Kolejne lekcje z MAESTRO

Konferencja „Czyste niebo 2” przyciągnęła uwagę do jednego z najbardziej zaawansowanych i ambitnych projektów, których spodziewanych efektem mają być konkretne rezultaty rozwoju lotnictwa.

maj 2019

Prawie dwa lata temu wprowadziliśmy na żywo MAESTRO z Clean Sky 2 - JUbooth podczas pokazu lotniczego Le Bourget. W ramach tego projektu, stworzonego dla sektora małych samolotów użytkowanych w transporcie prywatnym (transport lotniczy), opracowano technologie silników turbośmigłowych, których celem jest zmniejszenie zużycia paliwa, emisji hałasu (tzw. noise footprint) oraz kosztów przyszłego produktu.

Już wtedy fokus MAESTRO padł na technologie addytywne dla kluczowego modułu silnika, jakim jest komora spalania. Program przedstawiono jako jeden z najważniejszych programów rozwoju technologicznego europejskiego partnerstwa publiczno-prywatnego, które od ponad dziesięciu lat wyznacza kierunek przyszłego przemysłu lotniczego, bardziej przyjaznego dla środowiska.

Od 2017 r. w ramach MAESTRO poczyniono kolejne ważne kroki, a opracowane technologie przybrały rzeczywisty kształt w postaci, na przykład, silników turbośmigłowych, które wkrótce będą wykorzystywane w lotnictwie. Co ważne, jedna z najbardziej innowacyjnych dźwigni technologicznych MAESTRO, oparta na rewolucyjnym procesie produkcji druku metalowego 3D, znalazła już swoje pierwsze zastosowanie w zawirowywaczach komory spalania silnika Catalyst, które zostały celowo zaprojektowane do produkcji addytywnej.

„Produkcja addytywna to coś więcej niż tylko końcowe rozwiązanie, ponieważ w niektórych przypadkach pozwala na bardziej kompaktowe i funkcjonalne konfiguracje na poziomie systemu, co z kolei wpływa na zmniejszenie liczby części, wagi oraz ogólnych wymiarów”.

To mówiąc, Giacomo Senatore, Kierownik Programu „Czyste niebo” w Avio Aero, odnosi się do rewolucyjnych możliwości technologii przyrostowej zarówno w zakresie projektowania części silnika o dość złożonej geometrii, jak i w rzeczywistym procesie produkcji, który wykracza poza tradycyjne spawanie i produkcję wyrobów metalowych. Dlatego celem jest osiągnięcie najcichszego i najbardziej precyzyjnego topienia pyłu metalowego za pomocą laserów lub wiązek elektronów.

To stanowi podstawę projektu, zaś jego rozwój z czasem budzi nowe ambicje. „To, czego uczymy się w ramach MAESTRO, otwiera nowe scenariusze, które są dla nas wyzwaniem”- dodaje Senatore. „Zaczęliśmy od palnika, ale pracujemy nad innymi modułami i złożonymi komponentami”. Jednocześnie żaden z inżynierów zaangażowanych w MAESTRO nie uważa, że w przyszłości mogą wykluczyć możliwość pracy nad innym segmentem silnika, nie tylko w zakresie silnika turbośmigłowego.

„Niezwykle kompaktowa komora spalania z technologią odwróconego przepływu i dodatkowymi zawirowywaczami to bez wątpienia ogromny krok naprzód dla tego sektora, ale nie wyczerpuje możliwości dalszej ewolucji zarówno w zakresie samej technologii, jak i produktów” - wyjaśnia Antonio Peschiulli, kierownik ds. Projektowania Komór Spalania w Avio Aero. „Jeśli chodzi o sam moduł spalania, nasze badania koncentrują się na bardzo ważnych aspektach, takich jak emisje i osiągi: temperatura pracy modułu spalania jest z pewnością wyzwaniem dla działania silnika, ale również dla materiałów zastosowanych w procesie produkcji.”

