Bezpečnost v letectví – materiálové testování I. část

Každý z nás, jistě zná legendární letecké motory Rolls-Royce, nebo Pratt and Whitney. Viděli jsme je na spoustě letadel a slyšeli je burácet desítky let na nebi po celém světě. Co vlastně předchází provozu, kompletaci motorů, nebo výrobě komponentů?

Je to testování a to samotného materiálu, ze kterého se vyrábí lopatky motorů, hřídele turbín, nebo jakákoliv jiná důležitá součást v leteckém průmyslu. Na to, aby materiál prošel až k finálnímu dílu, je potřeba dlouhé cesty, plné norem, specifikací a standardů. Právě zkoušky materiálu jsou v leteckém průmyslu velice důležité! Žádný výrobce si nedovolí použít nezkontrolovaný, či nevyhovující materiál, vpustit do výroby, nebo samotného provozu a tím ohrozit životy cestujících a posádky letadel.

Legendární motor z firmy Pratt and Whitney, verze R-2800-CB17 o výkonu 2,500 hp (1,890 kW)

         Podívat se pod pokličku, této pro mnohé alchymii, se nyní můžeme vydat společně a to přímo do testovací laboratoře firmy Element Materials Technology s.r.o. v Plzni (https://www.element.com/). Ta se zabývá materiálovým zkušebnictvím, ve většině právě pro letecký průmysl. Plzeňská pobočka, spadá do skupiny Element, která je nadnárodní společností, mající dohledatelné kořeny ve zkušebnictví již v roce 1827 (založeno jako Stork Engineering Group), což je více než 190 let historie! V současné době zaměstnává více než 6600 zaměstnanců ve 200 laboratořích ve světě. Rozsah služeb po světě je neuvěřitelný, firma nabízí od testování materiálů, testování kvality výrobků, kontrolu a certifikaci pro letecký průmysl, dopravu, rafinérii, infrastruktury obecně, až třeba testování pro farmacii. Více se lze dočíst na stránkách firmy, kde je průvodní slovo od prezidenta a CEO společnosti Jo Wetze - https://www.element.com/about-element/our-origins. Zde mi dokázali ladně poodhalit tajemství materiálů pro letecký průmysl, ale pojďme od začátku. 

Pro základní informace jsem oslovil ředitele firmy, Ing.Martina Končala.

Ing.Martin Končal

Co je to Element?

Jednoznačně materiálová zkušebna.

Takže patříte do nějakého výrobního sektoru, nebo pod leteckého výrobce?

Kdepak, Element je nezávislá materiálová zkušebna, což je ten klíč k čistému letectví a pro naše zákazníky to nejdůležitější pro věrohodnost. Nepatříme žádnému výrobci a tím je garantováno, že naše testování je nezávislé. Nejsme tedy výrobní společnost. Když nepočítám vzorky na testování, které si zde opracujeme dle specifikace, jen opravdu provádíme testy. Takže garantujeme nezávislost a kvalitu.

Pokud je to možné říct, kdo jsou Váši zákazníci?

Myslím, že říct to mohu. Z předním evropských kováren to jsou Wyman Gordon / PCC, Böhler Aerospace,Otto&Fuchs, ERAMET, kteří kovou materiály pro letectví. Pak to jsou největší výrobci hliníkových komponentů pro letectví v Evropě, jako je Aleris a Amag. No a samozřejmě je tady spolupráce s konečnými výrobci, třeba motorů, jako je General Aviation, Safran, Pratt and Whitney nebo Rolls-Royce.

Bombardier DASH 8-400 a motor Pratt and Whitney Canada PW100

Vypadá to na obrovskou zodpovědnost, je to ve finále výrobek, který je součást letadla. Je tady nějaký zvláštní přístup?

Prosazuji, že je důležité, aby si náš tým v této laboratoři uvědomoval, že je součástí letectví a tím i k tomu přistupoval. Musí si uvědomovat, jakou práci dělají. Rád připomínám, že až poletí na dovolenou s rodinou, budou mít jistotu, že doletí.

Airbus A380 osazen motory Engine Alliance GP7200 nebo Rolls-Royce Trent 900

No a co zaměstnanci?

Snažíme se vybírat zodpovědné zaměstnance. Nikdo samozřejmě nevidí do člověka, ale chceme, aby ten člověk měl v sobě zodpovědnost, spolehlivost a v podstatě si uměl ručit za svoje výsledky práce. Důvěra v člověka a v takovém týmu musí být stoprocentní. To vše se snažíme profilovat už při výběru, ale stává se, že se musíme rozloučit s někým už ve zkušební době. No a ohledně vzdělání, ti, kteří rozhodují, jsou většinou vysokoškolsky vzdělaní, ale jde spíše o to, jak je člověk nadaný a jaký má osobní přístup k práci. Vize firmy je být nejdůvěryhodnější testovací laboratoř na světě a výsledky naší práce a tím naplnění této vize, vychází právě z důvěry v naše zaměstnance a jejich zodpovědnosti při plnění každodenních úkolů.

Ale i tak je zde lidský faktor. Ti lidé přeci vykonávají práci.

