A technika és ami mögötte van - a B787 Dreamliner

A tegnapi (jan. 16-i - a szerk.) lengyel Dreamliner  kiváló apropó arra, hogy elmélyedjünk a repülőgép technológiai újdonságaiban. A gép ugyanis a tervezés fázisától kezdődően arról szólt, hogy valamiféle választ adjon azokra a súlyosbodó problémákra, amelyekkel a légiiparnak törvényszerűen szembe kell néznie.

Az első és legfontosabb az üzemanyagárak folyamatos emelkedése, valamint a környezetvédelmi elvárások szigorodása. Mindkét tényező a kisebb kerozinigény és a sokkal gazdaságosabb energiafelhasználás felé mutat. A probléma megoldása is két irányból érkezik. Az egyik az egyre gazdaságosabb hajtóművek gyártása, a másik viszont a repülőgépek már-már ortodoxnak mondható műszaki megoldásai közül való kilépés. A Boeing mindezt szerette volna megtoldani azzal, hogy egy hangsebesség közvetlen közelében repülni képes konstrukciót tesz le a társaságok asztalára. Az ötlet Boeingnál sem volt teljesen új. 

A 70-es években már dolgoztak egy területszabály alapján változó keresztmetszetű, a mai hajlított winglethez hasonló szárnyvégű gépen. Mikor az ezredforduló környékén a Boeing kiszállt az 500 fő feletti utasgépek fejlesztéséből, ismét előkerült a téma.

Ez lett volna a kacsa elrendezésű, enyhén lapított, "cipótörzsű", cápauszony vezérsíkos  Sonic Cruiser terve. A fejlesztés azonban az igények felmérése és néhány szélcsatorna kísérlet után ismét abbamaradt. Ekkor fordult a Boeing a kicsivel lassúbb, ám több mint 20% fogyasztáscsökkenést ígérő 7E7 projekt felé.

Az áttörést egy hagyományosabb elrendezés hozta, igen erős aerodinamikai finomítással, az indukált ellenállás csökkentésével, a szárny-törzs átmenet újragondolásával, a szárnyvégek és vezérsíkok fecskeszárnyakhoz hasonló kialakításával. A nem teljesen lekerekített felületű pilótaablakok helyébe tökéletesen körvonalba simuló cockpit megoldás lépett. Mindez a kompozit anyagok erőteljes, mintegy 50%-os felhasználásával megtámogatva részben hordozta a Sonic Criuser "örökségét" de alapjában mégis egy külön irányvonalat jelentett, amit gyorsan és nagy számban el lehetett adni a légitársaságoknak. A Boeing egyetlen igazán húzó típusa a mai napig kelendő 777-es volt ekkor, ami részben problémát is okozott, hiszen a 7E7, majd a 2005-ben már hivatalosan is 787-esnek keresztelt projekt részben keresztezi a triplahetes piacát.

A piacon elsőként felkínált 787-es méretkategóriák azonban valahol a Boeing 767-es felső, és a 777-es alsó méretkategóriái közé estek, ugyanakkor megfelelő alternatívát is adtak a kiöregedő 767-es flották gazdaságosabb típusra való váltásához.

A Dreamliner építését a Boeing az Airbusnál és részben a B777-esnél is alkalmazott módon erőteljes külső beszállítói közreműködéssel tervezte, és csak a végső összeszerelést kívánta saját gyárcsarnokában, Everettben végezni. 

Az ígért paraméterek, valamint a Dreamlinerhez hasonlóan teljesen számítógéppel tervezett 777-es kiváló gyakorlati eredményei meggyőzték a piacot, hogy a sok innováció ellenére érdemes bizalmat szavazni a  korszakváltónak szánt típusnak, így 2004-ben opciókkal együtt már 250, az első összeszerelés megkezdésekor 2007-ben pedig már 500db körüli rendelésállománnyal számolhattak. Az ekkor még nem tudható gyártási nehézségek nélkül a projekt már itt megtérülni látszott.

Innováció innováció hátán

A Boeing nem fukarkodott a korábban utasgépeken nem alkalmazott megoldások bevetésével, ám ehhez a világon számtalan helyen volt szüksége összehangolt tervezőmunkára. A konstrukció alapját képező kompozit megoldásokhoz például számottevő orosz szürkeállományt vettek igénybe, ugyanakkor erőteljes japán közreműködéssel készültek a sárkány teherviselő elemei, a szárnyak. A hajtóműgyártók a hosszú idő óta változatlan koncepció helyett új feladatot kaptak: megszűnik a levegőelvétel, nincs megcsapolás a sűrített levegőből, nincs levegős indítás sem. Ami csak lehet, minden elektromos a gépen. Ez az alapállás vezetett oda, hogy a hajtóművek nagy mennyiségű segédberendezéstől szabadultak meg. A korábban külön mechanikus reduktorokon keresztül hajtott generátorok helyébe indítómotor-generátorok kerültek. 

