Më i shpejtë, më i qetë, më i pastër - Motori i ri i avionëve

Rezulton se për të ndryshuar shumë në aviacion, nuk keni nevojë të kërkoni helikë të rinj, dizajne futuriste apo materiale hapësinore. Mjafton të përdorni një transmetim mekanik relativisht të thjeshtë ...

Kjo është një nga risitë më të rëndësishme të viteve të fundit. Motorët me turbofan me ingranazh (GTF) lejojnë që kompresori dhe ventilatori të rrotullohen me shpejtësi të ndryshme. Ingranazhi i drejtimit të ventilatorit rrotullohet me boshtin e ventilatorit, por ndan motorin e ventilatorit nga kompresori dhe turbina me presion të ulët. Ventilatori rrotullohet me një shpejtësi më të ulët, ndërsa kompresori dhe turbina me presion të ulët funksionojnë me një shpejtësi më të lartë. Çdo modul motori mund të funksionojë me efikasitet optimal. Pas 20 vitesh shpenzime për R&D dhe R&D prej rreth 1000 miliardë dollarësh, familja e turbofanëve Pratt & Whitney PurePower PW2016G ishte funksionale disa vite më parë dhe është futur masivisht në avionët komercialë që nga viti XNUMX.

Motorët modernë turbofan gjenerojnë shtytje në dy mënyra. Së pari, kompresorët dhe dhoma e djegies janë të vendosura në thelbin e saj. Në pjesën e përparme është një tifoz i cili, i drejtuar nga bërthama, drejton ajrin përmes dhomave të anashkalimit rreth bërthamës së motorit. Raporti i anashkalimit është raporti i sasisë së ajrit që kalon nëpër bërthamë me sasinë e ajrit që kalon nëpër të. Në përgjithësi, një raport më i lartë i anashkalimit do të thotë motorë më të qetë, më efikas dhe më të fuqishëm. Motorët konvencionalë turbofan kanë një raport anashkalimi prej 9 me 1. Motorët Pratt PurePower GTF kanë një raport anashkalimi 12 me 1.

Për të rritur raportin e anashkalimit, prodhuesit e motorëve duhet të rrisin gjatësinë e teheve të ventilatorit. Megjithatë, kur zgjatet, shpejtësitë e rrotullimit të marra në fund të tehut do të jenë aq të larta sa do të ndodhin dridhje të padëshiruara. Ju nevojiten tehe ventilatori për të ngadalësuar shpejtësinë dhe për këtë shërben kutia e marsheve. Një motor i tillë mund të jetë deri në 16 për qind, sipas Pratt & Whitney. ekonomi e madhe e karburantit dhe 50 për qind. më pak emetime të gazrave dhe është 75 për qind. i qetë. Kohët e fundit, SWISS dhe Air Baltic njoftuan se motorët e tyre reaktivë të serisë GTF C konsumojnë edhe më pak karburant sesa premton prodhuesi.

Motori PW1100G-JM në linjën e prodhimit

Revista TIME e quajti motorin PW1000G një nga 50 shpikjet më të rëndësishme të vitit 2011 dhe një nga gjashtë shpikjet më miqësore me mjedisin, pasi Pratt & Whitney PurePower është projektuar për të qenë më i pastër, më i qetë, më i fuqishëm dhe për të përdorur më pak karburant se motorët ekzistues të avionëve. Në vitin 2016, Richard Anderson, në atë kohë president i Delta Air Lines, e quajti motorin "risi e parë e vërtetë" që kur Dreamliner i Boeing revolucionarizoi ndërtimin e përbërë.

Kursimet dhe reduktimi i emetimeve

Sektori i aviacionit komercial emeton më shumë se 700 milion ton dioksid karboni në vit. Edhe pse është vetëm rreth 2 për qind. emetimet globale të dioksidit të karbonit, ka dëshmi se gazrat serë në karburantin e avionëve kanë një ndikim më të madh në atmosferë pasi ato çlirohen në lartësi më të larta.

