Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

​​​

Turbiinisiivillä miljoonien säästöihin

Paula Bergqvist | 17.5.2016

​Huoltovälillä on väliä, kun on kyse arvokkaasta Hornet-hävittäjäkalustosta. Suomen ilmavoimille sen 62 F/A-18 Hornet -hävittäjää ovat tärkein ase. Moottorien korkeapaineturbiinin siipien tutkimus auttoi pidentämään huoltoväliä, ja näin saadaan noin 2,7 miljoonan euron säästöt koneiden käyttöiän aikana.

Patrian GE-moottorin pääasiantuntija Timo Nurmi kertoo kämmenelle mahtuvasta metallinkappaleesta.

– Tämä on suositellun elinikänsä eli 2 800 tuntia ylittänyt Hornet-hävittäjälentokoneen korkeapaineturbiinin siipi. Siipi, joita on kaikkiaan 64 kappaletta kussakin moottorissa, on käynyt 3 162 tuntia eliniän pidentämisen ansiosta, kertoo Nurmi.

Siipi on edelleen hyväkuntoinen, vaikka siihen on syntynyt mekaanisen kuormituksen ja lämpösyklien takia säröjä. Metalli kuumenee lennon aikana lentotilanteesta riippuen lähelle tuhatta astetta. Säröt voisivat liian pitkälle kasvaessaan katkaista turbiinisiiven ja aiheuttaa vakavan moottorivaurion.

Moottorinvalmistaja General Electric (GE) on määrittänyt kaikille moottorin pääkomponenteille, kuten siiville ja kiekoille eliniät, jotka perustuivat alkujaan pääosin Yhdysvaltojen laivaston kokemukseen. Elinikiä ja huoltovälisuosituksia tarkennetaan kansallisten käyttökokemusten karttuessa kunkin maan olosuhteita vastaaviksi.  

IMP_1_16_HN_lisäkuva1_a.jpg

Kp-Turbiini.

Miten säröt kehittyvät?

Ilmavoimien lentämisen edellytyksistä eli lentokonekaluston elinkaarisuunnittelusta, kunnostuksesta ja käytettävyydestä vastaava Puolustusvoimien logistiikkalaitoksen Järjestelmäkeskus ja sille huoltoja ja korjauksia tekevä strateginen kumppani Patria päättivät yhdessä selvittää, voidaanko siipien elinikää nostaa samanpituiseksi kiekkojen eliniän kanssa. Tavoitteena oli käyttää siivet aina kiekkojen elinikärajaan asti, ja siten saavuttaa säästöjä varaosahankinnoissa.

– Meille on parinkymmenen vuoden aikana karttunut paljon tietoa, miten pohjoiset olosuhteemme ja lentotapamme vaikuttavat moottoreiden osien kuntoon, kertoo Hornetin moottoreista vastaava järjestelmäpäällikkö, insinöörimajuri Jukka Taattola Puolustusvoimien logistiikkalaitokselta.

– Suomalaiset lentävät pääasiassa hyvin erilaisissa olosuhteissa kuin vaikkapa aavikolla lentävät amerikkalaiset. Amerikkalaisten moottoreiden kokema lämmin ja toisinaan hiekkaa sisältävä ilma rasittaa turbiinipään osia enemmän kuin Suomen kylmä ja puhdas ilma. Harjoitusalueen etäisyyskin vaikuttaa moottorin rasittumiseen. Meillä on kentältä harjoitusalueelle viiden minuutin lento – Yhdysvalloissa siirtymäajat ovat pitkiä. Suomessa suhteellisen lyhyeen ja tehokkaasti käytettyyn lentoaikaan nähden pitkät, maassa tapahtuvat moottoreiden käyttöajat syövät turbiinin siiville tuntiperusteisesti määritettyä elinikärajaa. Maassa tapahtuva tasainen, pienellä työntövoima-asetuksella tapahtuva käyttö ei kuitenkaan rasita moottoreita kuten itse lentäminen, joten tarve turbiinin siipien elinikärajan kasvattamiselle on ymmärrettävää, kertoo Taattola.

Oli siis selvitettävä, miten säröt kehittyvät, jotta siipien käyttöikä voidaan määrittää uudelleen.

