Zapojení firmy LA composite do projektů Clean Sky

Společnost LA composite, s.r.o., se úspěšně zapojila do realizace 4 projektů podpořených z výzev společného podniku (Joint Undertaking, JU) pro čisté letectví Clean Sky 2 Horizont 2020 (který v současnosti pokračuje pod programem Horizont Evropa jako společný podnik Clean Aviation). JU podporuje především rozvoj čistých technologií pro letectví, a to takových, které jsou schopné výrazně snižovat emise oxidu uhličitého, oxidů dusíku a hlukové emise. Kromě toho program přispívá k rozvoji globálně konkurenceschopného leteckého průmyslu a posilování evropských dodavatelských řetězců. Společné podniky jsou formou partnerství soukromého a veřejného sektoru, do jejichž rozpočtu přispívá částí Evropská komise z programů Horizont a částí uskupení průmyslu daného sektoru.

Všechny čtyři projekty s účastí LA composite koordinoval polský partner – Letecký výzkumný ústav ve Varšavě ILOT (Instytut Lotnictwa). Třetím partnerem v konsorciích pak byl český Výzkumný a zkušební letecký ústav (VZLÚ).

V následujícím textu jsou stručně představeny dva z těchto projektů. Podrobnosti k průběhu a přínosu obou projektů sdílel formou krátkého rozhovoru manažer vývoje LA composite Ing. Petr Průcha, Ph.D.

Prvním z nich je DREAM (Design and realization of equipped engine compartments including cowling for a fast compound rotorcraft) zahájený 1. ledna 2017. Cílem projektu byl návrh a výroba horní části trupu hybridního vysokorychlostního demonstrátoru s názvem RACER firmy Airbus Helicopters. Horní část konstrukce trupu je z kompozitních materiálů a obsahuje kromě vlastních potahových panelů a vnitřní konstrukce i kryty reduktoru, kryty motorů, kryty výstupních trysek, vstupy vzduchu do klimatizace a vstupy vzduchu do motorů. Projekt byl ukončen ke konci roku 2021.

Druhým byl projekt LATTE (Full fairing for main rotor head of the RACER demonstrator) zahájený 1. září 2017. Ten byl zaměřen na vývoj a výrobu aerodynamického krytu hlavy hlavního rotoru hybridního vysokorychlostního demonstrátoru s názvem RACER firmy Airbus Helicopters. Projekt skončil 30. června 2023.

V současnosti jsou tedy oba projekty ukončené a jejich výstupy uváděny do praxe. Dne 25. dubna 2024 proběhl první let prototypu hybridního demonstrátoru RACER.

Strategií Clean Sky/Clean Aviation je snižovat dopad letecké dopravy na životní prostředí. Jak konkrétně k tomuto cíli přispívají výsledky obou projektů? Co bylo přesně úkolem LA composite v projektech?

