Rymdtekniks pjutspets hos Volvo Flygmotor
av Christer Ekebom Forum 1986-12, sida 12-14, 28.08.1986
[IRDEN E olva Flygmotors historia börjar 1930 V:z NOHAB grundade företaget. Se dan 1941 har Volvo haft ett finger med i spelet och från och med 1969 ingår företaget som helägt dotterbolag i Volvokoncernen. Det intressanta är att Volvo flygmotor inte bara bygger motorer för svenska militärptan, utan deltar också i utvecklingen och konstruktionen av civila trafikflygmotorer tilsammans med några av världens främsta motortillverkare.
Dessutom har man hand om motorernas underhåll i ett trettiotal länder, främst i Europa. Och inte nog med det: Volvo flygmotor tillverkar också “udda” produkter såsom hydraulpumpar och -motorer samt bil- och båtvärmare. Dessa produkter är egentligen avknoppningar av huvudverksamheten.
Volvo Flygmotor är en gren av den svenska flygindustrin. Den består i princip av tre företag, Volvo Flygmotor, SAAB och Svenska Rymdbolaget. Dessutom bör bland annat Ericsson räknas in i gruppen på grund av den elektroniska utrustning som bolaget levererar till flygindustrin.
Försvaret flygindustrins livsnerv Flygindustrin i Sverige bör betraktas som en militär industrigren. Den civila delen, i den mån den förekommer, är en direkt följd av det militära engagemanget. SAAB tillverkar små civila flygplan, men huvudsakligen tillverkar man dock flygplan för svenska flygvapnet. Volvo deltar aktivt i utvecklingen och konstruktionen av civila flygmotorer. Sveriges neutralitetspolitik bygger på ett starkt och effektivt försvar. Sveriges geografiska läge och landets speciella form gör att försvaret måste byggas upp på ett speciellt sätt.
Flygvapnet har en stor betydelse i sammanhanget och här spelar decentraliseringen en stor roll. Sverige behöver flygplan som är specialkonstruerade för de svenska förhållandena och därmed behöver man också en egen militär flygindustri.
12
RYMDTEKNIK
SPJUTSP hos Volvo Flygmotor
Volvo Flygmotor, ett tämligen okänt företag inom Volvo-koncernen, sysselsätter över 3 000 personer, hade 1985 en omsättning på över 1,5 miljarder SEK och gjorde en vinst på över 200 miljoner SEK. På vissa områden hör Volvo Flygmotor till de främsta världen.
Ekonomiska realiteter
Volvo Flygmotors nye verkställande direktör från och med den första augusti, Bengt Eriksson konstaterar att de ekonomiska aspekterna inom den militära industrisektorn är i det närmaste identiska med den civila sidans. Skillnaden är bara att man då det gäller militär tillverkning inte direkt behöver konkurrera med andra. Men pris- och kostnadsramarna finns definitivt med i bilden. Om den civila verksamheten går ut på att tillverka en produkt som kan säljas till ett konkurrenskraftigt pris, måste den militära åstadkomma en maximering av produktens egenskaper inom en given kostnadsram. Så när allt kommer omkring, handlar det om samma saker,
En väsentlig skillnad finns dock. När utvecklingen av ett civilt projekt påbörjas, vet ingen med säkerhet om det kommer att lyckas. Kommer den nya motorn att bli en
Volvo Flygmotor i Trollhättan tillverkar komponenter till civila flygmotorer för andra tillverkares räkning.
säljframgång, eller måste projektet dödförklaras? Om det läggs ner eller misslyckas, har de satsade medlen för det mesta gått förlorade. Det sker naturligtvis också i motsvarande fall inom den militära utvecklingsverksamheten, men där deltar staten i risktagningen, varför en eventuell miss inte leder till en katastrof för företaget.
Eriksson betonar att man inte ska se statens ekonomiska engagemang i flygindustrin som någon form av understöd eller bidrag, utan som en regelrätt risktagning. Om staten inte skulle delta ekonomiskt i utvecklingsarbetet, skulle den färdiga produkten betinga ett pris som i motsvarande grad är högre, så pengarna skulle ändå gå ut från statskassan. Sist och slutligen betalar kunden ändå kalaset I en eller annan form.
