Inżynierskie rozwiązania dla zrównoważonego lotnictwa i kosmosu

4 marca to Światowy Dzień Inżyniera obchodzony pod hasłem „Inżynierskie rozwiązania dla zrównoważonego świata”. W Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa pracuje ponad 1000 inżynierów tworzących przełomowe technologie, które wpisują się w cele zrównoważonego rozwoju. Na co dzień współpracują oni ze światowej klasy dostawcami najnowszych rozwiązań technologicznych, w tym GE Aerospace, GE Vernova, Baker Hughes, Wabtec, Boeing, Middle River Aerostructure Systems. Które z rozwiązań opracowanych przez inżynierów Instytutu są wykorzystywane w obszarach lotnictwa, kosmosu i energetyki czy przemyśle?

Światowy Dzień Inżynierii na rzecz Zrównoważonego Rozwoju to doskonała okazja do spojrzenia na osiągnięcia inżynierów pracujących w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa. Co ciekawe, choć na co dzień ich dokonania mogą być kojarzone z branżą lotniczą, w tym z bezzałogowymi statkami powietrznymi (BSP) i kosmiczną, to znajdują one zastosowania w takich sektorach jak energetyka, branża wydobywcza, ale także branża motoryzacyjna.

Rozwój lotnictwa przyjaznego dla środowiska

Odejście od szkodliwych paliw na rzecz naturalnych metod wytwarzania energii to temat, który leży na sercu inżynierów nie tylko branży motoryzacyjnej, ale również lotniczej.

– W Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa prowadzi się badania emisji zanieczyszczeń (COx, NOx) oraz hałasu przez silniki lotnicze, w celu zminimalizowania ich negatywnego wpływu na środowisko. Jedocześnie zespół inżynierów realizuje projekty w zakresie rozwoju hybrydowych systemów napędowych. W Instytucie prowadzone są również badania nad wykorzystaniem wodoru jako alternatywnego paliwa w lotnictwie. Realizacja innowacyjnych projektów w doświadczonym zespole jest ogromną szansą rozwoju kariery inżynierskiej dla tych, którzy dziś studiują czy myślą o wyborze kierunku studiów – wyjaśnia dr inż. Sylwester Wyka, zastępca dyrektora ds. badawczych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Nad jakimi projektami pracują inżynierowie z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa? Zespół realizuje m.in. projekt HERFUSE, którego celem jest opracowanie prototypu innowacyjnego kadłuba do hybrydowo-elektrycznego samolotu pasażerskiego. Sukces tego przedsięwzięcia wpłynie pozytywnie na cel redukcji emisji gazów cieplarnianych. Zmiana koncepcji napędowej i użycie technologii hybrydowych/elektrycznych będzie wymagała jednak opracowania całkowicie nowej struktury płatowca. Projekt koordynowany przez włoską firmę Leonardo skupi się na wyzwaniach optymalizacji struktury kadłuba, zastosowania nowych materiałów, innowacyjnych technologii produkcji i montażu.

Rozwój lotnictwa bezzałogowego szansą dla zrównoważonego transportu

Bezzałogowe statki powietrzne potocznie określane jako drony mogą w przyszłości zrewolucjonizować sektor transportu i wpłynąć na znaczny spadek zanieczyszczeń wytwarzanych głównie przez transport drogowy. Inżynierowie Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa pracują nad kolejnymi patentami dla rozwiązań, które mogą się do tego przyczynić.

– Bezzałogowe statki powietrzne mogą stanowić alternatywę dla powszechnie stosowanych form transportu. Dlatego też nasi inżynierowie pracują nad szeregiem rozwiązań, które z jednej strony będą miały zastosowanie zarówno militarne, jak i cywilne. Przykładem takiej technologii jest system umożliwiający precyzyjne i bezpieczne podejście do lądowania typu MSL (Microwave Landing System). Rozwiązanie to sprawdzi się zarówno podczas lądowania awaryjnego oraz jako mobilny system precyzyjnego podejścia zdolny do uzyskania zdolności operacyjnej w bardzo krótkim czasie i na dowolnej wysokości nad terenem. Rozwiązanie jest autonomiczne i niezależne od sygnału GPS. Zastosowany w nim automatyczny system kalibrujący zapewnia poprawne działanie w rożnych warunkach topograficznych – mówi dr inż. Bartosz Dziugieł z Centrum Technologii Lotniczych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Innym z zastosowań opracowanych przez inżynierów Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa jest zastosowanie roju dronów do dynamicznie optymalizowanego zarządzania przemieszczaniem się zbioru niezależnych, autonomicznych obiektów.

– System miałby wspierać ewakuację ludzi i zwierząt z zagrożonych obszarów. Zastosowanie wynalazku może mieć też szersze zastosowanie, np. w ruchu drogowym, w przypadku dużych skupisk ludzi, np. podczas imprez masowych, gdzie występuje ryzyko zdarzeń niebezpiecznych dla życia i zdrowia – kontynuuje dr inż. Bartosz Dziugieł.

