Dla firmy Rolls-Royce, której silniki odrzutowe Trent napędzają znaczną część floty Airbusów A350 latających w piaszczystym regionie, pył nie jest abstrakcyjną niedogodnością. W rzeczywistości stanowi bezpośrednie zagrożenie dla czasu pracy silnika na skrzydle, kosztów obsługi oraz konkurencyjności na jednym z kluczowych rynków dalekodystansowych na świecie. Dlatego też w Derby, a dokładniej mówiąc, w kompleksie testowym znanym jako Testbed 80, firma prowadzi wieloletni eksperyment, którego celem jest uczynienie swojego silnika znacznie bardziej odpornym na takie warunki. Cel jest prosty – wydłużyć życie kluczowych komponentów tak, aby linie mogły utrzymywać silniki na skrzydle zdecydowanie dłużej bez pogorszenia osiągów i jednocześnie przekonać wymagających klientów, że Trent XWB-97 będzie silnikiem godnym zaufania w pustynnej eksploatacji w długiej perspektywie.
Ukryty wróg silników odrzutowych na długich trasach
Problem z piachem w silnikach zaczyna się przy ziemi. Lotniska w Zatoce Perskiej i szerzej na Bliskim Wschodzie otoczone są terenem suchym i piaszczystym. Podczas startu i lądowania silniki zasysają powietrze wypełnione cząstkami znacznie drobniejszymi niż typowy piasek budowlany, a bardziej przypominającymi w dotyku puder. Wewnątrz silnika turbowentylatorowego te cząstki po prostu nie przelatują przez środek i nie znikają. Są wciągane głęboko w sprężarkę i turbinę, gdzie temperatura gazów w najgorętszych strefach potrafi przekraczać 1600°C. Wtedy dochodzi do najgorszego.
Zawarte w pyle minerały chemicznie atakują stopy wysokotemperaturowe i ceramiczne powłoki, przyspieszając korozję i erozję łopatek oraz kierownic turbiny. Po drugie, najdrobniejsze cząstki mają tendencję do osadzania się w mikroskopijnych kanałach i otworach chłodzących, które inżynierowie wiercą w tych elementach. Gdy te kanaliki zaczynają się zatykać, to z automatu spada też przepływ chłodzącego powietrza, rośnie temperatura metalu, a żywotność komponentu dramatycznie się skraca. Rolls-Royce podkreśla, że nie jest to problem bezpieczeństwa lotu, bo silniki nie przestają nagle pracować w powietrzu, ale i tak stanowi to poważne wyzwanie dotyczące sprawności i trwałości. Zablokowane otwory chłodzące i zużyte powłoki oznaczają wyższe temperatury gazów wylotowych, większe zużycie paliwa oraz częstsze przeglądy warsztatowe.
Długie odcinki lotów przy wysokim ciągu w połączeniu z nieustannie wysokimi temperaturami powietrza i tak stawiają przed silnikami ogromne obciążenia termiczne. Dokładając do tego drobny pył, łatwo zrozumieć, dlaczego linie z Dubaju, Abu Zabi czy Dohy patrzą na statystyki trwałości silników znacznie uważniej niż większość konkurencji. Time on wing, czyli liczba godzin lub cykli, przez które silnik może pozostać na skrzydle zanim trzeba go zdjąć do poważnego remontu, przekłada się wprost na dziesiątki milionów dolarów na przestrzeni życia jednego egzemplarza. Pojedynczy remont kapitalny silnika szerokokadłubowego może bowiem przekroczyć 10 mln dolarów, więc nawet jedna uniknięta wizyta w warsztacie na silnik to dla przewoźnika obsługującego dziesiątki A350 ogromna różnica.
Testbed 80, czyli symulowana pustynia w Derby
Aby zmierzyć się z tym problemem, Rolls-Royce zamienił Testbed 80 w Sinfin koło Derby w kontrolowaną burzę piaskową. Obiekt, który firma określa jako jedno z największych i najbardziej zaawansowanych stanowisk testowych silników na świecie, pozwala uruchamiać pełnowymiarowe silniki Trent przy wysokiej mocy, z precyzyjną kontrolą przepływu powietrza, temperatury oraz składu cząstek wtryskiwanych do wlotu.