Prodhuesit e mëdhenj të motorëve po kërkojnë të kursejnë karburantin dhe të reduktojnë emetimet. Konkurrenti i Pratt CFM International kohët e fundit prezantoi motorin e tij të avancuar të quajtur LEAP, i cili zyrtarët e kompanisë thonë se jep rezultate të ngjashme me një turbofan me ingranazh në kurriz të zgjidhjeve të tjera. CFM pretendon se në një arkitekturë tradicionale me turbofan, të njëjtat përfitime mund të arrihen pa peshën dhe tërheqjen e shtuar të motorit. LEAP përdor materiale kompozite të lehta dhe tehe tifozësh me fibër karboni për të arritur përmirësime të efikasitetit të energjisë që kompania thotë se janë të krahasueshme me ato të arritura me motorin Pratt & Whitney.

Deri më sot, porositë për motorët e Airbus për A320neo ndahen afërsisht në mënyrë të barabartë midis CFM dhe Pratt & Whitney. Fatkeqësisht për kompaninë e fundit, motorët PurePower po shkaktojnë probleme për përdoruesit. E para u shfaq këtë vit, kur ftohja e pabarabartë e motorëve GTF u regjistrua në Qatar Airways Airbus A320neo. Ftohja e pabarabartë mund të çojë në deformim dhe fërkim të pjesëve, dhe në të njëjtën kohë të rrisë kohën midis fluturimeve. Si rezultat, linja ajrore arriti në përfundimin se motorët nuk plotësonin kërkesat operacionale. Menjëherë pas kësaj, autoritetet indiane të aviacionit pezulluan fluturimet e 11 avionëve Airbus A320neo të fuqizuar nga motorët PurePower GTF. Sipas Economic Times, vendimi erdhi pasi avioni me motor “Airbus GTF” pësoi tre dështime të motorit gjatë dy javëve. Pratt & Whitney i minimizon këto vështirësi, duke thënë se ato janë të lehta për t'u kapërcyer.

Tifoz elektronik i Airbus

Një tjetër gjigant në fushën e motorëve të avionëve, Rolls-Royce, po zhvillon kutinë e vet Power Gearbox, e cila deri në vitin 2025 do të reduktojë konsumin e karburantit në turbofanët e mëdhenj me 25%. krahasuar me modelet më të vjetra të gamës së njohur të motorëve Trent. Kjo, natyrisht, do të thotë një konkurs i ri dizajni Pratt & Whitney.

Britanikët po mendojnë edhe për lloje të tjera inovacioni. Gjatë shfaqjes së fundit ajrore të Singaporit, Rolls-Royce lançoi Iniciativën Inteligjente Motori, e cila synon të zhvillojë motorë inteligjentë të avionëve që janë më të sigurt dhe më efikas përmes aftësisë për të komunikuar me njëri-tjetrin dhe përmes një rrjeti mbështetës. Duke ofruar komunikim të vazhdueshëm të dyanshëm me motorin dhe pjesët e tjera të ekosistemit të shërbimit, motori do të jetë në gjendje të zgjidhë problemet përpara se ato të ndodhin dhe të mësojë se si të përmirësojë performancën. Ata gjithashtu do të mësonin nga historia e punës së tyre dhe motorëve të tjerë, dhe në përgjithësi do t'u duhej të riparonin veten në lëvizje.

Drive ka nevojë për bateri më të mira

Vizioni i Komisionit Evropian për aviacionin për vitin 2050 kërkon një reduktim të emetimeve të CO.₂ me 75 për qind, oksidet e azotit me 90 për qind. dhe zhurma me 65 për qind. Ato nuk mund të arrihen me teknologjitë ekzistuese. Sistemet shtytëse elektrike dhe hibride-elektrike shihen aktualisht si një nga teknologjitë më premtuese për të përballuar këto sfida.

