Ka\u017cdy ju\u017c wie, \u017ce 'Dreamlinery’ stoj\u0105 bo nikt nie wiedzia\u0142 jak poradzi\u0107 sobie z problemami jakie sprawi\u0142y akumulatory w maszynie Boeinga. Konkurent, Airbus, postanowi\u0142 wróci\u0107 do sprawdzonej metody. W wy\u015bcigu pomi\u0119dzy koncernami o dominacj\u0119 na \u015bwiatowym niebie wci\u0105\u017c aktualne jest pytanie: co z now\u0105 technologi\u0105 lotniczych baterii?<\/p>\n
By\u0107 mo\u017ce k\u0142opoty Boeinga dobiegaj\u0105 ko\u0144ca. By\u0107 mo\u017ce wkrótce Dreamlinery znów wznios\u0105 si\u0119 w powietrze. By\u0107 mo\u017ce zatr\u0105 zszargan\u0105 opini\u0119. By\u0107 mo\u017ce… Wci\u0105\u017c jednak nie wiadomo co si\u0119 w\u0142a\u015bciwie sta\u0142o z akumulatorami. Co prawda ameryka\u0144ski producent krzyczy – mamy ju\u017c rozwi\u0105zanie – to jednak samoloty wci\u0105\u017c stoj\u0105, a ich w\u0142a\u015bciciele zwi\u0119kszaj\u0105 strarty. Pierwszy europejski przewo\u017anik z najnowszymi liniowcami marze\u0144, nasz rodzimy LOT, ju\u017c zapowiedzia\u0142, \u017ce z planowanej siatki po\u0142\u0105cze\u0144 wytnie Dreamlinery na pewno do ko\u0144ca pa\u017adziernika br. Czy termin b\u0119dzie dotrzymany równie tak samo jak dostawy nowych maszyn? Wkrótce mamy si\u0119 o tym przekona\u0107…<\/p>\n
Dzi\u015b faktem jest to, \u017ce Boeingi 787 'Dreamliner’ maj\u0105 powa\u017cne problemy z akumulatorami. Koniecznie trzeba podkre\u015bli\u0107, \u017ce s\u0105 to pierwsze samoloty, w których zastosowano l\u017cejsze rozwi\u0105zanie – baterie litowo-jonowe. To w\u0142a\u015bnie one s\u0105 przyczyn\u0105 ca\u0142ego zamieszania. Ich powtarzaj\u0105ce si\u0119 po\u017cary sk\u0142oni\u0142y ameryka\u0144sk\u0105 Federaln\u0105 Agencj\u0119 Lotnictwa (FAA) do podj\u0119cia drastycznych kroków – zakazu lotów tych maszyn. W \u015blad za Amerykanami post\u0105pili Europejczycy, a za nimi reszta \u015bwiata. 50 nowiutkich samolotów zosta\u0142o na p\u0142ytach lotnisk.<\/p>\n
Co to s\u0105 te akumulatory i do czego s\u0142u\u017c\u0105 baterie? Akumulator s\u0142u\u017cy do przechowywania energii elektrycznej. To w\u0142a\u015bnie energia elektryczna by\u0142a potrzebna do zasilania statku powietrznego podczas lotu w\u0142a\u015bciwie od zawsze – od czasów pierwszych, pionierskich prób braci Wright. Bracia Orville i Wilbur Wright zastosowali iskr\u0119 elektryczn\u0105 do zap\u0142onu mieszanki gazu i powietrza we wn\u0119trzu silnika spalinowego, który uniós\u0142 ich statek powietrzny Wright Flyer ponad powierzchni\u0119 ziemi i zapewni\u0142 im miejsce na kartach historii. Od czasów braci Wright samoloty stawa\u0142y si\u0119 coraz bardziej z\u0142o\u017cone i cechowa\u0142y je coraz wy\u017csze wymagania pod wzgl\u0119dem osi\u0105ganych parametrów, zatem konieczne by\u0142o stosowanie coraz bardziej zaawansowanych uk\u0142adów elektrycznych – akumulatory stanowi\u0105 ich integraln\u0105 cz\u0119\u015b\u0107. <\/p>\n
