A repülőgépek ablakainak extrém mérnöki tudománya

Dél-Los Angelesben egy ipari rémálom kezdett kibontakozni. Május végén egy több mint 7000 gallon – mintegy 26 500 liter – mérgező anyagot tartalmazó vegyszertartály hőmérséklete gyorsan emelkedni kezdett. A tartály a GKN Aerospace tulajdonában volt, amely a repülőgépipar számára gyárt alkatrészeket, többek között repülőgépablakokat is.

Ahogy a fényes fémtartályban emelkedett a hőmérséklet, a dolgozók rájöttek, hogy komoly problémával állnak szemben. Fennállt a veszélye annak, hogy a tartály felrobban, és a környező lakónegyedekre metil-metakrilát (MMA) kerül. Ezt az anyagot műanyagok gyártására használják, és irritálhatja a bőrt, illetve a tüdőt.

A tartály hőmérséklete elérte a 100 Fahrenheit-fokot, azaz 38 Celsius-fokot – és ennél magasabbra is emelkedhetett, mivel a hőmérőn ez volt a legmagasabb kijelezhető érték.

Garden Grove városában több mint 50 000 embert evakuáltak, a tűzoltók pedig vízsugarakkal kezdték hűteni a tartályt. A helyi tűzoltóparancsnok szerint egy ponton a tartály „valójában kidudorodott”.

Szerencsére nem történt robbanás. Hónapokkal később, augusztusban a GKN és a helyi hatóságok bejelentették, hogy 100 millió dolláros – mintegy 74 millió fontos – programot indítanak az incidens miatt kitelepített lakosok kártalanítására. A telephelyen azonban, ahol az eset miatt leállt a repülőgépablakok gyártása, még mindig nem állt teljesen helyre a termelés.

Az esemény kisebb sokkot okozott a repülőgépgyártó iparban, ugyanis a GKN egyike annak a meglepően kevés vállalatnak a világon, amely repülőgépekhez gyárt ablakokat. Ezek rendkívül összetett mérnöki megoldásokat igénylő, a repülésbiztonság szempontjából kritikus alkatrészek.

A GKN Garden Grove-i üzemében jelenleg a normál termelési kapacitás mintegy 50 százaléka működik – közölte brit anyavállalata, a Melrose Industries nyilvános tájékoztatásában. A cél az, hogy a teljes termelés szeptember 28-ra helyreálljon. A GKN nem vállalt interjút a BBC-vel.

„Mindössze néhány beszállító van – valójában még néhánynál is kevesebb –, amely képes kritikus fontosságú repülőgépablakokat gyártani”

– mondja Marisa Garcia, a légiközlekedési iparág elemzője. „A repülés ellátási láncának egyik töréspontja éppen az, hogy nagyon kevés olyan vállalat van, amely megfelelő minősítéssel rendelkezik egy-egy ilyen feladat elvégzésére. Ha pedig valami félremegy, az az egész rendszert komolyan megzavarhatja.”

A Boeing a BBC-nek azt nyilatkozta, hogy „lépéseket tesz az esetleges hatások mérséklésére”, és a termelési kiesést „az egész iparágat érintő” helyzetként írta le.

„Támogatjuk a beszállítónkat” – tette hozzá a vállalat szóvivője.

Az Airbus szóvivője szerint a vállalat „szorosan figyelemmel kíséri a helyzetet, és pozitív előrelépést lát a normál működéshez való visszatérés felé”.

Mindez egy olyan időszakban történik, amikor a légitársaságok „nem tudnak elég gyorsan új repülőgépekhez jutni” – mondja Mike Stengel, az AeroDynamic Advisory tanácsadó cég munkatársa. Emiatt a légitársaságok hosszabb ideig tartják szolgálatban meglévő repülőgépeiket.

Bár a világon csak néhány repülőgépablak-gyártó vállalat működik, új versenytársak számára nehéz belépni erre a piacra az iparág szigorú szabályozása miatt – teszi hozzá Stengel. „Időbe telhet, amíg egy gyártó át tud állni egy új beszállítóra.”

Ez egyfajta „egyensúlyozást” tesz szükségessé a repülőgépgyártók és a különböző alkatrészeket biztosító beszállítóik között – mondja Stengel.

Mi kell egy repülőgépablak elkészítéséhez?