Tato otázka je dost komplexní, proto odpovím postupně. Začnu s oblastí snižování dopadů na životní prostředí. Tento koncept vrtulníku nabízí úsporu až 20 % paliva v porovnání s konvenčním vrtulníkem, navíc ještě při cestovní rychlosti přesahující 400 km/h, čehož konvenční vrtulníky nejsou schopny dosáhnout (konvenční vrtulníky například záchranné služby mají cestovní rychlost cca 250 km/h). Této úspory bylo dosaženo několika přístupy. V první řadě se jedná o hybridní koncept, což znamená, že vrtulník RACER je schopen stejných režimů letu jako klasický vrtulník, především svislý vzlet a přistání, visení na místě za letu, ale zároveň při vyšších rychlostech využívá vztlakové síly (vztlaku) vznikající na křídlech jako u letounu. Konvenční vrtulník totiž musí veškerou vztlakovou sílu, která jej udržuje v letu, vytvořit na listech nosného rotoru. Díky tomu, že u hybridního vrtulníku část vztlaku vzniká při dopředném letu na křídlech, klesá zatížení nosného rotoru, který musí generovat o to méně vztlaku, což vede k úspoře paliva, snížení odporu hlavního rotoru a v neposlední řadě ke snížení hluku. Dalším faktorem je využití tlačných vrtulí na boku, které jednak kompenzují krouticí moment od hlavního rotoru, jednak vytváří tah pro let vrtulníku vpřed či vzad. Klasický vrtulník pro let vpřed nebo vzad musí naklonit nosný rotor nebo se musí naklonit celý vrtulník, což opět zvyšuje zatížení a odpor nosného rotoru u klasického vrtulníku. Další významnou úsporou je použití 2 motorů od firmy Safran Helicopter Engines, protože tyto motory umožňují v cestovním režimu vypnutí jednoho z motorů. To je možné právě díky využití vztlaku vytvořeného na křídlech. Funguje to tak, že část vztlaku se generuje na křídlech, takže nosný rotor pak musí vytvářet o to méně vztlaku.  Při cestovní rychlosti 400 km/h už je vztlak vytvořený na křídlech tak velký, že k pohonu nosného rotoru postačí jen jeden motor, a tak se druhý může vypnout. Ke snížení aerodynamického odporu vrtulníku pak přispěl aerodynamický kryt hlavy nosného rotoru vyvinutý a vyrobený v projektu LATTE, který umožnil významně snížit aerodynamický odpor otáčející se hlavy nosného rotoru. 

Ze strany řešitelského konsorcia jsme přispěli tím, že jsme se využitím výhod kompozitních materiálů při konstrukci i výrobě snažili dosáhnout maximální úspory hmotnosti dílů při dosažení požadovaných vlastností. Toho jsme dosáhli aplikací více přístupů. Nejvýznamnější úspora hmotnosti byla dosažena při návrhu a výrobě i tvarově velmi složitých dílů z jednoho kusu s minimalizací spojů. Samozřejmé bylo využití kompozitních materiálů s výztuží ve formě uhlíkových vláken s epoxidovým pojivem, které umožňují dosáhnout významné hmotnostní úspory v porovnání s konstrukcí ze slitin hliníku. V neposlední řadě je nutné zmínit, že bylo nutné dodržet velmi striktní požadavky na přesnost tvaru dílů i jejich slícování při sestavě pro minimalizaci odporu. Ze strany partnerů projektu ILOT a VZLÚ pak v oblasti návrhu dílů bylo samozřejmé využití numerických nástrojů pro optimalizaci konstrukce z pohledu pevnosti a tuhosti.

Společnost LA composite byla do projektu zapojena již od samého začátku, včetně fáze návrhu, kdy jsme oponovali navrhovaná konstrukční řešení z pohledu použitých materiálů, výrobních procesů, technologií a požadavků na přípravkové vybavení. Cílem bylo zohlednit tyto faktory, tak aby bylo dosaženo požadovaných parametrů navrhované konstrukce a požadavků na kvalitu, ale přitom byl dodržen harmonogram a rozpočet. Následně pak společnost LA composite odpovídala za konstrukci a výrobu veškerého přípravkového vybavení, návrh vhodných technologií a výrobních procesů i jejich parametrů a výrobu vlastních dílů včetně montáže a lepení podsestav s následným dodáním na finální montáž vrtulníku RACER.

Jak předpokládáte, že se inovace realizované ve vrtulníku RACER promítnou do jeho konkurenceschopnosti vůči alternativním řešením?