Aby móc doceni\u0107 znaczenie akumulatorów w uk\u0142adzie elektrycznym Dreamlinera 787, nale\u017cy wpierw pozna\u0107 ich zasad\u0119 dzia\u0142ania. W swojej najprostszej formie akumulatory sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z trzech elementów: dwóch elektrod, dodatniej i ujemnej (ich cz\u0119\u015bci na zewn\u0105trz akumulatora nazywamy zaciskami) oraz elektrolitu. Po pod\u0142\u0105czeniu zacisków do odbiornika zewn\u0119trznego reakcja chemiczna powoduje ruch elektronów, czyli pr\u0105d elektryczny. Do czynników branych pod uwag\u0119 w celu okre\u015blenia ilo\u015bci wytwarzanego pr\u0105du elektrycznego nale\u017cy rodzaj odbiorników w danym uk\u0142adzie oraz rodzaj akumulatora. Proces mo\u017cna porówna\u0107 z systemem wodoci\u0105gowym w budynku mieszkalnym – zbiornik s\u0142u\u017cy do magazynowania wody (energia w akumulatorze), si\u0142a wypychaj\u0105ca wod\u0119 z kranu to ci\u015bnienie (napi\u0119cie), a przekrój rury decyduje o ilo\u015bci wyp\u0142ywaj\u0105cej wody (pr\u0105d elektryczny). <\/p>\n
Dwa g\u0142ówne akumulatory na pok\u0142adzie modelu 787 magazynuj\u0105 bardzo du\u017ce ilo\u015bci energii – 65 amperogodzin przy napi\u0119ciu 32,2 woltów, czyli ponad 2 000 watogodzin energii elektrycznej. Dla porównania we\u017amy akumulator samochodowy. Je\u015bli dostarcza on 80 amperogodzin energii elektrycznej, to uk\u0142ad potrzebuje do prawid\u0142owego funkcjonowania jedynie jednego ampera, czyli samochód mo\u017ce dzia\u0142a\u0107 na akumulatorze przez 80 godzin. I odwrotnie, je\u015bli samochód potrzebuje do prawid\u0142owego funkcjonowania 80 amperów, b\u0119dzie dzia\u0142a\u0107 przez godzin\u0119. Mo\u017cna wykorzysta\u0107 ka\u017cd\u0105 kombinacj\u0119 amperów i czasu pod warunkiem, \u017ce iloczyn nie wyniesie wi\u0119cej ni\u017c 80. Amperogodziny stanowi\u0105 pewnego rodzaju uproszczenie – napi\u0119cie oraz pr\u0105d elektryczny nie „urywaj\u0105 si\u0119”nagle w pewnym momencie, lecz zanikaj\u0105 stopniowo wraz z up\u0142ywem czasu. <\/p>\n
Zalet\u0105 dzisiejszych zaawansowanych akumulatorów jest to, \u017ce s\u0105 lepiej dostosowane do napi\u0119cia i pr\u0105du elektrycznego, dzi\u0119ki czemu zapewniaj\u0105 d\u0142u\u017csze utrzymanie parametrów mocy. Ilo\u015b\u0107 energii elektrycznej, jak\u0105 akumulator musi dostarczy\u0107 w wyniku zachodz\u0105cych w nim reakcji chemicznych, zale\u017cy od mocy potrzebnej danemu uk\u0142adowi do prawid\u0142owego dzia\u0142ania. Okre\u015blenie mocy zu\u017cywanej przez uk\u0142ad elektryczny samolotu stanowi dla kadry in\u017cynierskiej kluczowy element procesu projektowania. <\/p>\n
