Pohled do zákulisí továrny v pražských Letňanech – jak probíhá výroba turbovrtulového motoru v šesti krocích

Právě vzlétlo další letadlo s motorem od společnosti GE

Každé dvě sekundy vzlétne někde na světě letadlo s motorem GE. Právě teď je ve vzduchu více než 2 200 takových letadel, které mají na palubě přes 300 000 lidí. Menší část těchto letadel, konkrétně těch postavených do drsnějších podmínek, létá díky turbovrtulovým motorům, které se vyrábějí v Praze.

Vývoj a výroba leteckých motorů mají v Čechách téměř stoletou tradici. Od roku 1911 tu působila společnost Walter, která výrobu letadlových motorů rozjela v roce 1924. Americká společnost GE Aviation v roce 2008 tuto výrobu koupila a již o 3 roky později představila nový turbovrtulový motor GE H80. Jednalo se o první motor produktové řady H, ve které dnes najdeme také motory H75 a H85. Všechny motory řady H mají ve srovnání se svým předchůdcem M601 nižší spotřebu při vyšším termodynamickém výkonu.

 Jak takový motor funguje?

Dříve než vstoupíme do centra výroby turbovrtulových motorů v pražských Letňanech, musíme si říct, z čeho se takový motor skládá a díky čemu dokáže letadlo pohánět.

Srdcem motoru je generátor, který se skládá z kompresoru, komory a generátorové turbíny. Vzduch z okolní atmosféry je nasáván do kompresoru, kde je stlačen a přesunut dále do spalovací komory. Do ní se vstřikuje palivo, které hoří, a takto vzniklé horké plyny pohánějí turbínu generátoru. Tato turbína pohání na společné hřídeli kompresor, a tak získává stlačený vzduch, který potřebuje k hoření paliva.

Energie, která zbývá v horkých plynech za generátorovou turbínou, se využívá pro pohon volné turbíny, která je přes reduktor připojena k vrtuli. Reduktor je převodovka o stálém poměru cca 1:15, jež má za účel snížit vysoké otáčky volné turbíny na úroveň použitelnou pro vrtuli (v nejnovější verzi GE turbovrtulového motoru, GE H85, je to 1 950 otáček za minutu).

1. Plánování výroby motoru

Každý nový motor je přesně popsán ve vlastní výrobní dokumentaci, která popisuje nejen jeho jednotlivé komponenty, ale také uvádí požadavky na materiály, z kterých tyto komponenty vzniknou. Výroba motoru je přesně plánována. Je to především proto, aby se jednotlivé části motoru setkaly ve správný čas na správných místech, a aby dokončené díly motoru strávily co nejméně času ve skladu. Některé díly (jako například radiální kolo kompresoru) totiž mají průběžnou dobu výroby více než jeden rok a jejich výroba zahrnuje přes stovku kontrolních operací. Plánování výroby je proto velmi náročné a má ho na starosti oddělení logistiky.

2. Práce s materiály

Základních požadavků na materiály je hned několik:

• U vnitřních komponentů je to odolnost vůči vysokým teplotám.
• Prakticky u všech částí motoru se vyžaduje pevnost a žáruvzdornost, aby vydržely v provozu několik tisíc hodin.
• V neposlední řadě jde také o lehkost. Snížením váhy motoru se pochopitelně snižuje celková váha letadla. A čím lehčí letadlo, tím nižší spotřeba paliva.

Jako polotovar pro výrobu jednotlivých komponentů slouží jak základní hutní materiál, tak i speciální odlitky a výkovky od dodavatelů. Výsledný díl vznikne z polotovaru až po sérii operací v dílně. Obrábění dílů do požadovaných tvarů a rozměrů probíhá nejčastěji na souřadnicových obráběcích strojích, ať už frézkách či soustruzích. Při výrobě komponentů je nejdůležitější absolutní přesnost, klíčové rozměry jsou tolerovány v odchylce pouhých 0,001 mm.

Po opracování dílu do přesného tvaru následuje řada dalších kontrol a tepelných zpracování. Je to např. žíhání na odstranění vnitřního pnutí, které se do materiálu zaneslo jeho obráběním. Díly dále vyžadují leštění, odhraňování a v neposlední řadě také nanesení povrchových ochran proti korozi (pasivace, elox atd.).

Výroba letadlového motoru tedy navazuje na dlouhý řetězec práce dodavatelů. Od dolů přes hutě, výrobce trubek nebo tyčí, slévárny nebo kovárny, kteří dodávají polotovary k dalšímu zpracování. Např. trubky dodané z hutní výroby se dále upravují ručně, jedná se především o ohýbání a pájení. Už zde začíná práce Oddělení výroby komponentů.

3. Výroba komponentů

Turbovrtulový motor GE série H se skládá přibližně z 3 000 částí. Můžeme je rozdělit na kritické a nekritické díly (drobný spojovací materiál, sítka). Kritické díly jsou ty, jejichž porucha může kriticky ovlivnit chod motoru, mají tedy zásadní vliv na bezpečnost. Patří sem např. některé díly kompresoru, turbína, ale i některé nerotační díly, jejichž poničení by způsobilo zastavení motoru.

