Srpen 2005

Dieta pro letadlo

Josef Matyáš

Anekdota se stala realitou. I tak lze charakterizovat nápad, který ovlivnil konstrukci Airbusu 380. Největšího osobního letadla světa vystaveného nyní na pařížském aerosalonu. Vtip pochází ještě z doby, kdy mezi podpultové zboží patřil toaletní papír, jehož role se trhaly zásadně v jiném místě, než byla perforace. Lidový humor na tuto okolnost reagoval následovně: Rusové sestrojili nové letadlo, ale pořád se mu odlamovala křídla od trupu. Šel kolem Čech, chvíli je pozoroval a pak jim poradil, aby do křídel udělali otvory stejné jako v toaletním papíru. Zkusili to a křídlo opravdu drželo.

Při troše nadsázky lze podobně hovořit o počítačovém programu Michala Kočvary z Ústavu teorie informace a automatizace Akademie věd České republiky. Podle něho navrhli inženýři z pobočky European Aeronautic Defence and Space Company v Mnichově nosná žebra pro část křídel Airbusu 380.

Šlo o převratnou koncepci. Konstrukce váží díky využití programu téměř o polovinu méně, než kdyby se navrhla podle zaběhnutých postupů. Každý kilogram, o který je letadlo "hubenější", přitom hraje roli při spotřebě paliva.

Jak MOPED vyrazil do světa

Cesta českého nápadu do útrob největšího osobního letadla světa začala na univerzitě Erlangen poblíž Norimberku. Právě tady Michal Kočvara společně s profesorem Jochemem Zowe a se dvěma doktorandy vytvářel program pro tzv. topologickou optimalizaci. Je to vlastně rébus na téma: za málo peněz hodně muziky.

Tedy vymyslet matematický model, který by konstruktérům ukázal, jak s co nejmenší spotřebou materiálu navrhnout nosný prvek. Ten ovšem nesměl postrádat potřebnou pevnost, pružnost a spolehlivost. Po letech zkoušek a hledání vznikl počítačový program, pro který Michal Kočvara vymyslel název MOPED (Material Optimalization for Engineering Design).

Brzy se o programu mluvilo nejenom v Erlangenu, ale také v projekční kanceláři letecké firmy v Mnichově. Její pracovníci totiž občas navštěvovali výzkumná univerzitní pracoviště. Slovo dalo slovo a MOPED zamířil do bavorské metropole.

Pro topologickou optimalizaci existují na trhu komerční programy dodávané zavedenými firmami. Proč tedy konstruktéři, kteří dostali zakázku na výrobu nosných žeber pro největší osobní letadlo, dali přednost "akademickému" programu? "Zaujalo je, že náš program je rychlejší, takže ušetří drahý počítačový čas. Navíc poskytne více informací než komerční," vysvětluje doktor Kočvara. "Například ukáže nejenom ideální tvar konstrukce, ale také řekne, jaké optimální vlastnosti a tloušťku má mít materiál v jednotlivých místech nosného prvku." Největší problém neřešil český vědec při vývoji programu, ale ve chvílích, kdy přesvědčoval konstruktéry o spolehlivosti a důvěryhodnosti MOPED.

Pravý úhel prohrál

U starších typů airbusů se nosná žebra v křídlech vyráběla z desky vyztužené roštem svislých a vodorovných tyčí. Nový typ letadla však musel více než jeho předchůdci počítat s každým kilogramem, proto inženýři v Mnichově hledali jiné možnosti konstrukce žebra. Počítačový program MOPED jim ukázal zcela odlišnou strukturu. Tři velké otvory a kolem nich různě silný materiál, v tomto případě hliník, poskládaný do hodně protažených lichoběžníků. Pravý úhel prohrál na plné čáře. Konstruktéři však nechtěli opustit léty zažitou představu, na kterou si zvykli při standardním projektování. Po nějaké době se ale nechali přesvědčit a pruty v roštu pootočili o 45 stupňů.

Ovšem ani to ještě neznamenalo konec "bitvy" mezi rutinním přístupem a revoluční koncepcí nabízenou počítačovým programem. Šlo o prosazení velkých otvorů v hustém mřížoví. Navrhované žebro v tomto netradičním provedení by spotřebovalo téměř o polovinu méně materiálu. A to představovalo o několik desítek kilogramů lehčí konstrukci.

"Přesvědčily je teprve výpočty. Ukázaly, že i mnohem lehčí žebro unese stejnou zátěž jako původní hustý rošt," vzpomíná na horké chvilky Michal Kočvara. Úplnou satisfakci pak zažil v momentě, když přišla zpráva z Velké Británie, kde úplně jiná konstrukční kancelář projektovala také nosná žebra, ale pro jinou část křídla Airbusu 380. Použili uznávaný komerční program a dospěli k úplně stejnému tvaru nosného prvku jako odborníci v Mnichově, kteří dělali návrh podle programu českého vědce.

Slibné vyhlídky

Dnes, kdy už Airbus 380 poutá pozornost návštěvníků na pařížském aerosalonu, je MOPED uznávaným počítačovým nástrojem. A má dokonce šanci stát se v rámci projektu Evropské unie programem, který se ještě více přiblíží potřebám praxe. "Pokud se nám podaří dostat peníze z grantu, chtěli bychom během čtyř let vyladit program tak, aby konstruktér viděl na monitoru přesnější podobu navrhovaného prvku," říká Michal Kočvara. "Odpadla by tak řada kroků mezi ideální podobou, jak ji předkládá program a definitivním konstrukčním výkresem," dodává.

Počítačové nástroje pro topologickou optimalizaci dnes nacházejí využití všude, kde se hlídá, kolik kilogramů lze ještě na konstrukci stroje ušetřit. Například při projektování závodních vozů Formule 1 nebo při vývoji profesionálních jízdních kol. Na hmotnost se už ale stále bedlivěji hledí také v automobilkách s hromadnou produkcí nebo v kancelářích, kde vznikají návrhy letadel. Svět začal počítat a stále více platí, čím lehčí dopravní prostředek, tím menší spotřeba paliva.

Zdá se, že program MOPED čekají vskutku slibné vyhlídky.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)