Model 787 posiada dwa akumulatory podstawowe – akumulator dodatkowej jednostki zasilaj\u0105cej APU oraz akumulator g\u0142ówny. Mimo \u017ce s\u0105 identyczne, s\u0142u\u017c\u0105 innym celom. Podstawowa funkcja akumulatora APU polega na dostarczeniu mocy do rozruchu APU – niewielkiego silnika turbinowego umieszczonego w ogonie samolotu. Dzia\u0142aj\u0105cy silnik APU generuje moc podczas operacji naziemnych oraz do rozruchu czterech generatorów, dwóch przy ka\u017cdym silniku. Generatory te z kolei s\u0142u\u017c\u0105 do rozruchu silników. Silnik APU wraz z akumulatorem stanowi\u0105 równie\u017c element wielopoziomowej redundancji, która zapewnia zasilanie w razie bardzo ma\u0142o prawdopodobnej sytuacji utraty podstawowych \u017aróde\u0142 energii. Akumulator APU znajduje si\u0119 tu\u017c za skrzyd\u0142ami po prawej stronie, w tylnym przedziale wyposa\u017cenia elektrycznego (EE), pod pod\u0142og\u0105 kabiny g\u0142ównej. <\/p>\n
Na ziemi akumulator g\u0142ówny zasila uk\u0142ady samolotu przed rozruchem silników oraz wspiera operacje naziemne, np. tankowanie. Po w\u0142\u0105czeniu silników energia elektryczna w samolocie jest dostarczana przez cztery generatory silnikowe, a nie przez akumulator. W czasie lotu, akumulator g\u0142ówny jest dost\u0119pny w celu zapewnienia zasilania rezerwowego podczas przechodzenia z jednego \u017aród\u0142a energii na drugie oraz w celu zagwarantowania zapasowego \u017aród\u0142a mocy dla uk\u0142adów o kluczowym znaczeniu w bardzo ma\u0142o prawdopodobnym przypadku wyst\u0105pienia awarii zasilania. Znajduje si\u0119 on w przednim przedziale wyposa\u017cenia elektronicznego (EE), pod pod\u0142og\u0105 kabiny g\u0142ównej, w przedniej cz\u0119\u015bci samolotu. <\/p>\n
Prze\u0142omowe w\u0142a\u015bciwo\u015bci operacyjne modelu 787 oraz elementy przeznaczone dla pasa\u017cerów s\u0105 zale\u017cne od stabilnego i niezawodnego uk\u0142adu elektrycznego. W tym celu kadra in\u017cynierska Boeinga przeprowadzi\u0142a wnikliw\u0105 i rygorystyczn\u0105 ocen\u0119 ró\u017cnych opcji dotycz\u0105cych akumulatorów w celu dokonania wyboru urz\u0105dze\u0144 zapewniaj\u0105cych osi\u0105ganie okre\u015blonych parametrów oraz spe\u0142niaj\u0105cych restrykcyjne standardy bezpiecze\u0144stwa wyznaczone przez koncern i organy nadzoru. <\/p>\n
W lotnictwie dotychczas stosowa\u0142o si\u0119 akumulatory niklowo-kadmowe (elektrody wykonane z zasadowego tlenku niklu i metalicznego kadmu, elektrolit to wodorotlenek potasu). We wczesnych dotychczasowych modelach komercyjnych samolotów, np. 777, 747 oraz MD-11, to w\u0142a\u015bnie je stosowano. Pomimo swoich zalet s\u0105 one ci\u0119\u017ckie, du\u017ce i mniej wydajne. Jednak ameryka\u0144scy in\u017cynierowie postanowili zastosowa\u0107 rozwi\u0105zanie <\/font><\/span><\/font><\/font>litowo-jonowe (elektrody zawieraj\u0105ce grafit i tlenek litu, elektrolit – sole litowe rozpuszczone w mieszaninie organicznych rozpuszczalników w\u0119gla). Posiadaj\u0105 one<\/span> odpowiednie w\u0142a\u015bciwo\u015bci chemiczne i funkcjonalno\u015b\u0107 umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 realizacj\u0119, wymagaj\u0105cych du\u017cych mocy, operacji wykonywanych przez akumulator g\u0142ówny i akumulator APU w modelu 787, do których nale\u017cy zasilanie systemów i uk\u0142adów podczas postoju oraz rozruch silnika APU. <\/p>\n Akumulatory litowo-jonowe cechuj\u0105 si\u0119 nast\u0119puj\u0105cymi