Zielone materiały pędne

Rozwiązania, nad którymi pracuje Instytut sięgają także kosmosu. Są to m.in. ekologiczne paliwa i utleniacze do satelitów, lądowników i rakiet kosmicznych. Silniki rakietowe potrzebują ogromnej mocy do działania. Materiał pędny oparty na nadtlenku wodoru o wysokim stężeniu (powyżej 98%), którego metodę opracowano w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa, jest przyjazny dla ludzi i środowiska, a jednocześnie wykazuje wyjątkowe osiągi w silnikach. Stało się ono alternatywą dla dotychczas stosowanej, silnie szkodliwej dla środowiska hydrazyny.

– W Instytucie opracowano również wiele konstrukcji różnego typu silników oraz modułów napędowych opartych na ekologicznym utleniaczu. Pracownicy Instytutu rozwijają swój potencjał badawczy w wyjątkowym na skalę europejską i światową Centrum Laboratoryjnym Napędów Rakietowych i Satelitarnych – mówi dr inż. Adam Okniński, dyrektor Centrum Technologii Kosmicznych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Nie tylko kosmos i lotnictwo

Technologie, które opracowali inżynierowie Instytutu znajdują swoje zastosowanie również w branżach wykraczających poza lotnictwo i kosmos. Przykładem jest wykorzystanie termoformowanych materiałów kompozytowych do wytwarzania elementów pochłaniających energię uderzenia.

– Technologia pochłaniania energii uderzenia została opracowana w ramach projektu: "Projekt absorbera energii zderzenia czołowego dla pojazdu osobowego (CRASH-BOX)" realizowanego przez Sieć Badawczą Łukasiewicz w ramach konsorcjum Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa i Łukasiewicz – Przemysłowego Instytutu Motoryzacji. Zastosowanie tej technologii np. w fotelach samolotów, czy samochodów osobowych przekłada się na zwiększenie ochrony pasażerów podczas lądowania awaryjnego lub uderzeń w wyniku wypadku na drodze. To także element zrównoważonej produkcji, bo kompozyty termoplastyczne mogą być przetwarzane na inne produkty poprzez przetapianie – mówi dr inż. Bartłomiej Waśniewski, kierownik Działu Technologii Kompozytów Termoplastycznych i Analiz Strukturalnych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Recykling i strategiczne zarządzanie materiałami

Według szacunków ONZ do 2050 roku światowe zużycie materiałów, takich jak biomasa, paliwa kopalne, metale i minerały może się podwoić, a ilość wytwarzanych rocznie odpadów może wzrosnąć o 70%. Inżynierowie w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa projektują rozwiązania, które pozwolą pozostać surowcom w gospodarce tak długo jak to możliwe, aby ograniczyć produkcję odpadów.

– Jedną z szans na zrównoważoną produkcję jest zastosowanie przetworzonego materiału w druku 3D. Wykorzystywany w Instytucie zintegrowany proces projektowania i wytwarzania pozwala na wypracowanie kompleksowego ekosystemu dla wielu gałęzi przemysłu. Wśród korzyści tego rozwiązania możemy wymienić obniżenie kosztów surowców, obniżenie konsumpcji energetycznej oraz zmniejszenie ilości odpadów. Warto nadmienić, że dziś technologicznie jesteśmy gotowi na to, by drukować 3D w materiałach polimerowych tj. elastomery, kompozyty, ABS, jak również w metalu, w tym miedzi – mówi Jacek Walasik, kierownik Działu Nowoczesnych Technik Wytwarzania w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Kadra inżynierska z międzynarodowymi kompetencjami

Wśród inżynierów, którzy są autorami tych przełomowych rozwiązań, są m.in. konstruktorzy, analitycy, mechanicy, analitycy niezawodności, elektrycy, automatycy, inżynierowie ds. jakości i obsługi testów. Wielu z obecnych pracowników Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa rozpoczęło swoją karierę zawodową w Instytucie jeszcze na studiach jako młodsi inżynierowie, a zdobywając wiedzę i doświadczenie awansowało na stanowiska kierownicze.

– W 2023 roku inżynierowie Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa wielokrotnie odwiedzali fabryki i miejsca produkcji silników oraz części lotniczych naszych strategicznych klientów, takich jak GE Aerospace oraz Middle River Aerostructure Systems. Bliska współpraca z działami produkcji pozwala inżynierom konfrontować wyniki ich badań i testów z rzeczywistymi efektami. Taka współpraca jest również otwarciem na łączenie kariery zawodowej z badawczą, szczególnie w przypadku doktoratów wdrożeniowych. Dzięki tym działaniom możemy wspólnie ze światem biznesu optymalizować powstające rozwiązania również pod kątem ich przełożenia na środowisko naturalne i nasz klimat – mówi Artur Rudnik, dyrektor Engineering Design Center w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Wśród inżynierów, Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa jest określany jako trampolina do sukcesu. Corocznie prowadzone są tutaj nowe rekrutacje związane z rozwojem organizacji, nowymi klientami, wśród których są tak uznane firmy technologiczne takich jak GE Aerospace, GE Vernova, Baker Hughes, Wabtec, Boeing czy Middle River Aerostructure Systems.