Letadlům vládnou kompozity. Většímu použití nových technologií brání cena

Jen pár desítek metrů stačí na to, aby se ultralehké letadlo, jehož vzletová hmotnost může být maximálně 600 kilogramů, odlepilo od země. "Na začátku výroby ultralightu jsou sudy s epoxidem, který slouží jako pojivo, role kompozitních tkanin, tyče, trubky a profily. Na konci procesu, který trvá tři až čtyři měsíce, stojí hotové letadlo připravené pro zákazníka," přibližuje Martin Zahálka, vedoucí konstrukce ve společnosti TL-Ultralight.

Unese i automobil

V konstrukci se používají materiály, které musí být lehké, a přitom pevné, aby zvládly extrémní zatížení. "Takový důraz na tyto vlastnosti není v jiných průmyslových odvětvích běžně kladen. I když je výroba kompozitových částí běžnou součástí jiných oborů, od sportovního vybavení až po automotive, zpravidla se v nich nedociluje takových extrémů," zdůrazňuje Zahálka. Využitím stále pokrokovějších materiálů a technologií jejich zpracování lze dosáhnout snížení hmotnosti letadla nebo zvýšení jeho nosnosti. "Například dmychadlo u nás vyvíjeného letounu UL-39 Albi má 13 kompozitních lopatek. Výška jedné lopatky je 250 milimetrů a její hmotnost kolem 120 gramů. Při pevnostních zkouškách přenese přibližně tři a půl tuny. To je stejné, jako kdyby na ní bylo zavěšeno nákladní auto," popisuje Robert Theiner, vedoucí Ústavu letadlové techniky Fakulty strojní Českého vysokého učení technického v Praze. Vývoj unikátního ultralightu, připomínajícího proudové letadlo, trvá už 21 let a spolu s týmem Roberta Theinera se na něm podílejí společnosti LA composite a Zall Jihlavan airplanes. "Momentálně usilovně pracujeme na dokončení prototypu Albi II, který by měl mít lepší parametry pohonu než předchozí verze," doplňuje Theiner.

Dřevo tlumí turbulence

Stejně jako v jiných oborech dominují i v tom leteckém kompozitní materiály s uhlíkovou výztuží, které umožňují vyrobit jakýkoliv tvar s požadovanými mechanickými vlastnostmi. Oproti kovovým materiálům, jejichž povrch je drsnější, dokážou kompozitní technologie vytvářet aerodynamicky čisté povrchy, které mají vliv na vyšší cestovní rychlost a nižší spotřebu. "Zatím se nezdá, že by je nějaké nové materiály kvalitativně převýšily," zdůrazňuje Theiner.

V době, kdy výrobci používají převážně kompozitní materiály ze skelných, uhlíkových či kevlarových vláken, má stále své místo ve výrobě ultralightů materiál, který provází letectví od samotného počátku − dřevo. "To je svou povahou vlastně také kompozitem. Má různou strukturu a jen velice málo trpí únavou materiálu. Navíc má relativně příznivý poměr mezi pevností a hmotností," vysvětluje Theiner. Lze ho také velmi dobře s kompozity kombinovat.

"Uhlíkový svazek vláken má velmi vysokou pevnost, ale malou průtažnost. Takto vyrobená křídla pak mají malý tlumicí účinek při průletu v turbulenci. Pružná křídla pro letadlo fungují podobně jako tlumiče u automobilu. Za letu v neklidném prostředí se více ohýbají a tím tlumí nárazy turbulence. Let se tak stává příjemnějším," upřesňuje Petr Volejník, majitel společnosti ATEC, která se zabývá výrobou ultralightů.

Modernější, ale nákladnější

Standardní technologií výroby kompozitních materiálů je kontaktní laminace, kdy se do formy skládá tkanina a prosycování probíhá válečkem či štětcem. "Je ale celá řada pokrokovějších technologií, například autoklávová technologie, při které se použije prefabrikát," dodává Theiner. Jelikož jsou mechanické vlastnosti kompozitních materiálů závislé na teplotě, lze pozorovat výhody autoklávové technologie už ve chvíli, kdy letoun stojí na slunci. "U kompozitu s epoxidovou pryskyřicí se pevnost nebo tuhost drží na přibližně stejné úrovni až do teploty 60 stupňů Celsia. S rostoucí teplotou začnou tyto hodnoty rychle klesat," vysvětluje Theiner.

Většímu používání autoklávové technologie ale zatím brání vysoké náklady. "A nejedná se pouze o cenu samotného materiálu, spíše o nutnost investic do technologií," upozorňuje Zahálka.

Další z pokročilých technologií výroby kompozitních letadel je technologie navíjení. Při ní se kompozitní materiály navíjejí na jádro (trn) a přesným kladením vláken v několika osách se dají vytvářet relativně složité tvary. "Je to jakýsi další rozměr pro konstruktéra, kdy netvoří pouze výrobek, ale i jeho mechanické vlastnosti tím, že ho různě směruje. Skladbou návinu vláken může velice vhodně navrhovat mechanické vlastnosti pro jednotlivé části letadla," vysvětluje Theiner.

Článek byl publikován v komerční příloze HN České strojírenství.