Tampereen teknillinen yliopisto kartoitti satojen mikrometrien luokkaa olevat säröt. VTT tutki metallin mikrorakenteet ja selvisi, että säröjen eteneminen joko pysähtyy tai hidastuu voimakkaasti. Lämpötilojen ja keskipakoisvoiman aiheuttamat jännitykset analysoitiin. VTT tutki myös materiaalin mikrorakenteen pehmenemistä. Siivet osoittautuivat hyväkuntoisiksi lukuun ottamatta muutamissa siivissä esiintyneitä ylikuumentuneita alueita jättöreunan läheisyydessä.

VTT puolsi siipien käyttöiän pidentämistä ­
2 800 tunnista 3 100 tuntiin – samanpituiseksi kuin kiekkojen. Tutkimustulokset toimitettiin myös valmistajatehtaalle (GE), joka päätyi samaan lopputulokseen ja lisäsi siipien elinikäsuositusta kymmenellä prosentilla. Huoltoväliä voitiin pidentää. Samalla vältyttiin kaikkiin moottoreihin tarvittavan siipisarjan hankinnalta.

Pidentämispäätöksellä saavutetaan lentokoneiden käytön aikana noin 2,7 miljoonan euron säästöt. 

– Kaiken kaikkiaan moottoreiden elinkaarenaikaisiksi säästöiksi voidaan jo nyt tehtyjen erilaisten kehitystoimenpiteiden ansiosta arvioida kertyvän noin 60 miljoonan euron edestä, kertoo Timo Nurmi Patriasta. 


Jukka Taattolalla (vasemmalla) kädessään vaurioitunut korkeapaineturbiinin siipi, Timo Nurmella seuraava tutkimuskohde eli matalapaineturbiinin siipi ja Juhani Rantalalla korkeapaineturbiinin siipi, joka on lentänyt
3 162 tuntia.

Kriisissä osaamisverkoston merkitys korostuu

– Yhdistimme Puolustusvoimien toimeksiannossa erilaista VTT:n osaamista: lujuustekniikkaa, materiaalitekniikkaa, mikroskopiaa, pinnoiteosaamista. Tiedot siipien eliniästä välitettiin Patrialle, jossa korjauskehitysten parissa työskentelevä diplomi-insinööri Jani Simelius arvioi niitä, kertoo erikoistutkija Juhani Rantala VTT:stä.

VTT on ollut Ilmavoimien kumppani noin 15 vuotta. Ensimmäiset VTT:lle annetut tehtävät liittyivät Hawk-hävittäjien moottorin turbiinien kunnonmäärittämiseen.

– Siitä työt jatkuivat Hornetin korkeapaineturbiinisiipien analysointiin vuonna 2009. Siipien lisäksi olemme tutkineet muun muassa polttokammion vaippamateriaalia, muistelee Rantala.

– Olemme saaneet Juhanin mainitseman polttokammion säröytymisen analysoinnista arvokasta tietoa, jota voimme hyödyntää boroskooppitarkastuksissamme ja siten harkitusti antaa lisää lentoaikaa koneille, jatkaa Timo Nurmi.

Kotimaisten yhteistyökumppanien lisäksi Puolustusvoimat hyödyntää muiden Hornet-käyttäjien kokemuksia eri maissa. Suomessa tutkimusyhteistyöverkostoon kuuluu Patrian ja VTT:n lisäksi Aalto-yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto, Finflo, Milldyne ja Emmecon.

Taustalla on Ilmavoimien 90-luvun alussa tekemä päätös rakentaa, investoida ja rahoittaa kansallista osaamisverkostoa lentokoneiden elinkaaren hallinnan tarpeisiin.

– Hornet-hävittäjäkaluston on oltava kaiken aikaa käyttökunnossa. Myös mahdolliseen kriisitilanteeseen on varauduttava ennalta. On tärkeää, että meillä on luotuna toimiva osaamisverkosto, jonka avulla pärjäämme tarvittaessa mahdollisimman pitkälle kotimaisin voimin. Yhteistyössä on siis kyse myös Suomen kriisinajan huoltovarmuuden kehittämisestä, kertoo Jukka Taattola.


Sulanutta tuhkaa jäähdytysreikien läheisyydessä harjoituslennon jälkeen. Reiät eivät saa tukkeutua, koska silloin siiven jäähdytysilma ei pääse läpi.

