מטוס בואינג 787 הוא הראשון ש-50% ממנו עשויים פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן במקום אלומיניום. התוצאה: חיסכון בדלק, תא נוסעים גדול יותר, לחץ אוויר ולחות גבוהים יותר, שקט וטווח טיסה ארוך יותר. ראיון עם רנדי טיסנת', מנהל שיווק מוצרים ושירותים בקבוצת התעופה האזרחית של בואינג
מטוס ה-787 החדש של בואינג, הנמצא ב-2006 בייצור המוני לקראת אספקת ראשוני היחידות לחברות תעופה ברחבי העולם, הוא המטוס הראשון בעולם שהשילדה והכנפיים שלו בנויים בחלקם העיקרי מחומרים מרוכבים (composite materials). למעשה, מטוס זה מכיל חומרים מרוכבים בכ-50% ממשקלו, לעומת 11% - שיעור החומרים המרוכבים במטוס הקודם של בואינג, ה-777. כך מספר בראיון מיוחד לאתר הידען רנדי טיסנת' (Randy Tinseth), מנהל שיווק מוצרים ושירותים בקבוצת התעופה האזרחית בבואינג, שהגיע לארץ ב-2006 להצגת המטוס בפני כתבי תעופה, וכמובן בפני נציגי חברות התעופה הישראליות.
חומרים מרוכבים בתעופה: מהמלחמה הקרה ועד 787
בניגוד למה שניתן היה לחשוב, השימוש בחומרים מרוכבים בתעופה החל עוד בשנות השישים. אף כי החומרים הללו היו יקרים מאוד, הדרישה לביצועים גבוהים בעידן המלחמה הקרה הגדילה את השימוש בהם. שנים רבות של מחקרים, ניסויים ושכלולים הביאו לייצור חומרים המשמשים לכל השימושים שבהם נעשה קודם לכן שימוש באלומיניום.
במהלך מסיבת העיתונאים העביר טיסנת' מקטע מגוף המטוס העשוי פלסטיק מחוזק פחמן. החומר חזק מאוד, ופגיעה חזקה בו יוצרת בקושי שריטה. הוא גם קל בהרבה מנחושת, וניתן לייצר חלקים גדולים של המטוס בבת אחת באמצעות אפייה, במקום שבו נדרשו קודם 1,200 יחידות אלומיניום עם כל 40,000 המסמרים הדרושים כדי לחבר אותן יחד.
איך הגעתם לסוג החומר הזה?
"הבנו לפני שנים רבות שחייבים לעבור לחומרים קלים יותר ועמידים יותר. עד אז ידענו רק איך לעבוד עם אלומיניום ומתכות אחרות. הן כבדות וניתנות לקורוזיה. בשנות השבעים התחלנו להשתמש במקצת בחומרים הללו. בואינג היא חברה שמרנית ולקח זמן עד שהוספנו קצת בכל מטוס. ראינו את ההצלחה ב-777 והחלטנו לבנות מטוס שלם מהחומר הזה. הדבר התאפשר במיוחד בזכות העובדה שהמטוס תוכנן מהיסוד ולא נבנה על יסוד מטוס קודם."
"הפלסטיק המחוזק פחמן (carbon-fiber-reinforced polymer) מורכב מסבכה של סיבי פחמן האפויים יחד ויוצרים חומר קשיח. הוא אידאלי למטוסים כי הוא לא סובל מקורוזיה, וכאשר נגרם סדק הוא לא מתרחב או מתארך. נזק בחומר הזה ממשיך להיות מקומי. הצלחנו לשפר את החומר, להבין טוב יותר את המאפיינים שלו, והצלחנו לשכלל את שיטות הייצור."
"מבחינה תפעולית היופי של החומר הזה הוא שקשה לפגוע בו, אבל כשפוגעים בו ניתן להטליא את החומר המרוכב בתוך שעה. זמן ההשבתה של מטוס מתקצר בהרבה לעומת המצב נכון ל-2006 במטוסי האלומיניום. כל דבר שאנחנו עושים במטוס הזה הוא כדי להפוך אותו זמין יותר לטיסות ולהפחית תקלות, כדי שחברות התעופה תהיינה רווחיות יותר."
