Plastový stroj snů

16. 6. 2005

Firma se domnívá, že její nové tryskové letadlo 787...

Celý podtitulek: Firma se domnívá, že její nové tryskové letadlo 787 Dreamliner, postavené většinou z plastových kompozitních materiálů, by mohlo změnit letecký průmysl Uvnitř prostorného vývojového centra firmy Boeing Co. v Seattlu dostává konečný tvar budoucnost jejího podnikání v oboru komerčních tryskových strojů. Ta budoucnost je v plastu – ve velkém množství plastu. V centrálním prostoru přísně střežené budovy jsou tři obrovské části trupu, jimž se přezdívá „sudy“, vyrobené výhradně z kompozitních materiálů známých jako plast vyztužený uhlíkovými vlákny. Technici se rojí kolem konstrukcí a hledají nedostatky, které by mohly oslabitmateriál tenký jako oplatka, ale tvrdý jako žula. V rohu mechanici modelují největší letadlové křídlo z kompozitních materiálů na světě.
Nikdo se ještě nepokusil sestrojit nic tak velkého z kompozitních materiálů, které se používají na všechno, od rukojetí golfových holí a tenisových raket až po obří podzemní skladovací nádrže. Ovšem ani zmíněné nádrže se nemohou měřit s tím, co vytváří Boeing: s celou kostrou tryskového letadla 787 Dreamliner.
Boeing ví, že je to odvážný, riskantní krok. Když však v posledních čtyřech letech zaostával v prodejích za svým úhlavním soupeřem Airbusem, vedení mělo pocit, že musí přijít se zcela novátorskou technologií, která upoutá zájem financemi omezovaných leteckých dopravců.
Tato strategie zatím vypadá jako úspěšná. Boeing přichází na červnový pařížský aerosalon s 266 objednávkami a dohodami o koupi Dreamlineru od jedenadvaceti zákazníků. Boeing 787 se tak stává jedním z nejrychleji prodávaných komerčních tryskových letadel v historii. A toto letadlo hraje klíčovou úlohu ve významném obratu ve vztahu Boeingu a Airbusu (viz strana 85).

Přidaná hodnota.

Důvod, proč se Boeing 787 tak dobře prodává, je prostý: zákazníkům se jeho nákup značně vyplatí. Za 120 milionů dolarů – zhruba tolik, kolik v 80. letech zaplatili za srovnatelný Boeing 767-300 – letecké společnosti dostanou úplně nový stroj, který létá rychleji než konkurenční letadla a má podstatně levnější provoz. To je pádný argument v době, kdy ceny paliva jsou vysoké a letecké společnosti právě překonávají nejhorší hospodářský pokles, jaký kdy toto odvětví zažilo. Spolu s hospodárnými motory kompozitní materiály „mění paradigma leteckého průmyslu, jehož základem byl hliník“, uvádí James C. Seferis, profesor přednášející nauku o materiálech na Washingtonské univerzitě, který byl konzultantem Boeingu.
Další velké plus je to, že trysková letadla vyrobená z kompozitních materiálů vyžadují méně dílů, takže jich není nutné tolik spojovat. A protože tyto plasty váží méně než hliník, letadla by měla spalovat méně pohonných hmot. Boeing tvrdí, že Dreamliner také zlepší pohodlí pasažérů. Proč? Vyšší pevnost kompozitního trupu umožní, aby kabina pro pasažéry vydržela vyšší tlakování – stejné jako atmosférický tlak ve výšce 1800 metrů místo obvyklých 2440 metrů. Proto je snazší regulovat teplotu, vlhkost a ventilaci kabiny.
Až Boeing odstartuje prodej, bude muset splnit své sliby. Důležité je, zda bude schopen hromadně vyrábět kompozitní trup a křídla vysokým tempem a za plánované náklady. V šesti měsících od zahájení zkušební výroby se objevilo několik mrzutostí, včetně problému strojního zpracování prvního „sudu“, čímž program nabral asi měsíční zpoždění.

Spečené vrstvy.

