W każdym silniku odrzutowym pracują setki małych łopatek, które znoszą temperatury powyżej 1500°C i ogromne obciążenia mechaniczne. Nie są one wycinane ani rzeźbione z metalu – wyrastają z niego jako pojedynczy kryształ, a technologię tę w pełni opanowało zaledwie kilka państw.
Metal, który rośnie jak jeden płatek śniegu
Metoda powstała w latach 60. XX wieku. Stop metali w stanie płynnym odlewa się w formie łopatki, a następnie bardzo ostrożnie chłodzi, od jednego końca do drugiego, przez kilka godzin. Podczas tak powolnego krzepnięcia powstaje jeden kryształ stopu zamiast wielu drobnych ziaren. Można to porównać do zamiany szklanki wody w jeden duży płatek śniegu zamiast zamieci drobnych.
Naturalnie stopiony metal krzepłby jako zbiór wielu małych, pomieszanych ziaren – coś w rodzaju kruchej kostki cukru. Inżynierowie chcą jednak uzyskać coś na kształt idealnego diamentu. Według Bena Fifoota, inżyniera produkcji w Rolls-Royce, hodowanie takiej łopatki to „walka z prawami wszechświata”.
Pomaga w tym sprytny element zwany „świńskim ogonkiem” (ang. pigtail) – niewielka spirala na końcu odlewu. Na początku chłodzenia „dławi” ona przepływ rosnących kryształów, tak że zostaje tylko jeden. Po odlaniu łopatki spiralę się odcina. Jeśli mimo wszystko powstaną dwa kryształy, stop trzeba przetworzyć ponownie.
Chłodzenie, powłoki i walka o wagę
Sam monokryształ to nie wszystko. Łopatki pokrywa się specjalnymi powłokami ceramicznymi, a podczas odlewania powstają w nich maleńkie kanaliki. Przez nie płynie chłodniejsze powietrze, które podczas pracy silnika otacza łopatkę cienką warstwą ochronną. Według Paula Witheya z Uniwersytetu w Birmingham branża dąży dziś do tego, by kanaliki były coraz bardziej skomplikowane: im bardziej turbulentny przepływ, tym skuteczniej odbiera ciepło z gorącego otoczenia.
Producenci starają się też zmniejszać masę łopatek. Jak wyjaśnia Fifoot, każde odjęte gramy oznaczają możliwość pracy silnika wydajniej i przy mniejszym zużyciu paliwa, a także szybszych i gorętszych obrotów. Łopatki Rolls-Royce trafiają m.in. do silników Trent XWB-84 (Airbus A350-900) i Trent 1000 XE (Boeing 787).
Wyścig o technologię
Niewiele firm na świecie potrafi wytwarzać takie łopatki, a cały proces opanowało zaledwie pięć krajów, w tym USA i Wielka Brytania. Do producentów należą Rolls-Royce, GE i francuski Safran. We wrześniu GE Aerospace ogłosiło zakup swojego dostawcy łopatek za 11,75 mld dolarów, a w marcu Rolls-Royce zapowiedział inwestycję ponad 19 mln funtów w odlewnię w Rotherham. Komentatorzy widzą w tym próbę zabezpieczenia dostaw w niestabilnym łańcuchu dostaw przemysłu lotniczego.
Chiny chcą dołączyć jako szósty kraj z pełnym łańcuchem technologicznym. Majowy raport przytaczał inżyniera z pekińskiego instytutu AECC, według którego chiński stop jest równorzędny lub lepszy od stopów drugiej generacji używanych w Europie i USA, a przy tym tańszy. Analityk Bill Sweetman zwraca jednak uwagę, że Zachód ma ogromną przewagę: tam skupia się produkcja samolotów pasażerskich, łańcuchy dostaw i innowacje, a producenci mają długą historię bezpieczeństwa. Jego zdaniem Chiny muszą konkurować w praktycznie każdym aspekcie budowy samolotów, co będzie „długą walką pod górę”.
Co to oznacza dla Polski
Polska nie należy do krajów, które opanowały pełną technologię monokrystalicznych łopatek, ale ma w tej branży swoje miejsce. W Podkarpaciu działa skupiony wokół lotnictwa przemysł, który współpracuje z wielkimi koncernami, a polscy pasażerowie latają samolotami napędzanymi właśnie takimi silnikami. Dla podróżnych oznacza to głównie jedno: stabilność dostaw tych komponentów przekłada się na dostępność nowych maszyn i terminowość realizacji zamówień u przewoźników.
Kwestia ta dotyczy też całej Unii Europejskiej, bo Safran i Airbus to firmy europejskie. Zdolność do samodzielnego wytwarzania tak krytycznych części jest elementem szerszej dyskusji o odporności łańcuchów dostaw. W najbliższych latach może się ona zaostrzyć: według Witheya jeden z dwóch głównych producentów, Airbus lub Boeing, może zaprezentować nowy samolot krótkiego zasięgu, a drugi będzie musiał odpowiedzieć tym samym. Rozpocznie się wtedy rywalizacja o dostawy silników, a więc i o łopatki.
Źródło: BBC News – „The engine parts that 'fight the laws of the universe’”