Hogy kiderüljön, pontosan mi minden szükséges egy repülőgépablak elkészítéséhez, Jean-Eric Vermonttal, a francia Saint-Gobain Aerospace vezérigazgatójával beszéltem.

„Elsősorban kereskedelmi repülőgépekre, regionális repülőgépekre és helikopterekre összpontosítunk” – mondja. Vermont azonban nem árulta el, mekkora piaci részesedéssel rendelkezik vállalata a repülőgépablakok – az iparágban használt szóval: transzparenciák – piacán.

Az utastérben, az utasok ülései mellett található ovális ablakok jellemzően műanyag alapú anyagokból készülnek – magyarázza Vermont.

„Egy akrillemezzel kezdünk” – mondja. „Ezt a megfelelő méretre vágjuk, majd kialakítjuk a formáját.”

A Saint-Gobain szóvivője megerősítette a BBC-nek, hogy a vállalat a GKN-nel ellentétben nem tárol és nem dolgoz fel MMA-t. Ehelyett már polimerizált MMA-ból, vagyis akrilból készült lemezeket vásárol.

A repülőgépgyártók egyre nagyobb utastéri ablakokat rendelnek – mondja Vermont –, hogy az utasok szélesebb kilátást kapjanak a külvilágra. Ez vonzó értékesítési szempont lehet, ugyanakkor a nagyobb ablakoknál további vizsgálatokra van szükség annak megállapítására, hogy ugyanolyan jól ellenállnak-e a terhelésnek, mint a kisebbek.

A Saint-Gobain úgy teszteli ablakait, hogy a repülési magasságban szokásosnál sokszoros nyomásnak teszi ki őket.

Az akrilalapú utastéri ablakok általában két rétegből, illetve réteglapból állnak. A Saint-Gobain azt is vizsgálja, hogy az ablak akkor is képes-e ellenállni a terhelésnek, ha az egyik réteg megsérül.

A pilótafülke ablakai teljesen mások

A pilótafülke ablakai – mondja Vermont – „teljesen más kategóriát jelentenek”.

Ezeket általában üvegből készítik, amelyet kálium hozzáadásával kémiailag megerősítenek. A folyamat során a kisebb nátriumionokat nagyobb káliumionokra cserélik. Ez segít kitölteni az üveg molekuláris szerkezetét, így az anyag a gyártás során lehűlve összenyomódik, és különösen erős, tömör szerkezetet alakít ki.

A legújabb repülőgépek egy részénél már ívelt pilótafülke-ablakokat is alkalmaznak. Ezek aerodinamikusabbá teszik a repülőgépet, ami javítja az üzemanyag-hatékonyságot. Az ívelt pilótafülke-ablakok gyártása azonban komoly kihívást jelent: a legkisebb torzulás vagy gyártási hiba is jól látható a pilóta számára.

Ezért szigorú minőség-ellenőrzéssel győződnek meg arról, hogy a késztermékben ne legyenek ilyen akadályok vagy hibák.

A madárral való ütközést is ki kell bírniuk

Minden repülőgépablaknak ellenállónak kell lennie az ütéseknek, de a repülőgép orránál található pilótafülke-ablakok különösen ki vannak téve a madárütközéseknek – mondja Vermont.

„Nem a madár sebessége a lényeg, hanem a repülőgép sebessége.”

A Saint-Gobain numerikus szimulációkat, valamint „egy jelentős méretű madár becsapódását reprezentáló fizikai teszteket” használ annak vizsgálatára, hogyan viselkednek az ablakok ilyen ütközés esetén.

„Jellemzően, ha egy repülőgép jégesőbe kerül, vagy egy elég nagy madárral ütközik, a külső réteg megreped” – mondja Vermont. „A pilótafülke ablaka erre van tervezve.”

Nemrég egy Londonból Londonderrybe tartó járatot is érintett egy megrepedt pilótafülke-ablak. Bár a repülőgépen vészhelyzetet hirdettek, a gép biztonságosan leszállt.

„Előfordulhatnak ilyen esetek” – mondja Vermont, hozzátéve, hogy a Saint-Gobain ablakai az utóbbi időben nem voltak érintettek hasonló incidensekben.

„Nyilvánvalóan egy olyan felületről beszélünk, amely két nagyon különböző környezettel érintkezik” – mondja Stengel. „Ezért ezek az alkatrészek sokkal komolyabb mérnöki tervezést igényelnek.”