Letecká doprava je síce najbezpečnejšou na svete, každoročné nešťastia však rozširujú štatistiky úmrtí. Medzi príčiny najtragickejších leteckých nehôd patria únava materiálu, mikroskopické trhliny a ďalšie, vopred ťažko zistiteľné chyby -- pokiaľ za letu odpadne kus krídla, riadiacej plochy alebo motor, piloti s tým už veľa nenarobia. Nemeckí konštruktéri pracujú na kompozitnom materiáli, ktorý by sám hlásil chyby.
"Chystáme sa predviesť krídlo lietadla z kompozitného materiálu, ktoré v sebe bude mať zabudované veľké množstvo miniatúrnych senzorov," hovorí Uršula Eulová z výskumného inštitútu Fraunhofer IDE so sídlom v nemeckom Karlsruhe. Vďaka tomu bude podľa jej slov možné zistiť skryté chyby oveľa skôr, než začnú byť naozaj nebezpečné.
Ľahký a pevný
Krídlo moderného lietadla je nesmierne komplikovaný systém, doslova natlačený množstvom najrôznejších mechanizmov. Počas letu naň pritom pôsobia veľmi silné záťažové faktory. Aj najmenšie poškodenie môže mať katastrofálne následky. Konštruktéri sa preto snažia zlepšiť nielen mechanické vlastnosti materiálov, z ktorých sa krídla zhotovujú. Usilujú sa tiež o to, aby nové technológie dokázali včas odhaliť prípadné nebezpečenstvo. Materiál pripravovaný vedcami z Fraunhofer IDE dokáže oboje dohromady.
Krídla pripravované nemeckými odborníkmi budú z kompozitného materiálu s veľkým podielom vláknitej zložky. Kompozitné materiály sa skladajú z dvoch alebo z viacerých zložiek s rozdielnymi vlastnosťami. Typickým príkladom môže byť napríklad laminát, ktorého sklenené vlákna majú vysokú pružnosť a pevnosť, zatiaľ čo druhá zložka -- živica -- vyniká tvrdosťou. Výsledkom je hmota, ktorá má pri nízkej hmotnosti lepšie vlastnosti ako každá z jej zložiek samostatne.
V letectve sa používajú komponenty z uhlíkových vlákien, ktoré majú ešte lepšie vlastnosti ako sklo. "Dôležité je, aby vlákna v materiáli boli orientované v smere, ktorým pôsobí najväčšie namáhanie, a aby podiel vláknitej zložky bol čo najvyšší," vysvetľuje Jan Kuppinger z vývojového tímu. "Podarilo sa nám vyvinúť výrobný proces, pri ktorom vlákna dosahujú 50 až 60 percent celkového objemu. To je oveľa viac, než v doteraz bežných technológiách. Výsledkom je vysokopevný a pritom mimoriadne ľahký materiál, ktorý je ideálny nielen pre letecký či automobilový priemysel, ale aj pre iné extrémne namáhané konštrukcie."
Lietadlá so zmyslami
Nové kompozitné materiály môžu zároveň obsahovať veľké množstvo miniatúrnych senzorov, ktoré budú priebežne sledovať stav konštrukcie či namáhanie, ktorému je vystavená. A dokážu upozorniť na prípadné chyby už v zárodku ich vzniku. Dôležité je, že snímače nezvýšia hmotnosť a nezhoršia odolnosť a mechanické vlastnosti krídla. To nebolo totiž v doterajších technológiách možné.
Nová technológia je založená na využití miniatúrnych piezoelektrických článkov, na ktorých vzniká elektrické napätie, keď sú vystavené tlaku alebo namáhané v ohybe. Dokážu teda "vnímať" aj chvenie konštrukcie krídla. Ak sú v ňom rozmiestnené vo veľkom množstve podľa určitého vzorca, každá drobná zmena v mechanických vlastnostiach konštrukcie zmení signál produkovaný určitými skupinami senzorov. Palubný počítač tak môže priebežne diagnostikovať stav krídla a varovať pred nebezpečenstvom oveľa skôr, ako by na chybu prišla pozemná kontrola.
Vývoj nových leteckých materiálov vo Fraunhofer IDE je súčasťou európskeho programu nazývaného Clean Sky (Čistá obloha), ktorý vznikol ako reakcia na zvýšenú hustotu leteckej prevádzky a vzrastajúcu ekologickú záťaž. Cieľom je lietadlo, ktorého motory produkujú o polovicu menej oxidu uhličitého ako súčasné stroje a sú o polovicu menej hlučné. Práve nové ľahké materiály sú jednou z ciest, ako to docieliť.
Riešenie podľa bratov Wrightov
Piezoelektrické prvky však môžu fungovať aj opačne: zmenami elektrického napätia sa deformujú. Niektorí leteckí konštruktéri sa preto snažia zlepšiť vlastnosti krídla tak, že by z neho odstránili všetky zložité a zraniteľné mechanizmy krídeliek, vztlakových klapiek, aerodynamických bŕzd a ďalších systémov. Vďaka zmenám tvaru veľkého množstva piezoelektrických prvkov v kompozitnom materiáli by sa totiž mohol podľa potreby meniť tvar krídla ako celku. V skutočnosti to nie je úplne nová myšlienka. Práve naopak, rovnako fungovali najstaršie letecké konštrukcie prvých priekopníkov.
Bratia Wilbur a Oliver Wrightovi riadili svoj legendárny stroj metódou, ktorá dnes vyzerá ako kuriozita: letec pomocou lanových prevodov točil konce pružných krídel. Neskôr však konštruktéri prešli na tuhú konštrukciu krídla s pohyblivými ovládacími plôškami. Lietadlá riadené točením krídel sa zdali byť navždy odsúdené na pobyt v leteckých múzeách.
Vedci z amerického Dryden Flight Research Ceneter však zistili, že točenie krídel má predsa len niečo do seba. Pri transsonických a supersonických rýchlostiach dovoľuje ovládať lietadlo jemnejšie, bez chvenia a ďalších nepriaznivých javov. Odstránením hydraulických systémov sa tiež zníži hmotnosť krídla a spoľahlivosť jeho ovládania. Americkí leteckí konštruktéri preto v rámci programu Active Aeroelastic Wing vyvinuli pružné krídlo, ktoré môže pilot do určitej miery skrúcať, a tak stroj spoľahlivo riadiť vo všetkých režimoch letu. Bratia Wrightovi by však svoje riešenie najskôr nepoznali. Skrútenie krídla ovládajú elektronické prvky riadené počítačom prostredníctvom špeciálneho softvéru. Systém v súčasnosti podrobujú testom na pokusnom lietadle F/A--18A. Na vývoji spolupracuje aj firma Boeing.
Jan A. Novák, spolupracovník HN