Në treg ka avionë elektrikë me dy vende. Automjetet hibride-elektrike me katër vende janë në horizont. NASA parashikon që në fillim të viteve 20, ky lloj i avionëve me nëntë vende me distanca të shkurtra do të sjellë shërbimet e aviacionit në komunitetet më të vogla. Si në Evropë ashtu edhe në SHBA, shkencëtarët besojnë se deri në vitin 2030 është e mundur të ndërtohet një avion hibrid-elektrik me kapacitet deri në 100 vende. Megjithatë, do të kërkohet përparim i konsiderueshëm në fushën e ruajtjes së energjisë.

Aktualisht, dendësia e energjisë e baterive thjesht nuk është e mjaftueshme. Megjithatë, e gjithë kjo mund të ndryshojë. Shefi i Tesla-s, Elon Musk tha se sapo bateritë të jenë në gjendje të prodhojnë 400 vat-orë për kilogram, dhe raporti i fuqisë së celularit ndaj peshës totale të jetë 0,7-0,8, një aeroplan elektrik transkontinental do të bëhet një "alternativë e vështirë". Duke marrë parasysh që bateritë litium-jon ishin në gjendje të arrinin një densitet energjie prej 113 Wh/kg në 1994, 202 Wh/kg në 2004 dhe tani janë në gjendje të arrijnë rreth 300 Wh/kg, mund të supozohet se brenda dekadës së ardhshme ato do të arrijë nivelin 400 Wh/kg.

Projekti i taksisë ajrore me dy ulëse elektrike Kitty Hawk

Airbus, Rolls-Royce dhe Siemens së fundmi u bashkuan për të zhvilluar demonstruesin fluturues E-Fan X, i cili do të jetë një hap i rëndësishëm përpara në lëvizjen hibride-elektrike të avionëve komercialë. Demonstrimi i teknologjisë elektrike hibride E-Fan X pritet të jetë - Fan X do të fluturojë në vitin 2020 pas një fushate të gjerë testimi në tokë. Në fazën e parë, BAe 146 do të zëvendësojë një nga katër motorët me një motor elektrik XNUMX MW. Më pas, është planifikuar të zëvendësohet turbina e dytë me një motor elektrik pasi të demonstrohet pjekuria e sistemit.

Airbus do të jetë përgjegjës për integrimin e përgjithshëm, si dhe për arkitekturën hibride të shtytjes elektrike dhe të kontrollit të baterisë dhe integrimin e tij me sistemet e kontrollit të fluturimit. Rolls-Royce do të jetë përgjegjëse për motorin e turbinës me gaz, gjeneratorin XNUMX megavat dhe elektronikën e energjisë. Së bashku me Airbus, Rolls-Royce do të punojë gjithashtu në përshtatjen e tifozëve me motorin elektrik ekzistues të Siemens. Siemens do të furnizojë motorë elektrikë XNUMX MW dhe një kontrollues elektronik të energjisë, si dhe një inverter, konvertues dhe sistem të shpërndarjes së energjisë.

Shumë qendra kërkimore në mbarë botën po punojnë për aeroplanët elektrikë, përfshirë NASA-n, e cila po ndërton X-57 Maxwell. Projekti i taksisë ajrore me dy ulëse elektrike Kitty Hawk dhe shumë struktura të tjera qendrash të mëdha, kompanish apo biznesesh të vogla janë duke u zhvilluar gjithashtu.

Duke pasur parasysh se jetëgjatësia mesatare e avionëve të pasagjerëve dhe mallrave është përkatësisht rreth 21 dhe 33 vjet, edhe nëse të gjithë avionët e rinj të prodhuar nesër janë tërësisht elektrikë, do të duheshin dy deri në tre dekada për të hequr gradualisht avionët me lëndë djegëse fosile.

Kështu që nuk do të funksionojë shpejt. Ndërkohë, biokarburantet mund të lehtësojnë mjedisin në sektorin e aviacionit. Ato ndihmojnë në reduktimin e emetimeve të dioksidit të karbonit me 36-85 për qind. Përkundër faktit se përzierjet e biokarburanteve për motorët e avionëve u certifikuan në vitin 2009, industria e aviacionit nuk po nxiton të zbatojë ndryshime. Ka pak pengesa dhe sfida teknologjike që lidhen me sjelljen e prodhimit të biokarburanteve në nivele industriale, por pengesa kryesore është çmimi - duhen dhjetë vjet të tjera për të arritur barazinë me lëndët djegëse fosile.

Hapi në të Ardhmen

Në të njëjtën kohë, laboratorët po punojnë në koncepte disi më futuriste të motorit të avionëve. Deri më tani, për shembull, një motor plazma nuk tingëllon shumë realist, por nuk mund të përjashtohet që punimet shkencore të zhvillohen në diçka interesante dhe të dobishme. Shtytësit e plazmës përdorin energji elektrike për të krijuar fusha elektromagnetike. Ata ngjeshin dhe nxisin një gaz, si ajri ose argoni, në një plazmë - një gjendje e nxehtë, e dendur dhe jonizuese. Hulumtimi i tyre tani çon në idenë e lëshimit të satelitëve në hapësirën e jashtme (nxitës jonesh). Megjithatë, Berkant Goeksel i Universitetit Teknik të Berlinit dhe ekipi i tij duan të vendosin shtytës plazma në avionë.

Qëllimi i hulumtimit është të zhvillojë një motor plazma me avion ajror që mund të përdoret si për ngritje ashtu edhe për fluturime në lartësi të mëdha. Avionët e plazmës zakonisht janë të dizajnuara për të funksionuar në një atmosferë vakum ose presion të ulët ku kërkohet furnizim me gaz. Megjithatë, ekipi i Göksel testoi një pajisje të aftë për të vepruar në ajër me një presion prej një atmosfere. "Grykat tona të plazmës mund të arrijnë shpejtësi deri në 20 kilometra në sekondë," thotë Göckel në serinë e konferencave të Journal of Physics.

Motori SABER në automjetin hipersonik të së ardhmes

Për të filluar, ekipi testoi shtytës në miniaturë 80 milimetra të gjatë. Për një avion të vogël, kjo do të jetë deri në një mijë nga ato që ekipi i konsideron të mundshme. Kufizimi më i madh, natyrisht, është mungesa e baterive të lehta. Shkencëtarët po konsiderojnë gjithashtu një avion hibrid, në të cilin një motor plazma do të kombinohej me motorë me djegie të brendshme ose raketa.

Kur flasim për koncepte novatore të motorëve reaktivë, le të mos harrojmë SABER (Motorin e raketave me frymëmarrje ajrore sinergjike) të zhvilluar nga Reaction Engines Limited. Supozohet se ky do të jetë një motor që funksionon si në atmosferë ashtu edhe në vakum, duke punuar me hidrogjen të lëngshëm. Në fazën fillestare të fluturimit, oksiduesi do të jetë ajri nga atmosfera (si në motorët konvencionalë të avionëve), dhe nga një lartësi prej 26 km (ku anija arrin një shpejtësi prej 5 milion vjetësh) - oksigjen i lëngshëm. Pas kalimit në modalitetin e raketës, ai do të arrijë shpejtësi deri në 25 Mach.

HorizonX, krahu i investimeve të Boeing-ut i përfshirë në projekt, nuk ka vendosur ende se si SABER mund ta përdorë atë, përveç se pret të "përdorë teknologji revolucionare për të ndihmuar Boeing në kërkimin e tij për fluturim supersonik".

RAMJET dhe scramjet (motori jet supersonik me një dhomë djegieje) kanë qenë prej kohësh në buzët e tifozëve të aviacionit me shpejtësi të lartë. Aktualisht, ato janë zhvilluar kryesisht për qëllime ushtarake. Megjithatë, siç mëson historia e aviacionit, ajo që do të testohet në ushtri do t'i shkojë aviacionit civil. Gjithçka që duhet është pak durim.

Video me motor inteligjent Rolls Royce:

Rolls-Royce | Inovacion në InteligentEngine