חוויית הנוסע: לחץ אוויר, לחות ותאורה
השימוש בחומרים קלים יותר מאפשר בראש ובראשונה חיסכון בדלק, אבל ישנם איזונים אחרים הנדרשים לנוסעים במטוס. "בכל תכנון יש מספר מטרות ואתה מנסה למצוא את האיזון הנכון בין המטרות: מהירות, טווח, הפחתת צריכת הדלק, עלויות תחזוקה, רעש ופליטות. צריך לבצע אופטימיזציה של התכנון כדי להשיג את המקסימום", אומר טיסנת'.
דוגמה לפשרה שדווקא לא יהיה בה עוד צורך במטוס החדש היא בעיית לחץ האוויר בתא הנוסעים. נכון ל-2006 שוררת במטוסים אטמוספירה בלחץ הדומה לזה של הרים גבוהים, כמו אלה שעליהם שוכנת העיר בוגוטה בקולומביה. זמן רב מדי בלחץ וביובש של המטוסים גורם ל-8% מהנוסעים ללקות במחלת טיסה. כדי לשמור על רמה קרובה יותר לזו של פני הים היה צריך עד כה להשתמש ביותר אנרגיה ממה שהמטוס מסוגל לייצר, והיו סיבות נוספות שגרמו לפשרה זו. כעת לא יהיה בה צורך, וניתן יהיה להעלות את הלחץ ואת הלחות לדרגה של הרים נמוכים יותר, שבהם אפקטיבית התוצאה מבחינת הרגשת הנוסעים דומה לזו שבגובה פני הים.
"לנוסעים אנחנו מבקשים להביא חוויה מרגיעה יותר. טיסה יכולה להיות חוויה קשה. כדי שהמסע יהיה נעים יותר – האור עושה הבדל כי הוא נותן תחושת נוחות. הוא מאפשר להתאים את האור לשינויי היום כאילו אנחנו במקום יציב. אפשר להגדיל את הלחות, והגובה האפקטיבי בתא נמוך יותר וקרוב יותר לגובה פני הים מאשר לפסגת הר גבוה. פחות ריחות, פחות צריבה בעיניים. כל הדברים הללו ביחד יאפשרו בניית אווירה רגועה יותר."
"תתאפשר גם התקנת מדפים גדולים יותר לאחסון תיקי היד של הנוסעים מעל הראש. במטוסים רבים אתה מגיע ורואה שכל המקומות מלאים ולוקחים לך את המזוודה למקום שאין לך גישה אליו. עם התאים הגדולים אתה יכול לאחסן את כל מה שאתה צריך ליד הכסא שלך. כנוסע עסקי זה חשוב מאוד."
"אנחנו יכולים לספק אפשרות להטעין את המחשבים הניידים, אם כי הדבר יתבצע יותר בהתאם לדרישות חברות התעופה, במחלקות היקרות. ייתכן שיהיו נקודות טעינה במחלקת התיירים. אם יבקשו מאיתנו, אנחנו יכולים לספק גם מערכות כאלה."
טווח, מנועים וחיסכון בדלק
"נושא חשוב שהושם עליו דגש הוא הטווח. 787 יכול לטוס 8,000-8,500 מייל. המטוס יוכל לטוס מת"א ללוס אנג'לס. כאשר תכננו את 787, כמעט לכל החלטה שלנו הייתה השפעה על הטווח. אם תעשה את המטוס רחב יותר בסנטימטר אחד, יש לזה השלכה שלילית על המשקל ועל היעילות, וגם להעלאת הטווח יש השלכה שלילית על המשקל והיעילות. עשינו עבודה טובה מאוד כדי לתת כל מה שחברת התעופה דורשת ושהכול יהיה כדאי מבחינה כלכלית. אפשר היה כמובן לפתח טכנולוגיות אחרות."
מה לדעתך השיפור שיתבצע בדור הבא כדי לעשות את המטוסים עוד יותר קלים?