När det gäller produktutvecklingen på den militära sidan, behöver företaget inte heller riskera att satsa på fel produkt. Försvaret utformar själv specifikationerna för den produkt som ska utvecklas, vilket betyder att när utvecklingsarbetet påbörjas, vet man säkert att det finns en efterfrågan — om projektet visar sig vara tekniskt och ekonomiskt genomförbart.
12/1986 FORUN — Statens medverkan I de militära projekten ska inte ses som understöd, utan som normal risktagning, säger Volvo Flygmotors nya VD Bengt Eriksson.
Militär produktutveckling
Den militära produktutvecklingen är ofta föregångare. De flesta nyheter som dyker upp på den civila sidan är olika former av avknoppningar från den militära utvecklingen. En omständighet som märks mycket bra vid bland annat Volvo Flygmotor är att nya plantyper och nya motorer kräver allt mindre produktionskapacitet. Ännu i slutet av 70-talet sysslade Volvo Flygmotor till cirka 90 procent med militär produktion. Idag är den militära andelen mindre än hälften av företagets totala omsättning. Den civila flygmotorproduktionen och produktutvecklingen bidrar dessutom till att betala en del av den militära produktionen i och med att serierna blir längre och styckepriset därmed sjunker för de gemensamma produkterna.
Volvo Flygmotor tillverkar ingen flygmotor från början till slut. När det gäller flygmotorer för det svenska flygvapnet, har Volvo Flygmotor dock totalansvar för motortillverkningen och motorerna byggs i Trollhättan. Men en tämligen stor del av de ingåen — Metallerna har inte ännu spelat ut sin roll i flygmotorerna säger Arne Wittlöv, enhetens tekniska chef. — Metallernas egenskaper kan ännu utvecklas. Keramerna får vi nog ännu vänta på en tid.
de komponenterna komrner från andra tillverkare, främst i USA. Volvo Flygmotor har ett mycket intimt samarbete med bland annat Pratt & Whitney och General Electric och de militära motorerna bygger på ett grundkoncept från General Electric, som Volvo anpassat till de svenska kraven. Civila motorer tillverkar man överhuvudtaget inte — men vitala komponenter till dem.
Tre ben att stå p volvo Flygmotor måste, som alla andra företag, hela tiden se om sin strategi för att ha en chans att överleva. Dagens strategi går i korthet ut på att skapa tre lika starka stöttepelare: den militära flygmotorsidan, den civila och som tredje stöttepelare, produkter som inte har direkt anknytning till flygindustrin. Hit hör bland annat hydraulpumparna och fordonsvärmarna. Flygmotorindustrin är högteknologi och kräver därför kunniga konstruktörer. Av de drygt 3 000 anställda, arbetar ungefär 400 direkt med forskning och produktutveckling.
En RM8B-motor i testriggen. Motorerna genomgår före leverans och efter service ett mycke avancerat och omfattande testprogram. Väl uppe i luften får ingenting mera klicka…
Av den totala omsättningen på 1,5 miljarder kronor avdelas drygt 400 miljoner SEK för produktutveckling. Av denna summa betalas dock cirka hälften genom anslag från svenska staten för de militära projekten.
Raketteknik spjutspets
Det gäller för företaget att hålla kvar de erfarna konstruktörerna och yrkesmännen och att locka in nya förmågor i företaget. För att detta ska lyckas krävs att verksamheten hela tiden utvecklas och att de olika projekten avlöser varandra i jämn takt, så att inspirationsnivån kan hållas hög. Dessutom gäller det att finna en spjutspets av något slag, en verksamhet som, även om den till sitt omfång kan vara rätt blygsam, omges av en viss ”glamour”. Volvos spjutspets är raketteknik. Volvo deltar i det europeiska Ariane-projektet och har fått på sin lott att konstruera vissa vitala delar i bärraketens motor.
Ordet ”raket” har en nästan magisk effekt på unga ingenjörer i dag. Man behöver bara nämna ordet, så spritter det till i dem och de spetsar öronen. För rymdteknik är i dag högteknologi inom högteknologin!
För den oinvigde kan det verka konstigt att det krävs så mycket av en motor som bara används en enda gång — då raketen skjuts upp. Men då måste man hålla i minnet att denna enda gång måste lyckas perekt, annars går värden på hundratals miljoner formligen upp i rök till ingen som helst nytta. Under en raketmotors några minuter långa aktiva liv, utsätts den för oerhörda krafter och påfrestningar och den ska presera ett arbete som verkar i det närmaste omöjligt. Hettan inne i motorn är enorm och många vitala komponenter blir så heta att de närmar sig smältpunkten och den yttersa gränsen för sin hållfasthet. Ändå krävs det av alla dessa komponenter att de ska ungera absolut prickfritt.
