Акумулаторните проблеми на Boeing 787 – Dreamliner

Добър ден, как спахте? Вероятно ще кажете добре, защото знам, че знаете, че не ме интересува въобще. Едно място, на което със сигурност не спят добре в последните седмици обаче, е инженерният отдел на Boeing, след като в следствие на инциденти с акумулатори, федералните авиационни власти (FAA – Federal Aviation Administration) на САЩ приземиха тяхното последно бижу и гордост – Boeing 787 – Dreamliner. Но нека не претупваме хронологията.
 

Предистория

787 Dreamliner е изключително амбициозен проект на Boeing. Когато в средата на 90-те двата гиганта Boeing и Airbus правят проучване за следващите си модели самолети, стигат до съвсем различни крайни резултати. Airbus залага на A380 – двуетажния мастодонт, с явната цел да транспортира възможно най-много хора между големите световни летища. Фокусът е на концепцията на хъба и спиците, стигате до крайната си дестинация чрез прекачване в някое от големите летища – за Европа силни хъбове са Франкфурт, Лондон – Хийтроу, Париж – Шарл де Гол, Мадрид и Амстердам.

Боинг пък решават да заложат на директните връзки и правят по-малък самолет, който е пригоден да лети на дълги разстояния – тук споменатия 787 Dreamliner. Концепцията му включва доста революционни технологии – за първи път ще се използват толкова композитни материали за граждански самолет, а голяма част от системите са напълно електрически. Не е забравен и комфорта на пътниците – влажността на въздуха ще е по-висока спрямо останалите самолети, прозорците са по-големи и, като цяло, самолетът обещава да е по-тих. На авиокомпаниите е гарантирано спестяване на гориво от 15-20%, защото те пет пари не дават за комфорта на пътниците, ако не им се отразява във финансовия отчет. Всичко това прави Dreamliner най-бързо продавания самолет в историята.
 

 
След време обаче, идва отрезвяването. Всичките модерни технологии, а и големият процент аутсорсване на компоненти, водят до забавяне на цялата програма общо с 3 години и половина преди най-накрая самолетът да влезе в употреба миналата година с японската All Nippon Airways(ANA). Влизането в експлоатация не е съвсем чисто също, появяват се проблеми с пукнати стъкла, течове на гориво, все неща, които са сравнително нормални при първоначалната употреба на нов тип самолет, но които малко потъмняват блясъка на машината.

Докато не се стигне до последния месец с два, привидно еднакви, проблема с акумулаторите. Първо, един от тях се самозапалва, докато самолетът на Japan Airlines (JAL) е на земята в Бостън, а седмица по-късно подобно нещо се случва и по време на полет със самолет на ANA. В резултат, FAA заповядва приземяването на модела в границите на Щатите, нещо, което каскадно е последвано от регулаторните органи по целия свят. И така, в момента чудото на Boeing седи на земята и очаква трескаво работещите инженери на Boeing да открият какво точно е сбъркано.
 

Какво означава да приземиш самолет?

Има голямо объркване и незнание в областта. Някои хора си мислят, че може да се прави от PR подбуди или е вследствие на емоции, които не винаги са рационални. Подобно решение със сигурност носи огромна отговорност, не само за сигурността на пътниците, но и финансова, затова не трябва да се взима лесно, под влияние на субективни емоции като патриотизъм и лични симпатии.

Отговорът е, че решението се взима от математическо уравнение! Чисто и просто. В модела влиза категорията на инцидентите, пораженията, потенциалният риск, броят самолети в употреба (ако две батерии се запалят в B737, който лети от 40 години и е доказано сигурен самолет, със сигурност никой няма да го приземи) и кой знае какво още. Вкарваш параметрите, виждаш дали крайният резултат е под определено число и издаваш директивата, ако се налага.

