úvaha. Předměty na oběžné dráze mohou ohrozit naše technické zázemí a konektivitu. Ať už při navigaci našeho vozidla, při sledování televize nebo používání mobilních telefonů potřebujeme využívat satelity.
Největší podíl našich emisí uhlíku pochází ze spotřeby leteckého paliva. Ty nejlepší příležitosti pro snížení našeho dopadu na životní prostředí proto představuje výběr letadel a způsob, jakým je provozujeme. A pakliže letecké palivo představuje jednu z největších oblastí našich výdajů, je efektivní využívání paliva zásadní pro každou součást naší obchodní činnosti. Kompletní informace o účinnosti využívání paliva, emisích a hlučnosti jsou uvedeny ve Zprávách skupiny Emirates Group o životním prostředí.
Dostatek slunečního svitu v Dubaji pomáhá v napájení našeho nejmodernějšího střediska údržby motorů, ve kterém jsme instalovali megawattové pole solárních fotovoltaických panelů. V našich provozovnách jsme také nainstalovali LED osvětlení, které šetří velké množství elektrické energie - jen LED osvětlení v terminálu Emirates SkyCargo na letišti Dubai World Central (DWC) ušetří každoročně více než 970 MWh elektrické energie.
Divize Emirates Engineering nainstalovala toto osvětlení do technických hangárů a také do skladů, kde se aktivuje pomocí pohybových senzorů. Tento tým používá LED osvětlení také pro údržbu kabin letadel - kde se projevuje jeho další výhoda, a sice, že je mnohem studenější než osvětlení, které se používalo dříve. Kombinace těchto iniciativ vedla k úspoře více než 2 850 MWh elektrické energie za rok. A nakonec, naše zrekonstruovaná kancelář v Londýně využívá LED osvětlení, modernizovanou klimatizaci a efektivněji využívá podlahovou plochu, což vede ke snížení spotřeby elektrické energie o 60 %.
Naše obchodní jednotky neustále hledají příležitosti pro snižování spotřeby zdrojů, využívání stávajících předmětů novými způsoby a recyklace materiálů, když dosáhnou konce své životnosti - všechny základní aspekty kruhového hospodářství.
Oddělení informačních technologií realizovalo kampaň Think Before You Print, díky níž za pouhých osm měsíců dosáhlo 33% poklesu objemu tisku a ušetřilo miliony listů papíru a více než 2 miliony kWh elektrické energie.
I vybavení letadel, které již dosloužilo, je možné znovu použít. Divize Emirates Engineering poskytuje při modernizaci interiérů letadel spoustu vybavení oddělení letového výcviku (Flight Training Facilities). V jednom projektu získali sadu sedadel z doslouživšího Airbusu A340-500 a upravili je tak, aby se vešly do dvou simulátorů nouzové evakuace a dvou simulátorů pro školení v oblasti služeb v kabině. Tento projekt prodloužil životnost sedadel o dalších pět až sedm let a ušetřil společnosti náklady na 50 nových sedadel.
Společnost Emirates Flight Catering je jednou z největších světových společností specializujících se na catering v leteckém průmyslu. Má zavedený recyklační program, který odpovídá rozsahu její činnosti. Její program brání tomu, aby na skládkách skončilo široké spektrum materiálů; mimo jiné se jedná o papír a lepenku, alobal a plechovky, plastové lahve a kanystry, z nichž mnohé jsou z našich letadel shromažďovány po přistání v Dubaji.
Společnost Emirates Flight Catering podporuje také sběr hliníkových plechovek vyhlášený skupinou Emirates Environmental Group - věnovala již tisíce kilogramů plechovek shromážděných během roku na našich letech.
Manažeři našeho vozového parku se zaměřují na minimalizaci environmentální stopy našich silničních provozů. Oddělení Transport Services sleduje dvojí přístup: efektivní řízení růstu a trvalé zlepšování stávajících operací.
Do provozu nasadili více vozidel šetřících pohonné hmoty, optimalizovali plánování cest ve snaze omezit počet obsluhovaných tras a počet prázdných cest a vyškolili řidiče v otázce bezpečných a efektivních praktik při řízení, včetně předcházení zbytečnému chodu motoru naprázdno.
tags: #letecké #motory #emise #čištění #technologie