Ano je, ale ten se odstraňuje nutnou 100% kontrolou a to všeho, ať jde o rozměry, výsledky testů, kondice atd. Tady jde opravdu o bezpečnost. Musíme prostě zajistit minimální chybovost. Tohle by prostě v automotive nešlo, tam se kontroluje třeba každý stý kus, nebo tisící. Tady zákazník obdrží certifikát ke každému materiálu a bez toho to do letadla nejde. Finální produkt jako je třeba motor, bude mít ve složce schválení od nás, že vydrží to, co požaduje konstruktér. Takže ta pracovní kultura je velice důležitá.

Zkušební rámy

Je v leteckém průmyslu tlak jako je třeba v automotive?

Určitě, v dnešní době je všude. Zákazník neprodá materiál bez certifikátu. Tedy očekává, že to otestujeme co nejdříve. U testů, které trvají dva dny, očekává, že s dopravou vzorku k nám, naším rozřezáním materiálu, vyrobením vzorku, testováním a vyhodnocením, bude mít výsledky třeba do 5 dnů! Máme otevřeno 24 hodin, 7 dní v týdnu, 52,5 týdnů v roce. Pokryjeme požadavky od Mechanického testování, po Metalografii, kde máme třeba 16 zaměstnanců, což je na takový druh oddělení veliký počet.

To je jistě fantastické, ale co třeba současná krize s Covid-19? Ovlivnilo to letecký průmysl opravdu hodně, letadla stojí, výroba nových letadel je zpomalená, ovlivnilo to i Vás?

Určitě ano, letectví dostalo tvrdou ránu. Všichni se ve firmě soustředíme  na to, abychom toto období přežili s minimálními ztrátami. Před krizí jsme dělali 140-150 tisíc testů ročně! Nyní předpokládáme pokles o 40%.

Otázka na odlehčení, létáte rád?

No, po Evropě nemám problém :) 

Děkuji za Váš čas!

Velká část této zkušebny se zabývá testováním deformací materiálu s názvem Creep a Stress Rupture (SR). O tomto jsem si promluvil s vedoucím oddělení Creep a SR, Lukášem Ryklem.

 
Lukáš Rykl, vedoucí Creep a SR laboratoře u testovacího rámu Creep.

Lukáši, můžeš prosím laicky vysvětlit co to je Creep?

Určitě, je to deformace materiálu pod konstantní zátěží v definovaném čase a teplotě, což znamená, že to jsou ideální podmínky testu. Třeba zkoušky z lopatek (z turbínového motoru), které simulují provoz. Ukazuje to reálnou životnost testovaného materiálu.

Takže test je na reálný provoz?

To samozřejmě záleží na zákazníkovi. Obvykle normy jsou stavěné na reálný provoz, ale nejde to takhle definovat. Je to jiné, pokud je to třeba vývoj. Tam to může být nadefinované na to, co materiál maximálně snese, ale vždy testujeme na předepsané specifikace.

Na začátku jsi říkal, že jsi vedoucí i SR, prozraď, co to je?

Je to obdoba Creepu, jediný rozdíl je tam v zatížení, které je několikanásobně vyšší. Nepohybujeme se pod mezí kluzu a materiál se nechá testovat až do přetrhnutí. Tam potom měříme reálné prodloužení a také to, o kolik se zúžil průměr testovaného vzorku.

Co je tedy jinak?

Při druhu testování Creep odečítáme prodloužení materiálu v reálném čase, za to u SR zjistíme, kolik ten materiál vydrží až po testu.

Nejde si nevšimnou vysoké teploty v okolí strojů, má to důvod?

Určitě to má význam, jelikož testujeme materiály od pokojové teploty po 1200°C, takže jsou zde pece, ve kterých jsou právě ty vzorky testovány. Třeba v zimě je to příjemné prostředí . Testy umíme, jak jsem říkal do 1200°C, což třeba plně pokrývá teplotu provozu u leteckých motorů.

Jak dlouho tam ten materiál je?

To je opět na specifikaci, ale máme je tam od 20 hodin, třeba po 5000 hodin a více! Nejčastěji ty vysoko hodinové testy jsou pro Rolls-Royce, který má obrovský rozsah využití po světě, hodně vývoje a spousty zájmů i ze strany států, tedy armádní sektor. Zajímavostí je třeba test materiálu, směřujícího do letectví, který zde byl testován více jak 10 000 hodin, což je přes 416 dní!

 
Celkový pohled na testovací stroje typu SR

Máš tady nějaký speciální test, nebo něco opravdu zvláštního?

Myslím si, že to je asi Stress Relaxation test, což je takové testování „stárnutí“ materiálu pod zátěží a teplotou. Pak zjišťujeme tu strukturu materiálu, co to s ním udělalo. Tedy takové urychlení stárnutí s nahlédnutím do budoucnosti materiálu po několika letech běžného užívání.

Vypadá to všechno děsně složitě a když si říkal, že ty materiály jsou někdy v běhu i 5000 hodin, kolik těch testů tady proběhne.

Tři operátoři jsou schopni naložit 24 Creep testů denně a SR při dvou lidech až 30 testů denně. Neuvěřitelné množství za měsíc.

Děkuji za zajímavé informace!

Poznat všechny detaily testování je jistě náročné a jsem rád za srozumitelné vysvětlení a podporu ze strany firmy. V dalším díle se opět podíváme do firmy Element, ale tentokrát na mechanické a únavové testování leteckých materiálů.

Děkuji

Autor článku: Tomáš Zach

Foto: archiv autora