Nyttigt byte av erfarenheter Liknande krav ställs på de flesta vitala komponenter i en flygmotor och det föreföll därför naturligt för Volvo att gå in i Arianeprojektet och dels dela med sig av sina egna kunskaper och dels ta del av andras erfarenheter och naturligtvis de gemensamma erfarenheterna av själva projektet. Den kunskap raketverksamheten ger, kan i sin tur tillämpas inom flygmotorverksamheten. Volvo tillverkar för Ariane bland annat utblåsningsmunstycken till brännkamrarna och en liten överljudsturbin som driver bränslepumparna. Turbinen är kanske det mest talande exemplet på vad det rör sig om. Den är liten, hela anläggningen väger cirka 30 kg och en person bär den således utan svårighet. Själva turbinen består av en metallskiva med tättsittande fläktflänsar längs kanten. Denna lilla turbin kan utveckja en effekt på drygt 15 000 kW och den är konstruerad av en speciell metallegering och delvis till och med förstärkt med ould vän 1 [ORDEN E för att förhindra att den deformeras då den vid driften hettas upp så att metallen blir plastisk,
Förfinad materialteknik
Materialtekniken är ett ämne som ofta förknippas med flygindustrin. Den allmänna uppfattningen är att sådana nya material som keramer och olika plaster först finner sin väg till praktiska tillämpningar inom flygindustrin. Vad gäller flygmotortillverkningen, är detta emellertid inte riktigt sant. Arne wWittiöv, teknisk chef vid Volvo Flygmoator, konstaterar att keramerna ännu måste utvecklas en hel del innan de kan ersätta metallerna i flygmotorerna. De tål än så länge inte de hårda mekaniska påfrestningarna
Men han betonar att man därmed inte ska uppfatta saken så att det inte sker någon utveckling i fråga om konstruktionsmaterialen inom flygmotortillverkningen. Tvärtom: framställningen och bearbetningen av de metaller och legeringar som används utvecklas hela tiden och i begreppet ny materialteknik bör man definitivt ta med den gjutteknik som idag används. Det är inte längre så mycket fråga om att ta fram nya legeringar. Idag ägnar man sig åt strukturstudier. Kristallstrukturen i den använda metallen styrs vid gjutningen så att den optimeras för ändamålet.
Ett rotorblad för en turbin är en invecklad komponent med bland annat kylluftkanaler och en rätt invecklad form. Vid gjutningen av rotorbladet åstadkoms en komponent som egentligen består av en enda specialodlad kristall! På det sättet uppnås maximal homogenitet och hållfastheten blir den högsta möjliga. Då man inte kan komma så mycket längre med nya kemiska samrmmansättningar, måste man börja ägna sig åt nya tillverkningsmetoder. Och där finns ännu stora möjligheter. De klassiska metallerna har inte spelat ut sin roll och de trängs inte ännu undan av modernare material såsom keramer.
Men därmed inte sagt att plaster och keramer skulle saknas i flygmotorer. I själva verket konstrueras många komponenter och framför allt höljen av olika slag i plastmaterial för viktens och formbarhetens skull. Keramiska material används bland annat som värmeisolering inne i brännkamrarna.
Underhåll och service
Underhållet är en väsentlig del av en flygmoötors liv. Underhållet av flygmotorer är också en verksamhet som har stor betydelse för Volvo Flygmotor. Rent tekniskt är det värdefullt för en flygmotortillverkare att regelbundet kunna plocka isär och undersöka motorer som varit I normal drift. Men under 1 hållet faller också naturligt på tillverkarens lott, för vem känner en motor bättre än tillverkarer? Volvo Flygmotor gör service inte bara på sina egna militära motorer utan också på civila flygmotorer, som man inte tillverkat själv.
Största delen av alla flygbolag saknar möjligheter att på egen hand underhålla sina motorer. I Europa har Volvo hand om servicen på bland annat Pratt & Whitneys civila motorer (som finns exempelvis i DC9). Motorn lyfts ut från planet, ersätts med en annan och förs till Volvo där den plockas helt isär och granskas. Hela proceduren tar cirka en månad och kostar ungefär en miljon mark.