Představitelé Boeingu ujišťují, že ztracený čas dohnali a trvají na tom, že všechno je pod kontrolou. „Jestli jsme schopni stavět stroj 787 ve výrobních objemech? O tom se pořád pochybuje, ale jsme přesvědčeni, že ano,“ tvrdí Michael B. Bair, místopředseda programu 787. Výroba velkých kompozitních konstrukcí tradičně představovala pomalý, manuální proces a kvalita hotových dílů závisela na řemeslné zručnosti zkušených dělníků. U Boeingu 787 musí být většina činností automatizovaná. Proto si někteří z výrobních partnerů a dodavatelů Boeingu zpočátku lámali hlavu, jak udržet kvalitu, splnit požadavky na váhu a zůstat v rámci původních odhadovaných nákladů ve výši šesti až osmi miliard dolarů. David Polland, autorita Boeingu v oboru kompozitních materiálů a vedoucí technik výroby letadla 787, připouští, že design má pořád ještě přes váhu, ale soudí, že pro nové letadlo je to v této fázi vývoje typické. Mezitím, jak dodává, tým pracující na Boeingu 787 dělá slušné pokroky ve vývoji účinných výrobních metod.
Výrobu dílů z uhlíkových vláken je možné popsat jako obrovskou tapetovací operaci, přičemž papírem je ve skutečnosti široká páska volně utkaná ze superpevných uhlíkových vláken, posléze máčená ve směsi polymerů husté jako med. Mazlavé pásky se lepí na vnitřní stranu forem nebo se ovíjejí kolem skořápek zvaných šablony a potom se pečou. Teplo spouští chemickou reakci, při níž se z polymerů stává tvrdá, neuvěřitelně pevná konstrukce.
První spékání plastových „sudů“ se odehrálo o loňském Dnu díkůvzdání, kdy tým pracující na Dreamlineru vyrobil první část trupu z jednoho kusu na světě. Byla 6,7 metru dlouhá, průměr měla 5,8 metru a mohla být připevněna k dalším částem téměř bez použití nýtů. Technici pracující na Dreamlineru zjišťují, že jejich kompozitní díly jsou ještě pevnější, než původně předpokládali. Boeing je tedy schopen zákazníkům zajistit, že náklady na údržbu budou o 30 procent nižší než u hliníkových letadel.
Nejvíce se ušetří za prohlídky. Protože kompozitní materiály jsou trvanlivější než hliník, vládní regulátoři budou patrně vyžadovat méně prohlídek. Běžné letadlo projde pečlivou a nákladnou kontrolou kvůli korozi už po šesti letech provozu. Naproti tomu kompozitní Boeing 787 může být v provozu dvanáct let a až potom proběhne první konstrukční zkouška. Když Dreamliner nemusí být v hangáru, může absolvovat až o 113 letů víc. „Výhody v oblasti koroze a únavy budou ohromující,“ tvrdí Bair. „Pravděpodobně je to ještě významnější než úspora paliva,“ dodává v souvislosti s náklady na palivo, které mohou být u Boeingu 787 o 20 procent nižší než u jiných letadel.
Kompozitní materiály se hodně používají u vojenských a některých malých obchodních letadel, kdežto jejich uplatnění u velkých komerčních letadel je pomalejší. Boeing 777 je tvořen plasty jen z jedenácti procent, převážně na zádi. Avšak kompozitní materiály budou tvořit 100 procent vnějšího pláště Boeingu 787 a plovinu všech materiálů uvnitř letadla. „Vždy jsme si přáli vytvářet plány letadel z kompozitních materiálů,“ prohlásil Alan R. Mulally, generální ředitel Boeingu pro komerční letadla a propagátor stroje 787, na setkání investorů letos 17. května. Dodal, že materiální náklady mohou konkurovat hliníku teprve v poslední době.
Než se Mulallyho přání mohlo splnit, bylo třeba vyřešit ještě jeden problém. Vedoucí pracovníci se trápili kvůli nehodám na rampě. Vzhledem k tomu, že kompozitní materiály na bázi uhlíku jsou normálně velmi pevné, tvrdý náraz řekněme nákladního automobilu s dodávkou potravin by mohl způsobit prasknutí vnějšího pláště, nejen pouhé promáčknutí. Dokonce i pouhým okem neviditelné trhliny by se pak mohly rozšířit následkem tlaků při letu ve vysokých rychlostech a při náhlých změnách vnějšího atmosférického tlaku, když letadlo stoupá do výšky kolem devíti tisíc metrů.
Aby se tomu zabránilo, japonská společnost Toray Industries Inc., která Boeingu dodává pásku z uhlíkových vláken, impregnuje vlákna patentovanou směsí: kolem epoxidu, který zajišťuje pevnost a tvrdost, je polymer s odlišnou hustotou. Díky této kombinaci je povrch méně náchylný k poškození nárazem – a pokud k poškození dojde, brání šíření trhlin. Po tomto objevu „kdykoli nasednu do kompozitního letadla, budu tvrdě spát“, uvádí profesor Seferis z Washingtonské univerzity.