Korjaukset hallitusti ja järkevästi

Puolustusvoimien logistiikkalaitos tilaa tehdas­huoltotasoiset huolto- ja korjauspalvelut pääasiassa Patrialta. Kaikki vähänkään merkittävämmät huoltotoimenpiteet edellyttävät moottorin irrottamisen, ja osoite on silloin Patrian moottorikorjaamo Nokian Linnavuoressa, jossa aikoinaan myös Mig 21- ja Draken-hävittäjien moottorit huollettiin. Koneiden käyttö- ja määräaikaishuollot Ilmavoimat tekee itse.

– Kun Patrialla huomaamme ongelman, reagoimme saman tien. Täällä uuden korjausmenettelyn kehittäminen on usein paljon nopeampaa kuin eri maiden yhteistyökokouksissa, kertoo Nurmi.

– Suomalaisia arvostetaan Hornetin moottoripiireissä innovatiivisina, osaavina ja tarvittaessa nopeastikin uusia ratkaisuja löytävinä sekä toteuttavina ammattilaisina, toteaa Taattola.

Hornetin suunnittelu alkoi 60-luvulla, ja ensilennot tehtiin Yhdysvalloissa vuonna 1978. Operatiiviseen käyttöön ne pääsivät 80-luvulla. Kaikki Ilmavoimien 1-paikkaisten koneiden moottorit ja varamoottorit koottiin Linnavuoressa vuosina 1995−2000. Kokoonpanotyöstä saatiin arvokasta kokemusta ja omaa osaamista moottoreiden huoltoon.

Koneilla on lennetty Suomessa jo 20 vuotta, mutta vielä on paljon lentovuosia edessä, vaikkakin uusien hävittäjien hankinnasta jo keskustellaan. 



Eyjafjallajökull pysäytti Euroopan lennot

Lentoliikenne Pohjois-Euroopassa pysähtyi huhtikuussa 2010 Eyjafjallajökull-tulivuoren purkautuessa Islannissa. Heräsi kysymys: Mikä on turvallinen tuhkapitoisuus ilmailulle? 

Lapin lennoston Hornet-harjoituslennolla koneet altistuivat tuhkapilveen ja lennon jälkeen niiden moottoreissa havaittiin tuhkapölyä. Näin Suomen Ilmavoimat päätyi ilmailualan ykkösuutiseksi. 

Ilmavoimat, Patria ja VTT tutkivat nopeasti, miten tukossa moottorit olivat.  Tuhkasta huolimatta lentokoneet todettiin tutkimusten perusteella lentokuntoisiksi.

Myöhemmin VTT sai Puolustusvoimilta tehtäväksi selvittää, aiheuttaako tulivuoren tuhka turbiinisiipiin korroosiota.

– Tilasin Islannista pussillisen hienojakoista, mantereelta kerättyä tulivuoren tuhkaa. Sulaa tuhkaa ruiskutettiin korkeapaineturbiinisiipien pintaan ja siipiä hehkutettiin uunissa. Korroosiovaikutusta emme löytäneet. Tätä ei aiemmin tiedetty, vaikka tulivuorenpurkaukset eivät ole erityisen harvinaisia, muistelee Juhani Rantala VTT:stä.


 

 

