Aktuality

Přestože má Česká republika renomovanou a dlouholetou tradici v konstrukci, testování a výrobě leteckých motorů, nejmodernější prvek ekosystému, systém zkušeben spravovaný ČVUT, byl postaven na zelené louce. S výraznou podporou zákazníka na startu, společnosti GE Aviation Czech, jsou zkušebny zaměřeny na mnoho leteckých OEM a jsou připraveny testovat i zcela nové technologie.
 
Asi není lepší otázky na začátek, než jak se k průmyslové a nikoliv čistě vývojové či experimentální zkušebně ČVUT dostalo? Přeci jen, v českých podmínkách jsou zkušebny spojeny spíše s organizacemi jako je VZLÚ, VTÚL a PVO případně LOM PRAHA...

Základní požadavek na začátku byl, že nejde jen o zkušebny, ale především o vybudování ekosystému pro letecké a kosmické technologie. Ekosystém je prostředí představované univerzitou a průmyslovým podnikem/podniky. Univerzita má výzkumníky, studenty a přístroje. Univerzita má některé unikátní přístrojové vybavení, které používá pro výzkum, ale průmyslový podnik na něm může provést jemu nedostupná měření. Univerzitní výzkumníci mají znalosti v oboru a jiný akademický pohled na problematiku, a tak i pro průmyslový podnik je cenné s univerzitními výzkumníky o problémech svých výrobků diskutovat a zažehnout v nich úvahy a neformální výzkum dlouhodobých problémů oboru, které mohou a občas i vyústí v crazy řešení a nečekané inovace. Univerzita má studenty, kteří jednak mají mladiství entuziasmus a přinášejí nové pohledy na život a obor a jednak jsou očekávaní zaměstnanci průmyslového podniku.

Základní výhoda univerzity oproti výzkumnému ústavu je, že na univerzitu každý rok přijde nová generace studentů s novým pohledem na život a většina po 5-10 letech odejde do další praxe. Výzkumný ústav má obvykle většinu zaměstnanců pracujících v ústavu celý život s pohledem na život daný jejich generací.
Další požadavek byl, aby vybudovaný ekosystém mohl sloužit více průmyslovým podnikům. To může univerzita velmi snadno. V neposlední řadě se paradoxně zdá, že průmyslový podnik na univerzitě své know how snadněji ochrání (pokud je ošetřeno) než ve výzkumném ústavu.
Konečně na straně ČVUT bylo, možná z neznalosti, trochu více odvahy.
 
Jak probíhá vybudování zkušebny evropského formátu na zelené louce? Přeci jen, nové schopnosti v letectví rostou primárně evolučně, ale u Vás to vypadá na menší revoluci...

Samozřejmě ČVUT (a asi nikdo v ČR) by se na takové zkušebny nikdy nezmohlo, kdyby zde nebyla jedinečná souhra dvou podmínek: bylo možné získat financování pro velké investice z OP VVV (věda, výzkum, vzdělávání) a GE Aviation bylo ochotné poskytnout své know how o zkoušení leteckých motorů. Bez této investiční a znalostní injekce by to nešlo. Znalosti o zkoušení motorů, zvláště ty praktické, nikde nekoupíte. Nový motor GE je navržen do bílého místa na trhu a tomu odpovídají i nové zkušebny nemající jinde obdobu. Existuje mnoho zkušeben pro velké letecké motory, ale málo pro menší letecké motory a navíc pokrývající komplexně potřebné experimenty.
 
Můžete popsat zkušebny co do schopností, které nabízejí? Měření parametrů motoru je jistě široký pojem, který by stál za bližší vysvětlení.
Obecně každá zkušebna zatěžuje běžící letecký motor jiným způsobem a při tom měří děje probíhající v motoru. Jádrová zkušebna pracuje jen s částí motoru obsahující kompresor, spalovací komoru a turbínu jako zdroj energie motoru a volná turbína je nahrazena výstupní tryskou, která vytváří protitlak výstupním plynů a produkuje tah. Velikost protitlaku a tahu motoru a tím režim práce celého motoru je možné řídit protitlakem vzduchu dodávaného do výstupní trysky externími kompresory. Dynamometrická zkušebna obsahuje celý motor, jeho výstupní hřídel je brzděn vodní brzdou - dynamometrem. Na vrtulové zkušebně se testuje celý motor včetně kompletní zástavby obsahující i vrtuli, která odporem vzduchu motor přirozeně brzdí. Všechny zkušebny při tom umožňují paralelně měřit přes 800 nízkofrekvenčních signálů (tlaky, teploty, průtoky, …) a 200 kanálů vysokofrekvenčních jako vibrace či napětí.