Kritické díly mají podrobný rodný list opatřený sériovým číslem (serial number), díky němuž můžeme dohledat celou jejich historii, včetně výroby základního materiálu. Dokumentace motoru se uchovává v tzv. Díle o motoru, které si můžeme představit jako desky s více než tisícem stran. Na těchto stránkách jsou pečlivě popsány nejen všechny komponenty, ale také veškeré zásahy do motoru, ať už se jedná o opravy či generální technickou kontrolu. Zapisují se sem také všechny nemařené hodnoty a hodnoty utažení spojů.

V každé části výroby se díly setkávají s náročnými kontrolami. Přes toto „síto“ projdou jen kusy, které splňují požadovanou kvalitu, a to jak na povrchu (rozměry, kvalita povrchu), tak i vně dílů. Využívá se k tomu celá řada kontrolních mechanismů, souřadnicové i optické měřící stroje. Mezi speciální kontroly patří např. barevná defektoskopie, rentgen či magnetická kontrola ocelí.

4. Montáž a vážení komponentů

S vyrobenými díly se nyní posouváme dál – k vytvoření stroje, který po celou dobu svého provozu nesmí zklamat, a jehož rotor se bude otáčet rychlostí až 37 000 otáček za minutu. Tuto přeměnu více než 3 000 dílů v jeden spolehlivý celek zajišťuje oddělení montáže.

Montáž začíná kompletací rotorových systémů, při níž se jednotlivé rotační prvky spojí v jeden celek. Z technologických důvodů se jednotlivé díly, tedy nejen každá lopatka, ale i každá matice váží a zapisuje se jejich nevývaha. Když se nakonec dynamicky vyvažuje celý zkompletovaný rotor, jakákoli nevývaha se dá vylepšit úpravou konkrétního dílu.

Rotorové systémy dále vstupují do montáže dvou základních modulů motoru. Rotor volné turbíny vstupuje do hnací části (1), rotor generátoru do generátorové části (2).

1. V průběhu montáže hnací části se zkompletuje systém volné turbíny s reduktorem.
2. Souběžně začne i montáž generátorové části, při níž se rotorový systém opatří nezbytnými částmi, jako jsou spalovací komora, vstup vzduchu do motoru a také olejové a palivové systémy.

Oba moduly se následně spojí. Při finální kompletaci turbovrtulové jednotky je každý spoj kontrolován pomocí speciálních přípravků a nářadí. Momenty utažení jsou pevně definované ve výrobní dokumentaci motoru (někde se využívá měření protažení šroubu) a každý spoj je také po dokončení zajištěn proti povolení. Jednotlivé díly statoru (neboli nepohyblivé části motoru) musí být souosé. Vzájemné uložení částí má jasně definované vůle a přesahy.

Nakonec přijde instalace systémů na vnější plášť motoru, trubková instalace a instalace přístrojů, které zajišťují správnou funkci motoru (palivové čerpadlo, řízení dodávky paliva, olejové čerpadlo atd.).

5. Testování

I když je motor už zkompletovaný, ještě je daleko od toho, aby mohl být zavěšen na letadlo. Dříve než se tak stane, je nutné celý motor znovu zkontrolovat ve zkušebně.

Nejdříve se motor zavěsí na zkušební stojan a zapojí do systému, který imituje letadlo. Dále zkušební technik spolu s dalšími mechaniky motor nastartuje a přivede ho tak poprvé k životu. Motor je v průběhu této „jízdy“ řízen ze zkušební kabiny. Přístrojové vybavení a ovládání je podobné tomu, jaké má pilot v letadle.

Celý test by se dal rozdělit do tří základních částí:

1. spuštění a seřízení motoru
2. ověření parametrů motoru (spotřeby, výkonu, teploty a jejich vzájemných vztahů) a měření vibrace obou rotorových systémů
3. finální seřízení a zápis parametrů a charakteristik do Díla o motoru

6. Expedice aneb cesta za letadlem

V případě, že motor neprošel finálním testováním, je odevzdán zpět do oddělení montáže. Toto oddělení spolu se specialisty z oddělení Technologie a Inženýringu identifikuje příčiny neuspokojivého výsledku testování. Na doporučení specialistů pak montéři provedou všechny odpovídající úpravy. Motor je následně podroben další zatěžkávací zkoušce.

Pokud je vše v pořádku a v definovaných limitech, motor se svěsí ze zkušebního stojanu a předá oddělení expedice, kde podlehne závěrečné kontrole jak fyzické, tak administrativní. Poté se již může bezpečně zabalit pro zaslání zákazníkovi.

Všechny zmíněné kontroly a měření jsou bezpodmínečně nutné pro zajištění 100 % spolehlivosti motoru. Vždyť motor je spolu s pilotem zodpovědný za lidské životy na palubě letadla.