Jak již bylo uvedeno, tento vrtulník nabízí úsporu spotřeby paliva až 20 % v porovnání s dnes používanými konvenčními vrtulníky se stejnou vzletovou hmotností, ale nabízí přitom významně vyšší cestovní rychlost. Jeho obrovská konkurenční výhoda tak spočívá nejen ve snížení spotřeby paliva a z toho plynoucím snížení dopadů na životní prostředí, ale především se vymyká svou vysokou cestovní rychlostí, která je téměř dvakrát vyšší než u současné konkurence. Přitom si stále zachovává všechny výhody vrtulníku, tedy svislý vzlet a přistání, visení na místě za letu, možnost letět dozadu a další. Tyto výhody jsou významné ve všech oblastech využití vrtulníků ať už při dopravě osob, či nákladů, nebo letecké záchranné službě apod. Samozřejmě nelze opomenout zájem armády z obdobných důvodů. Na druhou stranu je třeba říci, že se jedná o letový demonstrátor a Airbus plánuje provést rozsáhlý soubor nejen letových zkoušek, tak aby plně ověřil všechny plánované vlastnosti a výkony vrtulníku RACER.

Zaměření témat ve společném podniku bývá poměrně úzké a specifické. Zvažovali jste zapojení i do „klasických“ výzev programu Horizont?

Upřímně řečeno nezvažovali, protože se nám právě tento přístup zamlouvá. Cíle těchto projektů jsou jasně definované a parametry výsledků projektu jsou velmi dobře měřitelné, takže na konci vidíte velmi konkrétní výsledky. Navíc letectví je oblast, kde jsme jako firma nejvíce etablovaní, ale pro řadu z nás je letectví i záliba a koníček.

Partnerství a společné podniky jsou v programu Horizont trochu samostatnou kapitolou a bývají vnímány jako „uzavřené kluby“ dlouhodobě spolupracujících subjektů. Co byste poradil např. malé firmě, která by se ráda do výzev Clean Aviation zapojila?

Samozřejmě letectví je obor velmi konzervativní a řada především velkých výrobců tvoří z tohoto pohledu jakýsi uzavřený klub, kam není jednoduché proniknout. Na druhou stranu programy na podporu výzkumu a vývoje požadují zapojení malých a středních podniků nejlépe z různých zemí, takže ten uzavřený klub je vlastně nucený mezi sebe ty menší subjekty vzít, aby měl návrh projektu naději na úspěch. Na projektu vrtulníku RACER participovalo celkem 40 partnerů ze 13 zemí. Nejsem si jist, zda jsem povolaný k tomu radit firmám jak se zapojit, protože my jsme žádné konkrétní kroky s cílem účastnit se programu Horizont, potažmo Clean Sky 2 nedělali. Pro nás to fungovalo tak, že si nás našli sami ti partneři, co návrh projektu připravovali.  Když nějaký subjekt připravuje návrh projektu, tak hledá zájemce vstoupit do konsorcia a nejžádanější jsou právě malé a střední firmy nejlépe ze zemí bývalého východního bloku.

Pokud mohu něco doporučit na základě našich zkušeností, pak je to nezanedbat prezentaci firmy na webu a sociálních sítích, případně u národních kontaktů evropských projektů, třeba Technologického centra. Informace o tom, co firma umí a jaké má zkušenosti by měly být snadno dostupné z veřejných zdrojů, tak aby pro subjekt připravující návrh projektu bylo co nejsnazší vhodného partnera najít dle těchto veřejně dostupných informací. Na druhou stranu pro účast v projektech, jako jsou DREAM a LATTE, je nutné splňovat některá nutná kritéria, například být držitelem certifikátu systému řízení dle AS 9100, držitelem oprávnění k výrobě dle EASA Part 21. Výhodou je pak být schváleným dodavatelem například společnosti Airbus. Takže účast není pro každou firmu, což je na druhou stranu pochopitelné v tomto oboru.

Jak probíhala spolupráce s projektovými partnery? Navazovali jste na už existující partnerství nebo se jednalo o první spolupráci?

V případě VZLÚ se jednalo o rozšíření spolupráce, která probíhala již řadu let ať už na komerční bázi, nebo v rámci jiných projektů podpořených z veřejných prostředků. Co se týče partnera a koordinátora projektu z Polska, tak se jednalo o první spolupráci. Nicméně ta se postupně rozrostla a nakonec jsme v Clean Sky 2 řešili 4 projekty.