Konečně létající zkušebna je upravené letadlo se dvěma motory, z nichž jeden je nahrazen zkoušeným motorem. Motor je zkoušen za reálných podmínek letu v celém rozsahu letové obálky tedy kombinaci různých výšek a rychlostí letu. Za letu lze měřit  asi 400 kanálů různých údajů o chování motoru i letadla.
 
Součástí zkušebního kompletu měla být i létající zkušebna. Můžete ji představit blíže? 

Létající zkušebna je speciálně upravené letadlo umožňující zástavbu experimentálního motoru a měřící ústřednu pro měření chování motoru a letadla. Naše létající zkušebna je přestavěné letadlo King Air 350 s přetlakovanou kabinou, a tak má dostup až 10 km. Na levém křídle je zástavba pro zkoušený motor a uvnitř jsou připravena dvě pracoviště měřicího systému pro testovací inženýry.
 
Jaké typy motorů a do jakých velikostí můžete zkoušet?

Vybudované zkušebny byly primárně navrženy pro turbovrtulové motory. Na zkušebnách lze však zkoušet všechny ostatní typy leteckých motorů, zvláště turbínových. Podmínkou je jen jejich velikost a výkon. Na dynamometrické je to 3300 kW s 10kNm momentu při 3500 ot/min, na vrtulové 1500 kW a 22 kN tahu a průměr vrtule 2,7 m. Důležitý je ale bohatě dimenzovaný měřicí systém s 1000 a více měřenými kanály, z nichž 200 a více se vzorkuje 200 kHz.
 
Jak je na tom zkušebna dnes z hlediska oprávnění od leteckých autorit, aby byly její výsledky validní a použitelné pro výrobce letecké techniky? Jste schopni výsledky své činnosti "prodávat" pod značkou ČVUT, nebo je třeba je podsunout pod oprávnění výrobců jako je třeba GE Aviation Czech?

V současné době jsme na cestě od systému řízení kvality pod oprávněním GE Aviation Czech dozorovaným UCL pod EASA k samostatné registraci systému řízení kvality ČVUT. Zde přebíráme znalosti a zkušenosti od GE Aviation. Bez samostatné registrace ČVUT bychom užití zkušeben leteckým výrobcům mohli nabízet jen obtížně.
 
Co je největší předností Vašich zkušeben? Jak vlastně vypadá a co umí konkurence? S ohledem na vznik před krátkou dobou jste jistě mohli do vzniku zkušeben integrovat moderní technologie a postavit je zcela na nové úrovni. 

Obecně existuje na světě mnoho zkušeben pro velké letecké motory. Pro kategorii menších motorů takových zkušeben je málo. Například létajících zkušeben pro motory je řada, ale většinou ve velikosti velkých dopravních letadel typu Airbus, Boeing. Výhoda našich zkušeben je dále poměrně velká úplnost realizace potřebných experimentů pro zkoušení motorů, od jádra přes dyno po vrtuli a létající zkušebnu. Naše zkušebny jsou výzkumné, a tak mají  měřicí systém schopný rozsáhlého měření. Výhodou také je, že vrtulové zkušebny mají přirozené horizontální proudění vzduchu na rozdíl od většiny, které mají obvykle zakřivené proudění přívodním a odvodním komínem. A v neposlední řadě propojení s universitou poskytující možnost vytvoření ekosystému je také výhodou.  
 
Jak se na práci zkušebny podílejí další schopnosti Vaší fakulty od analýz až přes třeba konstrukci a podobně? 

Zkušebny jsou součást Centra leteckého a kosmického výzkumu Fakulty strojní ČVUT a z této pozice využívají schopností Fakulty strojní. Bez tohoto zázemí by ani zkušebny nevznikly. Fakulta svými kompetencemi pokrývá veškerý průmysl, neboť průmysl vyrábí na strojích, abychom si mohli výrobky moci ekonomicky pořídit. Tedy podpora je ze všech myslitelných směrů. Několik příkladů z nedávné doby – měření vibrací konstrukce laserovým vibroskenerem, výroba vozíku na přepravu zkoušeného motoru, návrh a výroba kryogenního zařízení pro vytvoření proudu vzduchu -50oC, měření hluku nad 160 dB, měření složení spalin, automatizace zpracování dat, IT kybernetická bezpečnost aj. Zkušebny vznikly na základě OP VVV projektu, který je založen na znalostech a schopnostech fakulty pro excelentní výzkum. Naše schopnosti podporovat zkušebny v nejrůznějších směrech rostou. Mimo jiné proto, že postupně získáváme znalosti od GE Aviation a budujeme vlastní expertízu v oboru.
 