Hur ofta servicen måste utföras bestäms av luftfartsmyndigheterna på basen av olycksstatistike ymdindustrin — och försvarsinR dustrin — har spinoff-effekte också på civilflyget. En massiv Pentagon- och NASA-satsning på att i början av 90-talet kunna lansera ett aerospaceplan för militära och rymdförskningsändamål med hastighet på 5—25 Mach (1 Mach = ljudets hastighet = 343 m/s) skall som ”biprodukt" ge de forskningsdata som möjliggör konstruerandet av ett passagerarplan med en hastighet fem gånger ljudets fram till sekelskiftet. Denna ”OrientExpress”, som bl a tidningen USA TODAY skrivit om under våren, klarar Washington—Tokyo på två timmar — en trip som idag tar 14 timmar i anspråk med Boeing 747. Och sträckan New York—London på en och en halv timme, mot sex timmar idag. Det är grejor: affärsmän kan besöka oversees businesspariners, föra förhandlingar, och återvända hem inom samma dygn.
Tekniskt är Orient Express ingen omöjlighet, säger experterna. NASA har de senaste åren testat vätedrivna motorer med simulerade hastigheter på 4—7 Mach. För att uppnå nya högre hastigheter krävs å ena sidan starkare maskiner, å andra sidan starkare material för flygkroppen. Bränslet skulle inte innebära något problem: en motor för 5 Mach kunde enligt amerikanska experter drivas med konventionella bränslen som exempelvis flytande metan eller flytande naturgas. Som konstruktionsmaterial har bl a nämnts det carbonmaterial som rymdaskyttelns nos är gjord av.
Flyghöjden skulle vara den högsta för civiltrafik hittills — över 30 km. För jämföretsens skull kan nämnas att Concorde flyger på en höjd av 18 km och Boeing 747 på ca 11 km höja.
5 Mach år 2000?
Underhållsverksamheten kräver en rätt dyrbar och avancerad utrustning, som för det mesta redan finns hos en tillverkare, men knappast hos flygbolagen. Både SAS och Finnair har emellertid egna serviceverkstäder för sina flygmotorer. På något sätt verkar detta som en paradox med tanke på att Volvo Flygmotor kan göra detta underhåll på så nära håll som i södra Sverige. Man frågar sig om det verkligen kan vara lönsamt att själv göra denna service i stället för att ingå avtal med Volvo. Vid Volvo Flygmotor tar man inte ställning till frågan, utan konstaterar bara att båda flygbolagen säkert har sina skäl som försvarar den egna underhållsverksamheten. Men självfallet tar man emot underhållsarbetet om SAS och Finnair skulle komma på sådana tankar.
Christer Ekebom &
Förutom de tekniska problemen handlar Orient Express givetvis också om pengar. ”Starten” fås av den knowhow som ackumuleras under utvecklandet av det militära aerospaceplanet (målet är att med detta kunna nå vilken punkt som helst på jorden inom 90 minuter). För NASA kan det nya planet betyda att den nuvarande rymdskytteln kan lämnas ur programmet. Exakta summor för utvecklandet av en civil variant har inte nämnts; flygbolagen har uppgett sig vara intresserade, höga initialkostnader till trots, om investeringarna kan beräknas betala igen sig.
Orient Express — för att använda det arbetsnamn också president Reagan anammat i sina offentliga uttalanden om projektet -— bör kunna erbjuda flygbolagen många lockande argument. Det psykologiska är inte helt oviktigt: aerospaceplanet skulle i ett slag slå alla tidigare hastighetsrekord. För flygbolagen skulle det nya planet vara en ovärderlig trumf speciellt på långa rutter. En Lockheed-undersökning ger vid handen att passagerarna blir irriterade på flygningar över tre timmar, vilket ställer en hel del krav på måltider och underhållning.
Kritiska röster har höjts gällande kostnadsnivån — enligt kritikerna skulle aerospaceplanet endast kunna utnyttjas av en försvinnande liten rik elit: Men optimisterna tror att den stora passagerarkapaciteten (300—500 mot Concordes 100) skall hålla biljettpriserna i schack, och att de superkorta flygtiderna skall bli ett avgörande argument för affärsmännen — den primära målgruppen. Enligt prognoserna femfaldigas passaoerarantalet på rutterna mellan USA och Fjärran Östern fram till sekelskiftet.