"השיפורים בטווח הארוך הם במה שאנחנו קוראים סיבים. דיברתי על ננוטכנולוגיה. בעתיד ניתן יהיה להנדס את הסיבים שמהם עושים את החומרים המרוכבים כך שיהיו קלים וחזקים יותר, ואז אפשר יהיה להפוך את החומרים ליותר טובים. הרעיון הוא לתכנן מחדש את החומרים ברמה המולקולרית."
במטוס החדש יהיו גם מנועים משופרים בעלי להבים גדולים בהרבה. הם אמנם לא יהיו בנויים מחומרים מרוכבים, אך ג'נרל אלקטריק ורולס רויס, היצרניות, תכננו אותם באמצעות מחשבי על כך שיהיו שקטים ויעילים יותר. המאווררים הגדולים יותר מאפשרים זרימה טובה יותר של האוויר. המנועים הם נושא נפרד: הטכנולוגיה שלהם צריכה להיות מחומרים המאפשרים טמפרטורה גבוהה, וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר הם מייצרים טוב יותר אנרגיה. לפיכך החומרים במנוע הם באיזון הנכון בין עלות החומר והבטחת עבודתו בטמפרטורות גבוהות.
מכיוון שהמטוס חסכוני יותר בדלק ב-20% ממטוסים קודמים, ראוי לציין כי המשקל של גוף המטוס מספק רק חלק מהחיסכון הזה. חלק ניכר אחר ממנו מושג בזכות השיפורים במנועים.
החופה של המנוע מאוד חלקה מבפנים כדי למנוע חיכוך מיותר. אנחנו משתמשים בטכניקות ייצור כדי להגדיל את החופה ב-75 ס"מ. משמעות השיפור היא חיסכון של 75,000 ליטר דלק בשנה למטוס.
זה מטוס יותר חשמלי ממה שבנינו עד כה. במטוס רגיל אנחנו לוקחים אוויר חם מהמנוע, מקררים אותו ומורידים את הלחץ, ובתהליך זה מאבדים אנרגיה. עברנו לתכנון חשמלי לחלוטין. הדבר מאפשר חיסכון של 3% ומוריד את עלויות התחזוקה ב-2%, וכן חיסכון במשקל ושיפור באמינות המנוע.
תכונה נוספת של המטוס היא הכנפיים החלקות; למחשב המטוס יש שליטה גדולה יותר על האווירודינמיות שלהן תוך כדי טיסה (אמנם עד אחוז אחד, אך גם זה מספיק כדי לחסוך דלק). הכנפיים גם ארוכות יותר מאלו של מטוסים אחרים באותו גודל (מוטת כנפיים – 60 מ') ונראות כמעוקמות כלפי מעלה.
מערכת בידור אלחוטית ומטוס מקושר
ויש גם פרטים קטנים אבל חשובים לא פחות. מערכת הבידור תהיה אלחוטית. לדברי טיסנת', "היתרון העיקרי הוא העלמת הכבלים, דבר שיפחית את המשקל, והורדת הקופסאות שנמצאות בתוך הכסא. הדבר ייעשה על ידי שרתים ומערכות אחרות שתורכבנה על המטוס עצמו. אנחנו יוצרים שדרה במטוס שתאפשר תקשורת רחבת סרט ואת היכולת לאחסן ולעבד כמות גדולה של מידע. אחת המטרות שלנו היא להבטיח שכל המערכות סביב המטוס יוכלו להתחבר לרשת הזו. במהלך הזמן, אם תגיע טכנולוגיה חדישה יותר, רק נחליף את הקופסאות. זה יהיה קל יותר לשידרוג ונוכל להתקדם יחד עם הטכנולוגיה."