Jak jsou vlastně zkušebny velké ve smyslu počtu zaměstnanců? Nemáte problém se sháněním odborníků ať již z řad studentů, nebo externě?   

Původní koncept činnosti zkušeben byl, že obsluhu zkušeben objednáváme u dodavatelů VZLU a Praga Avia. Posléze se ukázalo, že potřebujeme vytvořit vlastní týmy na zkušebnách kvůli koncentraci jejich znalostí a udržitelnosti. Nyní máme pro každou zkušebnu 5 členný tým schopný zkušebnu provozovat. Problémy se zajištěním odborníků máme, dnešní covidová doba nám ale trochu pomáhá.
 
Co bylo klíčem k tomu, že si společnost GE Aviation Czech za partnera vybrala právě ČVUT a nikoliv třeba společnost LOM PRAHA s.p., která má ve Staré Boleslavi velké zázemí s několika zkušebními boxy?

GE Aviation Czech hledala v České republice vznik ekosystému pro letecké technologie a to naplňuje nejlépe univerzita, jak jsem již uvedl. ČVUT v Praze je spolu s VUT Brno jediné univerzity, které pěstují letectví. ČVUT je ale jediná universita, kde se pěstovala konstrukce leteckých motorů. Vznik katedry letadel na Fakultě strojní ČVUT byl vlastně spojen s vývojem motoru M601 pro Let 410 v Motorletu/Walter. A tak logicky cesta vedla k nám. Budování zkušeben probíhá na základě projektů OP VVV pro posílení výzkumných a výukových kompetencí v leteckých a kosmických technologiích a na tom se podílí i VUT Brno.
 
ČVUT je co do vymezení veřejným zadavatelem, který ale funguje na tržním prostředí. Jaký dopad na Vás má zákon o zadávání veřejných zakázek? 

Uplatnění všech zákonů a předpisů, jako je zákon o zadávání veřejných zakázek, pravidla projektů OP VVV, Rámec společenství EU, pravidla hospodaření veřejné vysoké školy a další, je opravdu velmi náročné. Probíhají nestále diskrepance s fungováním komerční sféry. Zvládáme to jen díky excelentním administrativním pracovníkům a vnějším poradenským firmám.
 
S ohledem na omezení daná zákonem pro veřejné zadavatele, nepřemýšleli jste o vydělení zkušeben do samostatného podniku?

Během budování a v současné době o tom nepřemýšlíme, protože by pak nebyly dosažitelné mnohé nutné podmínky. Je to například použitelnost financování z projektů OP VVV, je to možnost se ucházet o statut Velké výzkumné infrastruktury, je to fungování principů ekosystému. Do budoucnosti ale takovou transformaci nevylučuji, šlo by například o uplatnění postupů ústavů Fraunhoferovy společnosti v Německu.
 
V ČR a v letectví zvláště se dlouhodobě hovoří o propojení akademické a firemní sféry ve smyslu plynulého přechodu studentů po absolutoriu do společností. Jak se daří tuto strategii uplatňovat?   

Dobré a důležité věci se neodehrávají jednoduše. Naši absolventi nemají nejmenší problém najít zaměstnání. A snad proto ten přechod není z pohledu jednotlivých firem plynulý a přímočarý. Absolvent si může vybírat a vybírá. Na druhé straně průmyslové společnosti se o studenty zajímají, nabízejí jim různé praxe a částečné zaměstnání, zadání diplomových prací, a tak vzájemné kontakty studenti a firmy navazují. Není to ale přímočaré a jednoduché, žádná výrobní linka zaměstnanců.
 
Kromě GE, jak se Vaší fakultě daří spolupracovat s výrobci letecké techniky?

Ano, fakulta strojní ČVUT spolupracuje s řadou výrobců letecké techniky v České republice. Jako největší ukázku bych uvedl vznik celokompozitového ultralightu UL-39 ALBI postaveného ve spolupráci s firmami LA composite, s.r.o. a JIHLAVAN airplanes, s.r.o.
 
Protože se projekt zkušeben propaguje již několik let, zaznamenáváte zvýšený vliv na uchazeče o studium na Vaší fakultě či nějaký dopad třeba na postgraduální studium? 

Spolupráce s GE Aviation Czech nemá vliv na počet uchazečů o studium na ČVUT nebo na Fakultě strojní ČVUT. Má však vliv na velikost a strukturu studentů studijního programu Letectví a kosmonautika. Jejich počet se zdvojnásobil a to právě v počtu studentů specializace Letecké motory.
 