Potíže s detaily.

Co se výroby týče, výhody plastových částí trupu jsou nesporné. Jeden kovový „sud“ vyžaduje asi 1500 hliníkových plechů, které drží pohromadě téměř 50 000 nýtů. V případě plastů počet upevňovacích prvků je nižší o 80 procent. Bair¨připomíná, že „kouzlo nižších nákladů spočívá v menším množství jednodušších dílů“.
Na druhé straně hlavní problém představuje samotná velikost částí trupu o průměru 5,8 metrů. Ty vyžadují množství vrstev pásky z uhlíkových vláken, aby byla zajištěna konstrukční celistvost. Každá další vrstva pásky ovšem zvyšuje pravděpodobnost změn nebo vad, jak uvádí Michael W. Hyer, profesor strojní fakulty a expert na kompozitní materiály na Polytechnickém institutu a státní univerzitě ve Virginii.
Loni v listopadu, když se v autoklávové peci pekl první „sud“, byli čekající technici evidentně nervózní. Při pečlivém zkoumání byly vidět na vnějším plášti vady – bubliny. Tato takzvaná pórovitost by mohla materiál oslabit a nakonec způsobit trhliny, protože by pod povrch mohla prosáknout voda, pak zmrznout a ve vysokých výškách se roztáhnout. Při prvním pokusu však nikdo neočekával dokonalost, přiznává David Poland. Když byl z pece vytažen „sud“ číslo 3, měl méně vad.
A co křídla? Bair tvrdí, že program postupuje hladce. Očekává, že kompletní konfiguraci Dreamlineru uzavře koncem letošního roku, což bude klíčový mezník znamenající, že technici mohou začít pracovat na konečných plánech dílů a výrobních nástrojů.
Jakmile budou připraveny „sudy“, křídla a další díly Dreamlineru, Boeing očekává, že každé letadlo 787 smontuje za pouhé tři dny oproti jedenácti dnům nutným na montáž jednoho letadla 737. „Trvá nějakou dobu, než se choreograficky připraví tanec, který se odehrává při konečné montáži,“ uvádí Bair. Když se ukáže, že tři dny jsou trošku ambiciózní, dodává, „rádi je protáhneme na čtyři“. Vítejte v odvážné nové éře komerčního leteckého průmyslu.

Výhoda Boeingu Dreamliner za 120 milionů dolarů je zcela nové tryskové letadlo s levnějším provozem než konkurenční stroje. Kompozitní materiály mění poměr nákladů k výnosům takto:

HOSPODÁRNOST Provoz Dreamlineru s 223 sedadly je o 20 procent hospodárnější než Airbus A330 s 250 sedadly zčásti proto, že kompozitní materiály jsou lehčí než hliník.

ÚDRŽBA Boeing tvrdí, že pevnost kompozitních materiálů znamená třicetiprocentní snížení nákladů na údržbu ve srovnání s hliníkovými letadly.

VÝROBA U dnešních letadel každý segment trupu vyžaduje 1500 kovových plechů upevněných téměř 50 000 nýty. V případě kompozitních materiálů je počet upevňovacích prvků o 80 procent nižší, a montáž je proto rychlejší a levnější.

PROHLÍDKY Po šesti letech provozu vyžadují hliníková letadla drahé prohlídky kvůli korozi. Dreamliner by mohl létat dvanáct let, než by bylo třeba provést první takový test.