zaletami: wy\u017csze napi\u0119cie i wi\u0119ksze nat\u0119\u017cenie pr\u0105du, zachowanie funkcjonalno\u015bci akumulatorów niklowo-kadmowych przy ci\u0119\u017carze ni\u017cszym o 30 procent, kompaktowa konstrukcja – rozmiar \u015bredniego akumulatora, samochodowego, zdolno\u015b\u0107 do szybszego \u0142adowania si\u0119 oraz lepsza jako\u015b\u0107 zasilania. <\/p>\n Koncern Boeing od wielu lat u\u017cywa akumulatorów litowo-jonowych do innych celów. Przyk\u0142adowo, akumulatory u\u017cywane s\u0105 z powodzeniem w bran\u017cy satelitarnej, np. w komercyjnym satelicie telekomunikacyjnym 702, ca\u0142kowicie uzale\u017cnionym od technologii zasilania akumulatorowego. Bli\u017cej nas, akumulatory litowo-jonowe s\u0142u\u017c\u0105 do zasilania komputerów osobistych, urz\u0105dze\u0144 domowych oraz innego sprz\u0119tu. Postanowiono rozwi\u0105zanie to przenie\u015b\u0107 do samolotów. Wydawa\u0142o si\u0119 to korzystne, co wi\u0119cej systemy bezpiecze\u0144stwa stanowi\u0105ce integralny element akumulatorów na pok\u0142adzie modelu 787 zosta\u0142y zaprojektowane w taki sposób, aby przeciwdzia\u0142a\u0107 wielu scenariuszom zak\u0142óce\u0144, takim jak prze\u0142adowanie, g\u0142\u0119bokie roz\u0142adowanie, wada fabryczna, nierównomierne roz\u0142adowywanie cel akumulatora i bardzo niskie temperatury. Spo\u015bród powy\u017cszych zak\u0142óce\u0144 prze\u0142adowanie jest potencjalnie najpowa\u017cniejszym problemem, w zwi\u0105zku z czym zastosowano cztery niezale\u017cne systemy ochrony, aby go unikn\u0105\u0107. Dodatkowe poziomy ochrony w samolocie obejmuj\u0105 specjaln\u0105 obudow\u0119 akumulatora oraz odpowiednie rozmieszczenie sprz\u0119tu w przedziale wyposa\u017cenia elektronicznego w taki sposób, aby wszelkie urz\u0105dzenia znajduj\u0105ce si\u0119 w pobli\u017cu akumulatora by\u0142y redundantne (rezerwowe) b\u0105d\u017a nie by\u0142y konieczne do kontynuowania lotu. <\/p>\n Wszystko wygl\u0105da\u0142o bardzo dobrze. Model 787 przeszed\u0142 pomy\u015blnie najbardziej rygorystyczny program certyfikacji i testów w historii lotnictwa cywilnego, odbywaj\u0105c ponad 5 000 godzin lotów i tak\u0105 sam\u0105 liczb\u0119 godzin testowych na ziemi z udzia\u0142em floty sze\u015bciu samolotów testowych. Samolot spe\u0142nia wymagania Federalnej Administracji Lotniczej USA dla samolotów u\u017cywaj\u0105cych akumulatorów litowo-jonowych. Kryteria certyfikacji akumulatorów obejmuj\u0105 wiele poziomów ochrony i elementów projektu zapewniaj\u0105cych bezpieczne dzia\u0142anie urz\u0105dze\u0144, wbudowany system monitorowania przez za\u0142og\u0119 samolotu oraz systemy ostrzegania i procedury wspieraj\u0105ce bezpieczne dzia\u0142anie i serwisowanie. <\/p>\n W okresie przed styczniem 2013 r. nie dosz\u0142o do \u017cadnego incydentu z udzia\u0142em akumulatorów. W styczniu 2013 r. mia\u0142y miejsce dwa takie zdarzenia. W sprawie zaistnia\u0142ych incydentów trwa dochodzenie, które uziemni\u0142o wszystkie maszyny tego typu.<\/p>\n