Ve vztahu ke zkušebnám se vždy hovoří téměř výlučně o společnosti GE Aviation Czech, která byla hlavním impulsem k vzniku zkušebny.  Máte ale i další ambice? Projevují o zkušebnu zájem i další společnosti?

O využití zkušeben a o budování ekosystému postupy obdobnými, jako užilo GE Aviation Czech, projevuje zájem celá řada celosvětových a evropských výrobců leteckých motorů. Naše ambice od počátku jsou vybudovat širší základnu pro spolupráci s řadou průmyslových firmem v celém oboru aerospace. Ostatně tak znělo zadání od vlády České republiky, abychom posílili výzkumné a výukové kompetence na ČVUT, a tak přispěli k podpoře rozvoje leteckých a kosmických aktivit v ČR jako důležitého segmentu průmyslu, který navíc může diversifikovat specializaci České republiky na automotive. Toto zadání úspěšně plníme, a proto se tiskových konferencí a slavnostního otevírání zkušeben ČVUT zúčastňuje i pan premiér Babiš a pan ministr MPO Havlíček.
 
Jak vidíte vývoj pohonných jednotek v letectví do budoucna. U vrtulníků a turbovrtulových letounů se začínají objevovat koncepty doplňkového elektrického pohonu pro periferie, u turbodmychadlových motorů se zdá, že se vývoj dále ubírá ke snížení spotřeby a hluku. Kam se dle Vás vývoj motorů posune v následujících dekádách?

Podle mého názoru brzy budou vyvinuty a použity hybridní pohony letadel, kde je jeden tradiční turbínový motor a několik elektromotorů. Dále nastane zkoumání a užití alternativních paliv a biopaliv pro letecké motory s cílem snížení uhlíkové stopy a exhalátů. Budou užity nové konstrukce a výrobní technologie, jako je 3D tisk, morphing lopatek, mechatronika, digitální technologie, Průmysl 4.0 a další, a to povede ke snížení dnešních negativ a vzniku nových výhod leteckých motorů. Půjde o snížení spotřeby, uhlíkové stopy, hluku a o zvýšení spolehlivosti, uživatelského komfortu, výkonů. Jako důsledek covidové doby očekávám větší zájem o menší letadla a tedy i menší letecké motory.
 
Je zkušebna připravena do budoucna i na zkoušky alternativních pohonných jednotek? Co by to vlastně znamenalo třeba měřit a zkoušet elektrický motor?

Zkušebny ČVUT jsou připraveny i na zkoušky alternativních pohonů letadel. Uvažuje se o biopalivech, hybridních pohonech a i elektrických. Vůbec se zdá, že v postcovidové době začnu být zkoumány alternativní pohonné jednotky pro menší letadla. Zkoušet elektrický motor vlastně není tak odlišné.  V podstatě jde opět o brzdění motoru a maření dodávané energie. To lze na dynamometru stejně jako na vrtuli.
 
České letecké subjekty si často nacházejí od letectví cestu i k vesmírným technologiím. Existuje využití schopností ČVUT i v této oblasti?

Ano, ČVUT se angažuje i ve vesmírných technologiích. Fakulta strojní ČVUT iniciovala vznik Národního centra kompetence pro letectví a kosmonautiku, návrh vzniku Velké výzkumné infrastruktury pro pokročilé letecké a kosmické technologie, nyní s českými firmami podává projekty do ESA. Ve studijních programech máme specializaci kosmonautika.
 
Plánuje ČVUT další podobné projekty? 

Ano, plánuje. V přípravě je podobný projekt s dalším významným světovým výrobcem leteckých motorů na vybudování ekosystému kolem výstavby dalších typů zkušeben leteckých motorů. Tím by se dále rozšířilo a zúplnilo spektrum experimentů a zkoušek, které by ČVUT mohlo dělat pro výzkum, výuku v oboru a pro nabídku spolupráce s leteckými výrobci.
 
Dnes se nelze nezeptat, jak se na chodu projevuje pandemie koronaviru?

Před pandemií jsme měli ve zkušebně 50 inženýrů. Během dvou týdnů v únoru 2020 jsme dokázali zajistit, že na zkušebně jich bylo 5 a ostatní byli doma na home office, třeba v Itálii. Všichni viděli a sdíleli  měřená data z experimentů s motory online v reálném čase a mohli experimenty řídit. Takto to zní jednoduše, ale zajištění dostatečné průchodnosti internetového připojení a jeho kybernetické bezpečnosti byla velká výzva pro IT specialisty ČVUT i GE Aviation Czech.
 

Originální článek v angličtině, který vyšel na webu aero-space.eu najdete ZDE.