Може да си мислите, че “катастрофална” повреда е широко понятие, но в тази област е точно дефинирано. Катастрофална е тази повреда, която води до директна заплаха за живота на пътниците и всеки сертифициран самолет трябва да докаже, че шансът подобна да се случи е веднъж на 1 000 000 000 полетни часа. Ясно и точно. От там, производителите го доказват чрез статистически данни от употребата на дадени компоненти с годините. Например, ако даден елемент се ползва вече 40 години на хиляди машини, то имаме много точна извадка колко математически му е рентабилността. Въобще, анализът на риска е доста интересна дисциплина, ето една картинка, която показва допустимите рискове спрямо размера на аварията:
 

 
С машини като 787 обаче, имаме доста нови технологии, които за първи път се влагат в самолет в този мащаб, затова и изчисляването на риска не може да е докрай прецизно, въпреки че в математическия модел със сигурност влиза несигурността на нетестваните в практиката решения. В случая, преди да върне самолета в небето, FAA ще изисква от Боинг да преизчисли риска от катастрофален инцидент в следствие на пострадал акумулатор и да демонстрира, че взетите мерки са достатъчни.
 

Защо B787 използва литиево-йонни акумулатори?

Дриймлайнерът е първият самолет, който използва литиево-йонни акумулатори като основни. Защо не са се спрели на утвърдените решения при предишни модели самолети? Отговорът е многозначен, но на първо време, главната причина е в килограмите. Литиево-йонните батерии са много по-леки спрямо доставената енергия, сравнено с по-традиционните никел-кадмий. В конктекста на B787, говорим за спестяване на около 300кг, което може да ви се струва малко при празно тегло от 110 тона, но на практика тези 300кг може да са 3 пътника допълнително за всеки полет за целия живот на експлоатация на машината. Грубата сметка сами можете да си я направите, но разбирате, че сумата от това спестяване никак не е миниатюрна.

Друга причина да наложи тези акумулатори е, че новата машинка на Боинг е с много повече електрически системи. В повечето самолети доста от функциите, например херметизацията и климатичната система, работят чрез директно взимане на компресиран въздух от двигателя. Този въздух е под високо налягане и температура и последващото му охлаждане позволява в кабината температурата да е +20, а не -50, колкото е навън. Друго приложение на този компресиран въздух е за пневматичните системи в самолета, като например спирачките. При Dreamliner-a обаче, всичките тези функции са електрически, което ще рече, че двигателят върти генератори, чиято енергия се използва в последствие за херметизация, климатик и спирачки.

Наличието на толкова много електрически системи налага и наличието на мощните акумулатори. Всъщност, самите акумулатори не правят почти нищо по време на експлоатация – те са там, за да поемат енергийните нужди, ако двигателите спрат. И, евентуално, да подадат първи тласък към APU-то при запалване, ако летището не може да подаде ток. APU е малка турбинка в опашката на самолета, която служи за ел. захранване, докато машината е на земята и при други ситуации, виждали сте й изхода, но не сте се замисляли вероятно за какво служи.
 

 
Но като цяло, тези акумулатори са само като резервен щит при проблеми с двигателите. А трябва да са мощни, защото, ако се наложи самолетът да кацне при спрени двигатели, трябва отнякъде да дойде достатъчно енергия за тези електрически спирачки, които при по-старите модели самолети са пневматични (ще ме извинявате, ако бъркам пневматика с хидравлика). А като трябва да са мощни, трябва или да са Ni-Cd и да са огромни и тежки, или Li-ion и да са малки и леки, но пък с по-експлозивни повреди.
 

Как се повреждат Li-ion батериите?

Стигаме до мечтата на пиромана. Li-ion батериите съдържат толкова много енергия при толкова малко обем, че когато се случи проблем, изгарянето им е впечатляващо.
 
httpv://www.youtube.com/watch?v=C5_-eBbDE0s
 
Проблемът в случая е, че трудно може да се разбере какво точно е предизвикало избухването. Може да е късо съединение между клетките, може да е презареждане, може да е нарушаване на целостта, общо взето, при всякакви проблеми li-ion батерията реагира по един и същи начин – с избухване и изгаряне. Естествено, в днешно време имаме разработени механизми за предотвратяване на такива ситуации, иначе всеки път като забравите зарядното в контакта, щеше да е необходимо да си търсите нова къща, а с пожарникарите – да се познавате по име.