Wzrost temperatury jest wprost proporcjonalny do produkcji energii, tj. mocy silnika, ale konieczne jest zarządzanie takim wzrostem ciepła z wnętrza modułu spalania dla zrównoważenia wpływu wyższych temperatur na części metalowe oraz emisje powstające w różnych warunkach pracy silnika.

Antonio Peschiulli Combustor Design Manager at Avio Aero during his speech at the CS2 conference

Oprócz ćwiczenia projektowego, które przekłada się na szybszą i czystszą produkcję oraz szybkie prototypowanie, konieczne jest zbadanie materiałów i ich odporności, aby móc projektować bardziej zrównoważone produkty”- 

„Technologia addytywna pozwala nam wyobrazić sobie geometrię komponentu od samego początku, aby nadać mu nowy kształt. Oprócz ćwiczenia projektowego, które przekłada się na szybszą i czystszą produkcję oraz szybkie prototypowanie, konieczne jest zbadanie materiałów i ich odporności, aby móc projektować bardziej zrównoważone produkty”- podsumowuje Peschiulli. „Ostatnio pracowaliśmy nad dalszym rozwojem technologii modułu komory spalania, nazwaliśmy ją Additive Combustor”.

Podsumowując, technologia addytywna ulepsza projekt, tj. kształt i wagę komponentów silnika lub układów chłodzenia, a także zmniejsza koszty i zanieczyszczenie w porównaniu z tradycyjnym procesem przemysłowym, jednocześnie poprawiając osiągi przy niższym zużyciu paliwa. Technologia ta wpływa zatem na emisję liniową (w tym CO2) związaną ze zużyciem paliwa ze względu na mniejszą masę, jaką dodaje do silnika samolotu.

W czasie swojego wystąpienia na corocznej konferencji Clean Sky2, Peschiulli wyjaśnił, iż program MAESTRO rozszerzył zastosowanie produkcji addytywnej na inny element silnika: statyczną część przenoszenia mocy (która już składa się z obudowy wytworzonej w technologii druku 3D). Stworzenie tej części zmniejsza ilość różnych części z 70 do zaledwie 2, z całkowitą redukcją masy o 11%. Co więcej, poprawia funkcjonalność tej samej części w łańcuchu przekładni, co ma na celu zmniejszenie prędkości obrotowej z silnika do śmigła.

The GE Aviation european teams at the CLean Sky conference in Brussels

Ostatnim, nie mniej ważnym elementem jest tworzenie sieci kontaktów, które odgrywa kluczową rolę od rozwoju po zastosowanie futurystycznych technologii. Avio Aero koordynuje zespoły GE Aviation oraz zespół Federated Europe Engineering, które wymieniają się umiejętnościami i wiedzą, zwłaszcza w zakresie niektórych programów na poziomie europejskim: i tak Brytyjczycy z Dowty Propellers pracują nad technologiami redukcji hałasu, Aviation Advanced Technology w Monachium pracuje nad sprężarką wysokociśnieniową, natomiast EDC w Warszawie i GE Aviation w Czechach wnoszą wkład jako europejska siedziba GE silników turbośmigłowych.

„Jeśli chodzi o budowanie sieci kontaktów, bardzo ważne jest wsparcie ośrodków badawczych i uniwersytetów, zwłaszcza w fazie testowania, a także wkład w postaci wiedzy w fazie rozwoju” - wyjaśnia Enrico Casale, Menedżer ds. Portfolio Nowych Technologii w Avio Aero.

„W przypadku MAESTRO nasze laboratorium Turin Additive Lab na Politechnice w Turynie wniosło znaczący wkład i coraz częściej staje się miejscem, w którym proces produkcji dodatków, dzięki obecności maszyn DMLM, jak i EBM, ale także TAL, pozwala na szybkie opracowywanie prototypów; laboratorium to także certyfikowane miejsce do drukowania elementów 3D, które można zamontować na silnikach przeznaczonych do latania. To efekty wspaniałej współpracy pomiędzy przemysłem a uniwersytetami. ”

The MAESTRO project wallpaper