Impulssihttp://www.vtt.fi/ImpulssiImpulssi
Tekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoaly-paljastaa-sydanpotilaan-komplikaatioriskin.aspxTekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskin
Impulssi 2/2017http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Suomi on hyvä investointihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-on-hyva-investointi.aspxSuomi on hyvä investointi
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
Tuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöönhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuotteita-jätteestä.aspxTuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöön
Ilman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ilman-hiilidioksidista-raaka-aine-polttoaineisiin-kemikaaleihin-ja-ruokaan.aspxIlman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaan
Digitaaliset ekosysteemit valtaavat alaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaaliset-ekosysteemit-valtaavat-alaa.aspxDigitaaliset ekosysteemit valtaavat alaa
Laitteet kämmenen kokoisiksihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laitteet-kammenen-kokoisiksi.aspxLaitteet kämmenen kokoisiksi
Samaa säätöä seuraavat 100 vuottahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Samaa-säätöä-seuraavat-100-vuotta.aspxSamaa säätöä seuraavat 100 vuotta
Tuottoisaa käyttöä Suomen biomassoillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoisaa-kayttoa-Suomen-biomassoille.aspxTuottoisaa käyttöä Suomen biomassoille
Yhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yhteisöllisiä-asumisratkaisuja-Suomesta-Namibiaan.aspxYhteisöllisiä asumisratkaisuja Suomesta Namibiaan
VTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/VTTn_spinno_GrainSense_tuo_laboratorion-maanviljelijan-kouraan.aspxVTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraan
Pilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pilottitehtaat-jauhavat-ideoista-liiketoimintaa.aspxPilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaa
Selluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloonhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Selluloosakuitu-herattaa-kaytetyn-puuvillatekstiilin-uuteen-eloon.aspxSelluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloon
Huoltoapua astronauteillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Huoltoapua-astronauteille.aspxHuoltoapua astronauteille
Puhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puhtaampaa-kaupunkiliikennetta-puupohjaisella-dieselilla.aspxPuhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillä
Impulssi 1/2015http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2015.aspxImpulssi 1/2015
Syntymäpäivälahja meiltä itsellemmehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Syntymapaivalahja-meilta-itsellemme.aspxSyntymäpäivälahja meiltä itsellemme
Tulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovelluksethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-uudet-selluloosatuotteet-ja-niiden-sovellukset.aspxTulevaisuuden uudet selluloosatuotteet ja niiden sovellukset
Ketterä ja nopea Ponssehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kettera-ja-nopea-Ponsse.aspxKetterä ja nopea Ponsse
Laivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimustahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laivateollisuuden-digitalisoituminen-edellyttää-huippututkimusta.aspxLaivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimusta
Asuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asuinmukavuus-ja-energiatehokkuus-mahtuvat-samaan-kotiin.aspxAsuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiin
Ikäteknologia arjen apuna ja turvanahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ikäteknologia-arjen-apuna-ja-turvana.aspxIkäteknologia arjen apuna ja turvana
Suomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalaispyörät-pyörivät-myös-tulevaisuudessa.aspxSuomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessa
Voiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-alykkaiden-kaupunkien-suorituskykya-mitata.aspxVoiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
Onko tulevaisuudessa jätevettä?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
Bisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sauli-Tormala-Kasvua-kansainvalisilta-kentilta.aspxBisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltä
Lämpöaistimus on monen tekijän summahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Lampoaistimus-on-monen-tekijan-summa.aspxLämpöaistimus on monen tekijän summa
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Minima Processor Oy – Energiatehokkuuden maailmanennätys kiihdyttää IoT-kehitystähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Minima-Processor-Oy-Energiatehokkuuden-maailmanennätys-kiihdyttää-IoT-kehitystä.aspxMinima Processor Oy – Energiatehokkuuden maailmanennätys kiihdyttää IoT-kehitystä
Jari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Jari-Gustafsson-Vanhoja-ja-uusia-taantuman-voittamiseksi.aspxJari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksi
Uusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusi-agenda-tehostaa-tutkimusinfran-käyttöä.aspxUusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöä
Mediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoonhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mediatuotannossa-ja-asumispalveluissa-valmistaudutaan-5G-verkkoon.aspxMediatuotannossa ja asumispalveluissa valmistaudutaan 5G-verkkoon
Impulssi 1/2017http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2017.aspxImpulssi 1/2017
Sopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sopiiko-elinkaariarviointi-poliittisen-päätöksenteon-tueksi.aspxSopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?
Riskienhallintaa mutkistuvassa maailmassahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Riskienhallintaa-mutkistuvassa-maailmassa.aspxRiskienhallintaa mutkistuvassa maailmassa
5G tuo vauhtia verkkopalveluihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/5G-tuo-vauhtia-verkkopalveluihin.aspx5G tuo vauhtia verkkopalveluihin
For Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudellehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/For-Industry-veturina-Suomen-valmistavalle-teollisuudelle.aspxFor Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudelle
Kyberturvallisuuden puolesta monella rintamallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuuden-puolesta-monella-rintamalla.aspxKyberturvallisuuden puolesta monella rintamalla
Voiko ympäristöväittämiin luottaa?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-ymparistovaittamiin-luottaa.aspxVoiko ympäristöväittämiin luottaa?
Impulssi 1/2014http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014
S-ryhmä uskoo monikanavamalliinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/S-ryhma-uskoo-monikanavamalliin.aspxS-ryhmä uskoo monikanavamalliin
Kovaakin kovempi vientituotehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kovaakin-kovempi-vientituote.aspxKovaakin kovempi vientituote
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Tehdään totta biotaloudestahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tehdaan-totta-biotaloudesta.aspxTehdään totta biotaloudesta
Impulssi 1/2016http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Voimaa potkurikehitykseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voimaa-potkurikehitykseen.aspxVoimaa potkurikehitykseen
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla