Daha Hızlı, Daha Sessiz, Daha Temiz - Yeni Uçak Motoru

Havacılıkta çok şey değiştirmek için yeni pervaneler, fütüristik tasarımlar veya uzay malzemeleri aramanıza gerek olmadığı ortaya çıktı. Nispeten basit bir mekanik şanzıman kullanmak yeterlidir ...

Bu, son yılların en önemli yeniliklerinden biridir. Dişli turbofan motorları (GTF), kompresör ve fanın farklı hızlarda dönmesini sağlar. Fan tahrik dişlisi, fan mili ile birlikte döner ancak fan motorunu düşük basınçlı kompresör ve türbinden ayırır. Fan, daha yavaş bir hızda dönerken, kompresör ve düşük basınç türbini daha yüksek bir hızda çalışır. Her motor modülü optimum verimlilikte çalışabilir. 20 yıllık Ar-Ge ve Ar-Ge harcaması yaklaşık 1000 milyar dolardan sonra, Pratt & Whitney PurePower PW2016G turbofan ailesi birkaç yıl önce faaliyete geçti ve XNUMX'dan beri ticari uçaklara toplu olarak tanıtıldı.

Modern turbofan motorları, itkiyi iki şekilde üretir. İlk olarak, kompresörler ve yanma odası çekirdeğinde bulunur. Önde, çekirdek tarafından çalıştırılan ve havayı motor çekirdeğinin etrafındaki baypas odaları aracılığıyla yönlendiren bir fan bulunur. Bypass oranı, çekirdekten geçen hava miktarının, içinden geçen hava miktarına oranıdır. Genel olarak, daha yüksek bir baypas oranı, daha sessiz, daha verimli ve daha güçlü motorlar anlamına gelir. Geleneksel turbofanların baypas oranı 9'a 1'dir. Pratt PurePower GTF motorları, 12'ye 1'lik bir baypas oranına sahiptir.

Baypas oranını artırmak için motor üreticilerinin fan kanatlarının uzunluğunu artırması gerekir. Ancak uzadığında bıçak ucunda elde edilen dönüş hızları o kadar yüksek olacaktır ki istenmeyen titreşimler meydana gelecektir. Yavaşlamak için fan kanatlarına ihtiyacınız var ve şanzıman bunun için var. Pratt & Whitney'e göre böyle bir motor yüzde 16 kadar yüksek olabilir. büyük yakıt ekonomisi ve yüzde 50. daha az egzoz emisyonu ve yüzde 75'tir. sessizlik. Kısa süre önce SWISS ve Air Baltic, GTF C serisi jet motorlarının üreticinin vaat ettiğinden bile daha az yakıt tükettiğini duyurdu.

Üretim hattında PW1100G-JM motoru

TIME dergisi, Pratt & Whitney PurePower'ın mevcut jet motorlarından daha temiz, daha sessiz, daha güçlü ve daha az yakıt kullanacak şekilde tasarlandığından, 1000'in en önemli 50 icadı ve en çevre dostu altı icattan biri olarak PW2011G motorunu seçti. 2016'da, Delta Air Lines'ın o zamanki başkanı Richard Anderson, Boeing'in Dreamliner'ının kompozit yapıda devrim yaratmasından bu yana motoru "ilk gerçek yenilik" olarak nitelendirdi.

Tasarruf ve emisyonların azaltılması

Ticari havacılık sektörü yılda 700 milyon tondan fazla karbondioksit salıyor. Sadece yüzde 2 olmasına rağmen. Küresel karbondioksit emisyonları, jet yakıtındaki sera gazlarının daha yüksek irtifalarda salındıkları için atmosfer üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olduğuna dair kanıtlar var.

Büyük motor üreticileri yakıttan tasarruf etmek ve emisyonları azaltmak istiyor. Pratt'ın rakibi CFM International kısa bir süre önce, şirket yetkililerinin diğer çözümler pahasına dişli turbofanlara benzer sonuçlar verdiğini söylediği LEAP adlı kendi gelişmiş motorunu tanıttı. CFM, geleneksel bir turbofan mimarisinde, aynı faydaların aktarma organlarının ek ağırlığı ve sürtünmesi olmadan elde edilebileceğini iddia ediyor. LEAP, şirketin Pratt & Whitney motoruyla elde edilenlerle karşılaştırılabilir olduğunu söylediği enerji verimliliği iyileştirmelerini elde etmek için hafif kompozit malzemeler ve karbon fiber fan kanatları kullanıyor.

Bugüne kadar, A320neo için Airbus motor siparişleri CFM ve Pratt & Whitney arasında kabaca eşit olarak bölünmüştür. Ne yazık ki, ikinci şirket için PurePower motorları kullanıcılar için sorunlara neden oluyor. İlki, Qatar Airways Airbus A320neo'daki GTF motorlarının eşit olmayan soğutmasının kaydedildiği bu yıl ortaya çıktı. Düzensiz soğutma, parçaların deformasyonuna ve sürtünmesine yol açabilir ve aynı zamanda uçuşlar arasındaki süreyi artırabilir. Sonuç olarak havayolu, motorların operasyonel gereksinimleri karşılamadığı sonucuna vardı. Kısa bir süre sonra, Hindistan havacılık yetkilileri, PurePower GTF motorlarıyla çalışan 11 Airbus A320neo uçağının uçuşlarını askıya aldı. Economic Times'a göre, karar, Airbus GTF ile çalışan uçağın iki hafta boyunca üç motor arızası yaşamasının ardından geldi. Pratt & Whitney, üstesinden gelmenin kolay olduğunu söyleyerek bu zorlukları küçümser.

Airbus elektronik fan

Uçak motorları alanındaki bir diğer dev olan Rolls-Royce, 2025 yılına kadar büyük turbofanlardaki yakıt tüketimini %25 oranında azaltacak olan kendi Güç Şanzımanını geliştiriyor. iyi bilinen Trent motor serisinin eski modelleri ile karşılaştırıldığında. Bu elbette yeni bir Pratt & Whitney tasarım yarışması anlamına geliyor.

İngilizler ayrıca başka tür inovasyonlar da düşünüyorlar. Son Singapur Hava Gösterisi sırasında Rolls-Royce, birbirleriyle iletişim kurabilme ve bir destek ağı aracılığıyla daha güvenli ve daha verimli akıllı uçak motorları geliştirmeyi amaçlayan IntelligentEngine Girişimi'ni başlattı. Motor ve hizmet ekosisteminin diğer bölümleriyle sürekli iki yönlü iletişim sağlayarak motor, sorunları oluşmadan önce çözebilecek ve performansı nasıl iyileştireceğini öğrenebilecek. Ayrıca çalışmalarının ve diğer motorların geçmişinden de öğreneceklerdi ve genellikle hareket halindeyken kendilerini tamir etmeleri gerekecekti.

Sürücünün daha iyi pillere ihtiyacı var

Avrupa Komisyonu'nun 2050 havacılık vizyonu, CO emisyonlarının azaltılmasını gerektiriyor.₂ yüzde 75, nitrojen oksitler yüzde 90. ve gürültü yüzde 65 oranında. Mevcut teknolojilerle elde edilemezler. Elektrikli ve hibrit-elektrikli tahrik sistemleri şu anda bu zorlukların üstesinden gelmek için en umut verici teknolojilerden biri olarak görülüyor.

Piyasada iki kişilik elektrikli hafif uçaklar var. Ufukta dört kişilik hibrit elektrikli araçlar görünüyor. NASA, 20'li yılların başlarında, bu tür kısa mesafeli dokuz koltuklu uçakların havacılık hizmetlerini daha küçük topluluklara geri getireceğini tahmin ediyor. Hem Avrupa'da hem de ABD'de bilim adamları, 2030 yılına kadar 100 koltuk kapasiteli hibrit elektrikli bir uçak inşa etmenin mümkün olduğuna inanıyor. Ancak, enerji depolama alanında önemli ilerlemeler gerekecektir.

Şu anda, pillerin enerji yoğunluğu yeterli değil. Ancak, tüm bunlar değişebilir. Tesla patronu Elon Musk, piller kilogram başına 400 watt-saat üretme kapasitesine sahip olduğunda ve hücre gücünün toplam ağırlığa oranı 0,7-0,8 olduğunda, elektrikli kıtalararası uçağın "zor bir alternatif" olacağını söyledi. Lityum iyon pillerin 113'te 1994 Wh/kg, 202'te 2004 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşabildikleri ve şimdi yaklaşık 300 Wh/kg'a ulaşabildikleri göz önüne alındığında, önümüzdeki on yıl içinde, 400 Wh/kg seviyesine ulaşacaktır.

Kitty Hawk elektrikli iki kişilik hava taksi projesi

Airbus, Rolls-Royce ve Siemens kısa süre önce, ticari uçak hibrit-elektrik tahrikinde önemli bir adım olacak olan E-Fan X uçan göstericiyi geliştirmek için ortaklık kurdu. E-Fan X hibrit elektrik teknolojisi tanıtımı -Fan X, kapsamlı bir zemin testi kampanyasının ardından 2020'de uçacak. İlk aşamada, BAe 146, dört motordan birini XNUMX MW'lık bir elektrik motoruyla değiştirecek. Akabinde sistemin olgunluğu gösterildikten sonra ikinci türbinin elektrik motoru ile değiştirilmesi planlanmaktadır.

Airbus, genel entegrasyonun yanı sıra hibrit elektrikli tahrik ve pil kontrol mimarisinden ve bunun uçuş kontrol sistemleriyle entegrasyonundan sorumlu olacak. Rolls-Royce, gaz türbini motoru, XNUMX megavatlık jeneratör ve güç elektroniğinden sorumlu olacak. Airbus ile birlikte Rolls-Royce, fanları mevcut Siemens motor kaportasına ve elektrik motoruna uyarlamak için de çalışacak. Siemens, XNUMX MW'lık elektrik motoru ve bir elektronik güç kontrol cihazının yanı sıra bir invertör, dönüştürücü ve güç dağıtım sistemi tedarik edecek.

Dünya çapında birçok araştırma merkezi, X-57 Maxwell'i inşa eden NASA da dahil olmak üzere elektrikli uçaklar üzerinde çalışıyor. Kitty Hawk elektrikli iki kişilik hava taksi projesi ve büyük merkezlerin, şirketlerin veya küçük start-up'ların diğer birçok yapısı da geliştiriliyor.

Yolcu ve kargo uçaklarının ortalama ömrünün sırasıyla 21 ve 33 yıl olduğu göz önüne alındığında, yarın üretilecek tüm yeni uçaklar tamamen elektrikli olsa bile, fosil yakıtla çalışan uçakların aşamalı olarak kullanımdan kaldırılması iki ila otuz yıl alacaktır.

Bu yüzden hızlı çalışmayacak. Bu arada, biyoyakıtlar havacılık sektöründe çevreyi aydınlatabilir. Karbondioksit emisyonlarını yüzde 36-85 oranında azaltmaya yardımcı olurlar. Jet motorları için biyoyakıt karışımlarının 2009 yılında sertifikalandırılmış olmasına rağmen, havacılık endüstrisi değişiklikleri uygulamak için acele etmiyor. Biyoyakıt üretimini endüstriyel seviyelere getirmekle ilgili birkaç teknolojik engel ve zorluk var, ancak asıl caydırıcı fiyattır - fosil yakıtlarla denklik elde etmek için bir on yıl daha gerekiyor.

Geleceğe adım at

Aynı zamanda, laboratuvarlar biraz daha fütüristik uçak motoru konseptleri üzerinde çalışıyor. Örneğin şu ana kadar bir plazma motoru kulağa pek gerçekçi gelmiyor, ancak bilimsel çalışmaların ilginç ve faydalı bir şeye dönüşeceği de göz ardı edilemez. Plazma iticileri, elektromanyetik alanlar oluşturmak için elektrik kullanır. Hava veya argon gibi bir gazı bir plazmaya sıkıştırır ve uyarır - sıcak, yoğun, iyonize bir hal. Araştırmaları artık uzayda uydular (iyon iticiler) fırlatma fikrine yol açıyor. Ancak Berlin Teknik Üniversitesi'nden Berkant Göksel ve ekibi, uçaklara plazma iticileri yerleştirmek istiyor.

Araştırmanın amacı, hem kalkış hem de yüksek irtifa uçuşlarında kullanılabilecek bir hava jetli plazma motoru geliştirmektir. Plazma jetleri, tipik olarak, bir gaz kaynağının gerekli olduğu bir vakum veya düşük basınçlı atmosferde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ancak Göksel'in ekibi, havada bir atmosferlik basınçta çalışabilen bir cihazı test etti. Göckel, Journal of Physics konferans serisinde “Plazma nozullarımız saniyede 20 kilometreye kadar hızlara ulaşabilir” diyor.

Geleceğin hipersonik aracında SABER motoru

Başlangıç ​​olarak, ekip 80 milimetre uzunluğundaki minyatür iticileri test etti. Küçük bir uçak için bu, ekibin mümkün olduğunu düşündüğünden bin taneye kadar olacaktır. En büyük sınırlama, elbette, hafif pillerin olmamasıdır. Bilim adamları ayrıca, bir plazma motorunun içten yanmalı motorlar veya roketlerle birleştirileceği hibrit uçakları da düşünüyorlar.

Yenilikçi jet motoru konseptlerinden bahsederken Reaction Engines Limited tarafından geliştirilen SABER'i ​​(Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) unutmayalım. Bunun hem atmosferde hem de vakumda çalışan, sıvı hidrojenle çalışan bir motor olacağı varsayılmaktadır. Uçuşun ilk aşamasında, oksitleyici atmosferden (geleneksel jet motorlarında olduğu gibi) ve 26 km yükseklikten (geminin 5 milyon yıllık bir hıza ulaştığı yerde) - sıvı oksijenden hava olacaktır. Roket moduna geçtikten sonra 25 Mach kadar hızlara ulaşacaktır.

Boeing'in projeye dahil olan yatırım kolu HorizonX, "Boeing'e süpersonik uçuş arayışında yardımcı olmak için devrim niteliğindeki teknolojiyi kullanmayı" beklemesi dışında, SABER'in bunu nasıl kullanabileceğine henüz karar vermedi.

RAMJET ve scramjet (yanma odalı süpersonik jet motoru) uzun zamandır yüksek hızlı havacılık hayranlarının dudaklarında. Şu anda, esas olarak askeri amaçlar için geliştiriliyorlar. Ancak havacılık tarihinin öğrettiği gibi, orduda denenecek olan sivil havacılığa gidecek. Tek gereken biraz sabır.

Rolls Royce Akıllı Motor Videosu:

Rolls-Royce | IntelligentEngine'de Yenilik