Opracowywany przez Polaków kompozyt może zrewolucjonizować lotnictwo. Lekki, wytrzymały materiał będzie pracował w ekstremalnie wysokich temperaturach

Przemysł lotniczy potrzebuje materiału, który zastąpi drogi tytan i ciężki nikiel w produkcji części do silników. Kluczowe jest to, by mógł on być wykorzystywany w ekstremalnie wysokich temperaturach, przekraczających możliwości obecnie dostępnych na rynku materiałów. Nad takim kompozytem bazującym na specjalnej żywicy polimerowo-ceramicznej pracują eksperci General Electric Company Polska. Pozwoli on zredukować masę samolotów, co oznacza mniejsze zużycie paliwa, a więc także większe oszczędności, i umożliwi dostosowanie maszyn do napędzania paliwami nowej generacji.

– W przemyśle lotniczym główne zastosowanie znajdują kompozyty węglowe, które powstają przez połączenie włókien węglowych z żywicami organicznymi, np. epoksydowymi. Zastosowanie tych materiałów pozwala na znaczną redukcję masy konstrukcji samolotu, ale też silników lotniczych. Kompozyt ten stosuje się przy projektowaniu kadłubów, skrzydeł, ale też innych części. W silnikach lotniczych z kompozytu węglowego wykonuje się łopaty, ale także obudowę do głównego wentylatora – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria Innowacje mgr inż. Justyna Kurzeja, młodszy inżynier w General Electric Company Polska. – Większość materiałów kompozytowych nie może być stosowana w wysokich temperaturach. Jest to spowodowane czynnikiem technicznym, który wynika z pogorszenia własności materiałowych wraz ze wzrostem temperatury, oraz aspektami czysto ekonomicznymi, jak to ma miejsce w przypadku kompozytów ceramicznych.

Opracowywany w Polsce materiał ma być alternatywą dla obecnie stosowanych w lotnictwie stopów tytanu lub stopów niklu. Wadą tych pierwszych są przede wszystkim wysokie koszty, drugich – wysoka gęstość, co przekłada się następnie na wysoką masę komponentów wykonanych ze stopów niklu.

– Pracujemy nad materiałem, który pozwoli na przesunięcie barier obecnie blokujących możliwe szersze zastosowanie materiałów kompozytowych do konstrukcji części silników lotniczych. Bariery te są głównie związane z ekonomią, jak i ograniczonymi właściwościami w podwyższonych temperaturach – informuje dr inż. Michał Jasiczek, starszy specjalista inżynier w General Electric Company Polska.

Części wykonane z kompozytu, nad którym pracują polscy naukowcy, ma być nawet o 40 proc. lżejszy od tych obecnie wykonanych ze stopów tytanu. Zastosowanie go w silnikach lotniczych pozwoliłoby więc na znaczną redukcję masy samolotów, która przełożyłaby się na niższe spalanie paliwa.

– Jeżeli mówimy o redukcji masy chociażby o 5 kg na jednym silniku lotniczym, co przekłada się na 10 kg łącznie na samolocie, to statystycznie co ósmy lot pozwala na zabranie dodatkowego pasażera na pokład bez ponoszenia dodatkowych kosztów. Wydaje się to niewiele, natomiast biorąc pod uwagę skalę transportu lotniczego, gdzie dziennie odbywa się około 100 tys. lotów, ma to ogromne znaczenie – dodaje dr inż. Michał Jasiczek.

Mniejsze zapotrzebowanie na paliwo oznacza poprawę konkurencyjności linii lotniczej, a to może mieć bezpośrednie przełożenie na ceny biletów lotniczych dla pasażerów oraz ceny transportu lotniczego.

Opracowywany przy wsparciu unijnych funduszy materiał kompozytowy ma bazować na innowacyjnej żywicy polimerowo-ceramicznej. Ma być wykorzystywany w lotnictwie przede wszystkim do budowania wysokociśnieniowych sprężarek i turbin, co oznacza pracę w temperaturach przekraczających obecne granice stosowalności komercyjnie dostępnych materiałów kompozytowych. General Electric Company Polska współpracuje nad tym projektem wraz z Instytutem Lotnictwa. Planowany termin wdrożenia innowacyjnego materiału to ok. 2030 rok. Odbędzie się ono równolegle z certyfikacją nowej generacji silników lotniczych, które obecnie są w fazie projektowania oraz rozwoju w ramach GE.

– Czynnik, który ma znaczenie szczególnie dla przyszłych generacji silników lotniczych, to planowane przejście przemysłu lotniczego na paliwa alternatywne, takie jak tzw. sustainable aviation fuel, czyli SAF, oraz wodór, gdzie ze względów ekonomicznych redukcja masy prawdopodobnie będzie miała dużo większe znaczenie niż obecnie, z powodu spodziewanych wyższych kosztów przyszłych paliw niż obecnie stosowanych – podkreśla starszy specjalista inżynier w General Electric Company Polska.

Eksperci GE przypominają, że według Międzynarodowego Zrzeszenia Przewoźników Powietrznych (IATA) paliwa SAF ograniczą emisję gazów cieplarnianych o ok. 80 proc. Dla pozostałych 20 proc. kluczowe znaczenie będą mieć technologie redukujące masę własną silników lotniczych – obok innych rozwijanych technologii, które umożliwią obniżenie zużycia paliwa i niższą emisje gazów cieplarnianych.

Według Precedence Research wielkość światowego rynku kompozytów została wyceniona na ponad 94 mld dol. w 2021 roku. Do 2030 roku osiągnie około roczne przychody na poziomie ponad 163 mld dol. Wśród głównych czynników napędzających rozwój tej branży autorzy raportu wskazują rosnące zapotrzebowanie na lekkie materiały w sektorze obronnym, motoryzacyjnym i lotniczym.