Xiaofeng przyjrzał się przedwczesnemu zużywaniu się łopatek turbin wysokiego ciśnienia w silnikach GE Aerospace GEnx-1B. Są to jednostki napędzające część samolotów Boeing 787 Dreamliner, podczas gdy pozostałe korzystają z konkurencyjnych Rolls-Royce Trent 1000. Odkrycie dotyczy więc konkretnych konfiguracji silnika, ale i tak uważam je za niepokojące, bo pokazuje, jak skomplikowany stał się problem trwałości współczesnych napędów lotniczych.
Silniki Boeingów 787 zaczynają pękać już po 1000 lotów?
Według najnowszych ustaleń problem dotyczy łopatek pierwszego stopnia turbiny wysokiego ciśnienia w wersjach Phase 2 i Phase 2+. Pęknięcia mają pojawiać się już po około 1000 cykli lotniczych, czyli tysiącu startów i lądowań. Przyczyna? Zmęczenie cieplne materiału, wynikające z wielokrotnego nagrzewania i chłodzenia łopatek. Dochodzą do tego ogromne siły odśrodkowe, które działają na metal obracający się z wysoką prędkością. Otwory chłodzące dodatkowo komplikują sytuację, ponieważ zmieniają geometrię łopatki i tworzą miejsca koncentracji naprężeń. Jeśli zaś pęknięcia zaczynają się rozrastać i łączyć, to mogą doprowadzić nawet do odrywania fragmentów materiału.
Czytaj też: Pierwszy samolot stealth jak nowy. Był przyszłością wojny, a dziś jego rola jest inna
Chińska analiza opisuje pięć przypadków, w których linia lotnicza musiała wymontować silniki z samolotów właśnie z powodu takich uszkodzeń. Wspomina również o degradacji powłok termoizolacyjnych, która dodatkowo zwiększa podatność odsłoniętego metalu na utlenianie oraz o pęknięciach w rejonie podstaw łopatek. Te z kolei miały doprowadzić do trzech kolejnych demontaży silników w skali globalnej.
W sierpniu 2025 roku około 417 silników GEnx, czyli 15% światowej floty tej rodziny, miało nadal korzystać z łopatek Phase 2 lub Phase 2+. Najciekawsze jest jednak to, że niektóre egzemplarze wytrzymywały nawet 4729 cykli. Skąd więc tak znaczne różnice w trwałości? Czy decydują warunki eksploatacji, różnice materiałowe, czy może sama konstrukcja? Bez dokładniejszych danych trudno rozstrzygnąć, ale właśnie ta nieprzewidywalność wydaje mi się największym problemem.
Pęknięcia nie oznaczają katastrofy, ale samoloty mogą mieć problem
Jeden z opisanych przypadków dotyczy silnika, w którym podczas inspekcji endoskopowej wykryto ubytek materiału po 1818 cyklach. Zgodnie z obowiązującymi wówczas zaleceniami jednostka powinna zostać zdemontowana w ciągu kolejnych dziesięciu lotów, ale ostatecznie wykonała ich dwanaście, zanim linia lotnicza zdołała zapewnić zamiennik. Nie oznacza to automatycznie zagrożenia katastrofą.
Czytaj też: Skrzydło samolotu zaczęło świecić. NASA zobaczyła coś, czego wcześniej nie dało się zmierzyć
Silniki lotnicze projektuje się z uwzględnieniem określonych uszkodzeń i procedur ich wykrywania, a dalsza eksploatacja zależy od charakteru usterki oraz obowiązujących ograniczeń. Według doniesień GE zmodyfikowało wytyczne dotyczące niewielkich ubytków materiału, dopuszczając w określonych przypadkach kolejne inspekcje co 100-250 cykli zamiast natychmiastowego demontażu. Dla linii lotniczych pozostaje jednak problem kosztów.
Wymontowanie wielkiego silnika turbowentylatorowego oznacza nie tylko skomplikowany remont, ale też konieczność zapewnienia jednostki zastępczej, zmianę harmonogramów i ryzyko uziemienia samolotu. Nawet jeśli więc pęknięcie nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla pasażerów, to może poważnie odbić się na ekonomice eksploatacji danego samolotu.
Przyszłość silników samolotowych zależy od chłodzenia
Warto przypomnieć, że GE nie jest jedynym producentem zmagającym się z trwałością turbin. Konkurencyjne silniki Rolls-Royce Trent 1000, również wykorzystywane w Dreamlinerach, od lat sprawiały problemy związane z łopatkami turbiny wysokiego ciśnienia. Brytyjski producent opracował więc ich przeprojektowaną wersję, w której zwiększył przepływ powietrza chłodzącego o 40%. Dzięki temu temperatura łopatek ma być niższa, co powinno znacząco wydłużyć ich żywotność.
Kiedy opisywałem rozwój silnika GE9X dla Boeinga 777X, zwracałem uwagę na ogromne znaczenie postępu materiałowego. Tam chodziło przede wszystkim o kompozytowe łopaty wentylatora oraz coraz bardziej zaawansowane materiały w gorącej części silnika. Obecne odkrycie przypomina jednak, że nawet najlepszy materiał nie rozwiąże wszystkich problemów, jeśli geometria elementu i sposób jego chłodzenia nie zapewnią im odpowiedniej trwałości.
Z drugiej strony GE już wykorzystuje sztuczną inteligencję do kontrolowania łopatek silników GEnx. Opracowany przez firmę Blade Inspection Tool pomaga analizować zdjęcia z inspekcji, a według deklaracji producenta skrócił czas kontroli z trzech do półtorej godziny. Technologia nie zapobiega samemu pękaniu metalu, ale pozwala szybciej wykrywać jego uszkodzenia.
Czytaj też: Zwykła chmura potrafi obejść zabezpieczenia samolotu
Chińskie ustalenia nie dowodzą więc, że Boeing 787 jest niebezpiecznym samolotem. Pokazują za to coś, co moim zdaniem będzie coraz ważniejsze w lotnictwie. Producenci potrafią już projektować niezwykle wydajne silniki, ale prawdziwym wyzwaniem pozostaje utrzymanie tej sprawności przez tysiące lotów bez kosztownych i nieplanowanych remontów. Zwłaszcza że każda kolejna poprawa efektywności może wymagać jeszcze trudniejszych kompromisów między temperaturą pracy, chłodzeniem i trwałością materiałów.
Źródła: South China Morning Post, Interesting Engineering, Rolls-Royce – Trent 1000, GE Aerospace