Ezek hajtják meg az elektromos hidraulikaszivattyúkat, az elektromos légkondicionálást, a fűtést, a hagyományosnál magasabb nyomáson tartott utasteret is elektromos kompresszorok táplálják.

A hajtóművek tulajdonképpen egyszerűsödtek ezáltal, főképp csak elektromos és üzemanyagcsatlakozásaik vannak (tartalék hidraulikaszivattyúk azért maradtak), ugyanakkor lehetővé vált, hogy a géphez való illesztés is egységes legyen, ezzel egyszerűsödött az esetleges hajtóműcserék lehetősége is.

Az elektromos fűtés és légkondicionálás számottevően csökkentette a repülőgépen futó levegőcsövek számát és hosszát. Az utasok tisztább levegőjéről ezen felül HEPA  és ózonszűrők gondoskodnak. Megszűnt az a pazarló hagyomány is, hogy a hajtómű által forróra sűrített levegőt még az égéstér előtt megcsapolják, majd a forró levegőt egy radiátoros-keverős szabályzórendszeren visszahűtve állítanák be a szobahőmérsékletű kondilevegőt.

A kompozit törzs hermetikussága is könnyebben biztosítható, mint a hagyományosé, ugyanakkor a szegecselések helyetti ragasztott, laminált merevítések jobb és biztosabb teherviselést tesznek lehetővé. 

Az erősen lekerekített ablakokkal így szinte szerves egységet alkot a törzsburkolat.

Az informatikai rendszer is változott. A korábban megszokott sodrott fém érpáros rendszerek helyét egyszerűbb topológiájú, könnyebb, gyorsabb, kétirányú, csatolt optikai Ethernet hálózat vette át. Ez a módszer akkoriban gyors terjedésnek  indult az iparágban másutt is, többek között már visszaköszön a blogon részletesen tárgyalt kínai COMAC típuson is.

Az informatika gyakorlatilag teljesen behálózza a repülőgépet, ami a fly-by-wire vezérlés mellett természetes is, ugyanakkor korábban a rendszer részét nem képező helyekre is "belátnak" a számítógépek. Az elektromos hajtású hidraulika mellett pl. olyan újdonság jelent meg a 787-esen, mint az elektromos fékrendszer. Az elektromos kábelek energiatakarékosabbak, mint a folyamatosan keringetett hidraulika, könnyebben vezethetők, többszörözhetők, kevésbé sérülékenyek, kisebb súlyúak. Szintén elektromos hajtású a szárnymechanizáció legnagyobb része is.

A fentiekből látható, hogy a Boeing által "more electric aircraft"-nak nevezett irányvonal minden korábbinál komolyabb szerepet ad az elektromos rendszernek. A hagyományos hidraulikus és levegős rendszerek helyébe lépő megemelt elektromos energiaigényt új eszközökkel kellett kiszolgálni. A Dreamliner új konstrukciójú, nagy teljesítményű generátorai és akkumulátorai korábban egyáltalán nem voltak jelen a légiiparban, az energetikai rendszer újfajta hálózatszervezést, új irányító és elosztórendszert igényelt.

A kompozitok nagy aránya olyan másodlagosnak tűnő problémákat is előtérbe hozott, mint például a korábbi tiszta fém gépeken magától értetődően megoldott villámvédelem, a nagyobb szárnyhajlásokból eredő flexibilis mechanizáció. Kompozitból készül az új generációs hajtóművek látványosan új gondolamegoldása is, a fogazott szélű "chevron", amely a hajtómű külső áramát egészen alacsony zaj mellett képes a környező levegőbe visszakeverni.

Az új technológiák alkalmazásának fontos része az utaskényelem. A repülőgép a nagyobb túlnyomást tartó törzzsel egyben magasabb páratartalom megtartására is képes, emellett a világításrendszer teljesen félvezetős (LED-es) kivitelű, ami újabb súlymegtakarítást, karbantartásigény csökkentést az utasok számára pedig kellemesen szabályozott változtatható színkomponenseket is jelent.

A jórészt rejtett világítást és nagy bevilágított plafonfelületeket használó megoldás Sky Interior néven más Boeing típusokon is megjelent.

Forrás:
A cikk további részét az ARepülés blog-portálon olvashatjátok:
http://arepules.blogspot.hu/2013/01/dreamliner-bemutato-csendet-kerunk-jar.html