Flygplansmotorer kan göras mycket lättare men ändå starka med lasersvetsade lättviktsstrukturer. Det sparar bränsle och minskar utsläpp. Tekniken, som kan få stor spridning, har utvecklats av GKN Aerospace.

För att få god bränsleekonomi och minska koldioxidavtrycket måste flygplan vara lätta. Samtidigt måste planets komponenter vara starka och klara extrema påfrestningar.

”Att använda mer material för att göra komponenterna starkare är ingen bra lösning för flygindustrin. Utan att kompromissa med de rigorösa kraven på styrka och hållfasthet har vi utvecklat en unik teknik för lasersvetsning av lättviktsstrukturer. Detta gör att delar av flygplanets motorer blir 10 – 15 procent lättare och att bränsleförbrukningen minskar betydligt”, berättar Robert Lundberg på GKN Aerospace.

Svensk innovation löser problemet

Lätt och starkt – innovativa motorkomponenter med lägre vikt bidrar till att motorn får 10-15% lägre bränsleförbrukning. Foto: INNOVAIR.

”Att kombinera ledorden lätt och starkt i en och samma tekniska lösning är inte helt problemfritt. Det är uppenbart att kraven kan motverka varandra men genom att tänka i nya banor kunde vi utmana gränserna för materialens prestanda. Detta var dock särskilt svårt i motorsammanhang där de termiska och mekaniska påfrestningarna kan vara extrema”, konstaterar Robert Lundberg.

”GKN Aerospace har utvecklat metoder för framställning av lasersvetsade lättviktsstrukturer. I praktiken innebär det att tunga komponenter av gjutgods ersätts av konstruktioner som är sammansatta av plåt, smiden och mindre gjutgods. Här gäller det att både vidareutveckla tekniken för lasersvetsning och metoderna för svetssimulering. Det senare är mycket viktigt för att förutsäga deformation och restspänningar i komponenten – något som är en förutsättning för att vi ska lyckas med den här typen av extremt viktoptimerade svetsade strukturer”.

”Resultatet av utvecklingsarbetet blev motorstrukturer som är 10 – 15 procent lättare än traditionella konstruktioner. Inom flyget är lägre bränsleförbrukning och minskad miljöpåverkan starka drivkrafter och marknaden för den här typen av teknik är därför stor. Strukturerna har tagit plats i motorprogrammet PW1000G som sitter, eller kommer att sitta i, exempelvis Bombardier Cseries, Embraer E­Jet­E2, Mitsubishi MRJ och Airbus A320neo”, säger Robert Lundberg.

”Det finns många andra sammanhang där svetsade lättviktskonstruktioner är mycket intressanta, exempelvis inom fordonsbranschen, rymdteknik och energisektorn. Som så många gånger tidigare är flygindustrin viktig som spridare av ny teknik”.

Strategiskt innovationsprogram för flyg

”Sneda vågen” innebär att utvecklingen av ny teknologi under en viss tidsperiod passerar olika stadier av teknikmognadsgrad (Technology Readiness Level; TRL). TRL 1 innebär grundforskning och TRL 9 är en beprövad produkt som nått marknaden. Illustration: INNOVAIR.

Flyget har en viktig roll i arbetet med att minska utsläppen av växthusgaser. I många avseenden har utvecklingen gått framåt och under de senaste femtio åren har flygplanens bränsleförbrukning minskat med över 50 procent. Idag svarar flyget för ungefär 2 – 3 procent av världens växthusgasutsläpp och inrikesflyget i Sverige svarar för cirka 1 procent av landets koldioxidutsläpp. Utvecklingen av bränslesnålare flygplan är av stort intresse inom EU. Med stöd från EU driver flera av medlemsländerna olika typer av samverkansprojekt mellan universitet, institut, myndigheter och industriella aktörer.

INNOVAIR är Sveriges nationella strategiska innovationsprogram för flyg. Motorprogrammet PW1000G är en del av den flygtekniska innovationsstrukturen och i första hand kommer turbinstrukturerna i PW1000G bidra till att uppfylla de miljömål för EU som satts upp av ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe). Samtidigt uppfylls de långsiktiga mål som INNOVAIR etablerat och som handlar om ökad omsättning för industrin och leveranser till internationella flygtekniska samarbeten.

”Utveckling av innovationer och teknologier inom civilt och militärt flyg sker enligt ”sneda vågens” princip. Från det att en ny våg startas kan det ta 15 år för nya teknologier att utvecklas innan de kommer ut på marknaden. Samtliga faser i teknologimognaden måste passeras – från idé och grundforskning, via tillämpad forskning och demonstrationsmöjligheter, till produktutveckling och verifierad användning av produkten. Lättviktsstrukturerna i PW1000G är ett tydligt exempel på ”sneda vågen” och produkterna är nu färdigutvecklade. Eftersom miljökraven ökar hela tiden innebär det att behovet av lättare och starkare komponenter fortsätter att öka. Lärdomarna från utvecklingen av PW1000G blir då viktiga för nästa utvecklingsvåg”, avslutar Robert Lundberg.

I projektet kring turbinstrukturerna i PW1000G har, förutom GKN Aerospace, ett antal olika aktörer ingått, exempelvis Högskolan i Väst, Luleå Tekniska Universitet, PTC Innovatum, Swerea, Pratt & Whitney, Tooltec, Brogren Industries, Permanova Laserteknik och Midroc Automation.

Artikeln publicerades i november 2017.