Не че всъщност пожарникарите могат да помогнат много, де, батериите горят, докато им се изчерпи ресурса, при първия инцидент с боинга на JAL са минали 40 минути преди акумулаторът да изгори всичките си електролити и да изгасне.
 

 
Т.е. Boeing имат ужасно тежката задача да открият какво е причинило избухването. Не се знае дали е дефектна партида акумулатори, не се знае дали е проблем в защитните механизми, не се знае дали е проблем в софтуера, недай си боже да е фундаментален проблем в електрическата система. За капак на всичко, изглежда и че кутията, която трябва да пази батерията при подобни ситуации, изпуска. Всъщност, това е основното, което притеснява FAA – фактът, че при появяване на проблем има изтичане на електролити. При втория инцидент е усетена миризма в кабината, а това не би трябвало да се случва. По време на полет, пушек и пожар под пода би трябвало да бъде консервиран там, това е едно от изискванията на сертификацията, които, изглежда, също са нарушени.
 

Проблеми на растежа или тежка грешка?

Трудно е да се отговори на този въпрос. От една страна са феновете, които не искат да признаят, че проблемът е сериозен. За тях е нормално подобни неща да се случват при влизане в експлоатация на модела. И всъщност, донякъде са прави, нито едно влизане в експлоатация не е безпроблемно, винаги има ръбчета за доизглаждане, които не са забелязани по време на тестовете. Airbus A380 имаше конструктивен проблем в двигателите на Ролс Ройс, проявяващ се при определени параметри на настройките, използвани от авиокомпанията Qantas. Стигна се до гръмнал двигател по време на полет, случай, който описах тук. Точно пък този инцидент съвсем случайно доведе до откриване на пукнатини в крилата, там, където не би трябвало да ги има.

Общо взето, безгрешна машина не може да се създаде, дори до ден днешен регулаторите продължават да издават препоръки за Airbus A320 и Boeing 737, които са доказали се със сигурността си и летят хиляди от десетилетия. Голяма част от възможните проблеми винаги се проявяват при въвеждането в експлоатация, графиката на количеството проблеми има формата на вана – в началото са много, рязко намаляват след известно време, следва гладък период на експлоатация, а накрая пак се увеличават, като се стигне до края на живота на машината.

От друга страна, проблемът с акумулаторите е от тези, които не би трябвало да се случват, независимо че самолетът е все още нов. За последните десетилетия това е едва второто приземяване на цял тип самолети след това на DC-10, което показва сериозността на ситуацията.

Какво ще стане е трудно да се предвиди. Ясно е, че всеки изминал ден удря жестоко и по имиджа, и по финансите на Боинг. А те тъкмо се опитваха да увеличат продукцията, сега се получава, че фабриката им бълва самолети, които нямат право да летят, не могат да си получат парите за тях, а на всичкото отгоре, може да се наложи да се модифицират. Авиокомпаниите също ще надигнат вой, защото силният рекламен ефект от това да си от първите потребители на нова технология малко губи блясъка си. В деня на приземяването поляците от LOT изпълниха първия си полет със 787 от Варшава до Чикаго. Предвидените празненства бяха отменени, а самолетът им при кацане в Чикаго си остана на земята. Особено цапнат в устата е CEO-то на Qatar Airways, който обикновено не спестява нищо и на Boeing, и на Airbus – “Купил съм самолет, за да летя с него, а не да го държа като в музей”.
 

 
В дългосрочен план, съм сигурен, че проблемите ще бъдат изчистени и 787 ще ни радва в небето за идните десетилетия. Но колко време ще отнеме кашата, на този етап не може да се каже.

С цел по-лесна четимост, не съм цитирал източниците си на всеки ред. В голямата си част, това са инженери с опит директно от програмата на 787 или такива с достатъчно дълго време в индустрията, че да знаят какво говорят. Авиацията е сложна материя и няма човек, който да разбира от абсолютно всичко в детайли. Специално благодаря на тези хора, повечето коментиращи във форумите на airliners.net, далече от всякакви прожектори, че отделят от времето си, за да споделят знанията си с нас, защото, ако трябва да си вадим информация от конвенционалните медии, с всеки полет ни чакат кошмари, катастрофи и смърт.
[social_share\]