Ponieważ zwykłe wsypywanie lokalnego piasku do wlotu nie odtworzyłoby precyzyjnie warunków panujących na Bliskim Wschodzie, Rolls-Royce we współpracy z Uniwersytetem w Manchesterze opracował syntetyczny pył odpowiadający składem mineralnym i rozkładem wielkości cząstek ultra drobnemu materiałowi spotykanemu na pustynnych hubach. W efekcie powstał proszek tak delikatny, że zachowuje się bardziej jak dym niż jak żwir. Ten syntetyczny pył jest precyzyjnie dozowany do strumienia powietrza na wlocie, aby zasymulować tysiące startów w Dosze czy Abu Zabi i skompresować lata realnej ekspozycji do zaledwie kilku miesięcy testów.
Aktualna kampania podzielona jest na kilka faz. W pierwszych etapach inżynierowie skupiali się na zrozumieniu, gdzie dokładnie pył odkłada się wewnątrz silnika i które elementy cierpią najsilniejsze zużycie. Kolejne fazy wprowadzają z kolei zmiany konstrukcyjne do silników, które następnie przechodzą przez tę samą brutalną ekspozycję na pył, aby sprawdzić, czy modernizacje rzeczywiście przynoszą deklarowane korzyści. Według Rolls-Royce’a kilka z tych faz jest już zakończonych, a silniki, które przeszły dwa pierwsze pakiety ulepszeń, wróciły do liniowej eksploatacji.
Co dokładnie zmieniono w silniku Trent XWB-97?
Rodzina Trent XWB napędza Airbusa A350, ale wariant -97 używany w cięższej wersji A350-1000 pracuje przy wyższej temperaturze i większym ciągu niż mniejszy brat -84. To właśnie ta kombinacja wysokiej temperatury pracy i pustynnej eksploatacji jest obszarem, w którym szkody powodowane przez pył bolą najbardziej. Rolls-Royce zaatakował ten problem z kilku stron. Po pierwsze, firma zmieniła część stopów i powłok stosowanych w sekcji turbiny, sięgając po nieokreślone materiały lepiej znoszące wysokie temperatury i mniej wrażliwe na agresywną chemię pustynnego pyłu. Po drugie, inżynierowie przesunęli i przeprojektowali część mikrootworów chłodzących doprowadzających chłodniejsze powietrze na powierzchnie turbiny. Celem jest ulokowanie tych otworów tam, gdzie są mniej podatne na zapychanie przez pył, przy jednoczesnym utrzymaniu odpowiedniego przepływu chłodzącego powietrza i temperatur metalu w bezpiecznych granicach.
Nie są to kosmetyczne poprawki. Rolls-Royce spiął je w uporządkowany program zwiększania trwałości obejmujący kilka modeli Trent, z Trentem XWB-97 w roli kluczowego beneficjenta. W 2024 roku firma ogłosiła wieloletni program inwestycyjny o wartości 1 mld funtów brytyjskich, którego celem jest poprawa trwałości całej floty, z wyraźnie wskazaną częścią środków przeznaczoną na wydłużenie czasu pracy na skrzydle w najtrudniejszych warunkach. Jak więc wygląda w liczbach na dziś? Rolls-Royce deklaruje, że silniki zawierające pierwsze pakiety zmian przeciwpyłowych mogą już latać około 60 procent dłużej pomiędzy remontami w porównaniu z pierwotnymi wersjami.
Obecnie Trent pracujący w sprzyjających warunkach potrafi pozostać na skrzydle na tyle długo, by pokonać ekwiwalent około 500 okrążeń globu, zanim najgorętsze elementy wymagają wymiany. Odpowiada to mniej więcej 20 milionom kilometrów. Deklarowana ambicja obecnego programu to mniej więcej podwojenie tej wartości do około 2028 roku.