"מטוסים כמו 777 יצטרכו להיות E-ENABLE. כל נוסע ירצה קישור לאינטרנט. המטוס כולו יהיה מקושר בקישור רחב סרט עם האנשים על הקרקע ועם מטוסים אחרים. המטוס עצמו יתקשר עם אנשי התחזוקה. בטווח הארוך אפשר יהיה לבצע אופטימיזציה של התעבורה האווירית, אם כל המטוסים יהיו מקושרים והמידע על תנועתם בזמן אמת יהיה זמין לא רק לחברת התעופה ולפקחים המקומיים אלא לכולם. אפשר יהיה לצמצם את חלונות השיגור לדקה-שתיים, ונוכל לעבוד בזמן אמת, ואם נסטה מהמסלול בגלל סופה, המערכת תוכל לדעת לטפל בכך ולמצוא פתרונות."
"ועוד לא דיברנו על הפחתת הרעש, בעיקר בזכות תכנון זרימת האוויר מהמנועים בעת ההמראה ובעת השיוט, ועל הניסויים שנעשים כדי לבדוק כיצד קשישים מסתדרים במטוס (מלבישים את הבודקים הצעירים בבגדים מגבילי תנועה ובמשקפיים המגבילים את הראייה), ועוד עשרות פרטים קטנים שבואינג מכינה במהלך תכנון ובניית המטוס, כדי שנוכל להרגיש בנוח כנוסעים."
נתונים טכניים ולוח זמנים
בעוד המתחרה איירבוס בונה מטוס גדול בהרבה, בחרה בואינג ללכת, כפי שנהוג לומר, על איכות ושיפור תנאי הטיסה. התוצאה היא מטוס יעיל במיוחד וידידותי לנוסע, הדורש, כאמור, 20% פחות דלק מכל מטוס אחר בגודל זהה.
מספר המושבים הוא 210-250, טווח הטיסה 15,000-15,600 ק"מ, יש בו שני מעברים, והרוחב של תא הנוסעים 574 ס"מ. אורך המטוס 57 מ' וגובהו 17 מ', הגודל הפנימי זהה לזה של ה-777, ומהירות הטיסה 0.85 מאך. מעבר למטען הנוסעים הוא יכול לשאת גם 5 משטחים וחמישה תאי מטען. משקל המקסימום להמראה: 21,591 ק"ג.
תחילת הייצור של המטוס תהיה ב-2006, ובשנה הבאה, 2007, תתקיים טיסת ניסוי ראשונה. ב-2008 צפוי אישור הרשויות, ומאז ובמשך 30 השנים הקרובות יימכרו יחידות ממנו לחברות התעופה, כאשר הראשונה שבהן היא חברת התעופה של ניו זילנד.
שאלות ותשובות
מה מייחד את בואינג 787?
זהו המטוס הראשון בעולם שהשילדה והכנפיים שלו בנויים בעיקר מחומרים מרוכבים. כ-50% ממשקלו עשויים מחומרים כאלה, לעומת 11% במטוס ה-777.
מדוע פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן עדיף על אלומיניום?
לדברי טיסנת', החומר אינו סובל מקורוזיה, סדק בו אינו מתרחב וניתן להטליא אותו בתוך שעה. בנוסף אפשר לייצר חלקים גדולים של המטוס בבת אחת באפייה, במקום לחבר 1,200 יחידות אלומיניום בעזרת 40,000 מסמרים.
איך משתפר המצב של הנוסעים במטוס?
לחץ האוויר והלחות בתא יוכלו להיות קרובים יותר לאלה שבגובה פני הים, ויהיו תאי אחסון גדולים יותר מעל הראש ותאורה שמתאימה לשינויי היום. המטרה היא אווירה רגועה יותר ופחות צריבה בעיניים.
כמה דלק חוסך המטוס?
לפי הראיון, המטוס חסכוני ב-20% בדלק לעומת מטוסים קודמים בגודל דומה. משקל גוף המטוס מספק רק חלק מהחיסכון הזה, וחלק ניכר ממנו מושג בזכות מנועים משופרים.
מה צפוי לשפר את החומרים בעתיד?
לדברי טיסנת', בטווח הארוך אפשר יהיה להנדס בעזרת ננוטכנולוגיה את הסיבים שמהם עשויים החומרים המרוכבים, כך שיהיו קלים וחזקים יותר. הרעיון הוא לתכנן מחדש את החומרים ברמה המולקולרית.