Co se týče průběhu spolupráce s partnery projektu, nemohu si stěžovat, spíše naopak. Nechtěl bych, aby to působilo jako nějaká agitace, ale myslím, že pro všechny zainteresované to byla velmi přínosná zkušenost, protože řešení projektu v Clean Sky 2 vyžaduje velmi úzkou spolupráci. Což na jednu stranu přináší nutnost překonávání bariér nejen jazykových, na druhou stranu se mnoho naučíte.

Samostatnou kapitolou byla spolupráce s výrobcem vrtulníku společností Airbus Helicopters. S touto společností spolupracujeme jako dodavatel již 20 let, ale řešení těchto projektů bylo výjimečné. Doposud jsme totiž fungovali jako dodavatel, který dostane výkresy, specifikace a často i přípravky a realizuje výrobu dle jasně specifikovaných požadavků. Zatímco účast v Clean Sky 2 nám umožnila účastnit se od začátku vývoje zcela nového vrtulníku, který představuje významnou inovaci, a přitom vnést do řešení projektu vlastní myšlenky a schopnosti včetně významného podílu vývojových činností, takže jsme působili jako skutečný partner, ne jen jako dodavatel. 

Mohl byste stručně popsat průběh projektů? Bylo nutné řešit nějaké zásadní změny nebo problematické situace? Jak probíhala komunikace s Clean Sky?

Po technické stránce byl průběh projektů stejný jako v případě jiných komerčních vývojových projektů anglicky označovaných jako Build to Spec. Volně přeloženo vyvinout, vyrobit a vyzkoušet dle specifikace zákazníka. Projekt byl realizován včetně standardních milníků: Project Kickoff Meeting, Preliminary Design Review, Critical Design Review, Production Readiness Review, System Acceptance Review, Dodání. Jednalo se technicky o náročnější projekty, protože zahrnovaly komplexní vývoj významné části vrtulníku obsahující i zkoušky materiálů a konstrukčních uzlů, včetně zkoušek nárazu ptáka (Bird strike test).

Po administrativní stránce mohu říci, že vše šlo poměrně jednoduše a s minimem úsilí. Nebylo nutné řešit žádné zásadní změny s výjimkou prodloužení doby řešení projektů z důvodu pandemie covidu-19. Ale i prodloužení projektů byl proces administrativně relativně jednoduchý. Ale je potřeba dodat, že jsme byli partnerem projektu, nikoliv koordinátorem, který přímo jednal s Clean Sky 2, a té administrativní činnosti musel vyvinout nepochybně výrazně více. Trochu složitější situace byla v případě pojištění. Na začátku řešení projektu totiž bylo v požadavcích Airbus Helicopters, aby řešitelské konsorcium mělo pojištění odpovědnosti ve výši 50 mil. €. Nicméně postupně se podařilo vysvětlit Clean Sky a Airbus Helicopters, že jim bude muset stačit pojištění odpovědnosti podnikatele s výrazně nižší pojistnou částkou. Pojistku na takto vysokou částku s námi žádná pojišťovna v ČR uzavřít nechtěla, a už vůbec ne v tomto případě, kdy se jedná o prototyp.

Co se týče komunikace s Clean Sky 2, tak probíhala primárně elektronicky včetně formálních dokumentů, jako byly smlouvy, vyúčtování nákladů apod. prostřednictvím webového portálu. Nicméně kdykoliv jsme řešili cokoliv nestandardního či měli dotazy, nebyl problém komunikovat s konkrétním zástupcem Clean Sky telefonicky či e-mailem. Významnějších jednání či setkání se často účastnili zástupci Clean Sky, takže byl i prostor pro osobní jednání.

Fotografie: Airbus Helicopters