Брже, тише, чистије - нови авионски мотор

Испоставило се да да бисте много променили у авијацији, не морате тражити нове пропелере, футуристички дизајн или свемирске материјале. Довољно је користити релативно једноставан механички пренос ...

Ово је једна од најважнијих иновација последњих година. Турбовентилаторски мотори са зупчаницима (ГТФ) омогућавају компресору и вентилатору да се ротирају различитим брзинама. Погонски зупчаник вентилатора ротира са осовином вентилатора, али одваја мотор вентилатора од компресора ниског притиска и турбине. Вентилатор се окреће мањом брзином, док компресор и турбина ниског притиска раде већом брзином. Сваки модул мотора може да ради са оптималном ефикасношћу. После 20 година потрошње на истраживање и развој и истраживање и развој од око 1000 милијарди долара, породица Пратт & Вхитнеи ПуреПовер ПВ2016Г је била оперативна пре неколико година и масовно је уведена у комерцијалне авионе од XNUMX.

Модерни турбовентилаторски мотори стварају потисак на два начина. Прво, компресори и комора за сагоревање налазе се у његовом језгру. На предњој страни је вентилатор који, покретан језгром, усмерава ваздух кроз обилазне коморе око језгра мотора. Однос бајпаса је однос количине ваздуха који пролази кроз језгро и количине ваздуха који пролази кроз њега. Генерално, већи премосни однос значи тише, ефикасније и снажније моторе. Конвенционални турбовентилаторски мотори имају премосни однос 9 према 1. Пратт ПуреПовер ГТФ мотори имају премосни однос 12 према 1.

Да би повећали премосни однос, произвођачи мотора морају повећати дужину лопатица вентилатора. Међутим, када се издуже, брзине ротације добијене на крају сечива биће толико високе да ће доћи до нежељених вибрација. Потребне су вам лопатице вентилатора да бисте успорили, а за то је и мењач. Такав мотор може бити чак 16 процената, према Пратт & Вхитнеи. велика економичност горива и 50 посто. мање емисије издувних гасова и износи 75 одсто. тихо. Недавно су СВИСС и Аир Балтиц објавили да њихови млазни мотори ГТФ Ц серије троше чак и мање горива него што произвођач обећава.

Мотор ПВ1100Г-ЈМ на производној линији

Часопис ТИМЕ назвао је мотор ПВ1000Г једним од 50 најважнијих проналазака 2011. и једним од шест еколошки најприхватљивијих изума, јер је Пратт & Вхитнеи ПуреПовер дизајниран да буде чистији, тиши, снажнији и да користи мање горива од постојећих млазних мотора. Године 2016. Ричард Андерсон, тадашњи председник Делта Аир Линес-а, назвао је мотор „првом истинском иновацијом“ од када је Боингов Дреамлинер направио револуцију у композитној конструкцији.

Уштеде и смањење емисије

Сектор комерцијалне авијације емитује више од 700 милиона тона угљен-диоксида годишње. Иако је само око 2 одсто. глобалне емисије угљен-диоксида, постоје докази да гасови стаклене баште у млазном гориву имају већи утицај на атмосферу јер се ослобађају на већим висинама.

Велики произвођачи мотора настоје да уштеде гориво и смање емисије. Пратт конкурент ЦФМ Интернатионал недавно је представио сопствени напредни мотор под називом ЛЕАП, за који званичници компаније кажу да даје сличне резултате као и турбовентилатор са зупчаником на рачун других решења. ЦФМ тврди да се у традиционалној турбовентилаторској архитектури, исте предности могу постићи без додатне тежине и отпора погонског склопа. ЛЕАП користи лагане композитне материјале и лопатице вентилатора од угљеничних влакана да би постигао побољшања енергетске ефикасности за која компанија каже да су упоредива са онима постигнутим са мотором Пратт & Вхитнеи.

До данас, поруџбине за Ербас моторе за А320нео су отприлике равномерно подељене између ЦФМ и Пратт & Вхитнеи. Нажалост за ову другу компанију, ПуреПовер мотори стварају проблеме корисницима. Први се појавио ове године, када је забележено неравномерно хлађење ГТФ мотора у Катар Аирваис Аирбус А320нео. Неравномерно хлађење може довести до деформације и трења делова, а истовремено повећати време између летова. Као резултат тога, авио-компанија је закључила да мотори не испуњавају оперативне захтеве. Убрзо након тога, индијске ваздухопловне власти обуставиле су летове 11 авиона Ербас А320нео покретаних ПуреПовер ГТФ моторима. Према писању Економског тајмса, одлука је донета након што су авиони са Ербас ГТФ погоном претрпели три отказа мотора током две недеље. Пратт & Вхитнеи умањује важност ових потешкоћа, рекавши да их је лако превазићи.

Аирбус електронски вентилатор

Још један гигант у области авионских мотора, Роллс-Роице, развија сопствени Повер Геарбок, који ће до 2025. смањити потрошњу горива у великим турбовентилаторима за 25%. у поређењу са старијим моделима познате палете мотора Трент. Ово, наравно, значи ново такмичење у дизајну Пратт & Вхитнеи.

Британци размишљају и о другим врстама иновација. Током недавног сајма у Сингапуру, Роллс-Роице је покренуо иницијативу ИнтеллигентЕнгине, која има за циљ да развије интелигентне авионске моторе који су безбеднији и ефикаснији кроз могућност међусобне комуникације и кроз мрежу подршке. Пружајући континуирану двосмерну комуникацију са мотором и другим деловима услужног екосистема, мотор ће моћи да реши проблеме пре него што се појаве и научи како да побољша перформансе. Такође би учили из историје свог рада и других мотора, а углавном би чак морали и сами да се поправљају у покрету.

За погон су потребне боље батерије

Ваздухопловна визија Европске комисије за 2050. позива на смањење емисије ЦО.₂ за 75 одсто, азотних оксида за 90 одсто. а бука за 65 одсто. Они се не могу постићи постојећим технологијама. Електрични и хибридно-електрични погонски системи се тренутно сматрају једном од технологија које највише обећавају за суочавање са овим изазовима.

На тржишту постоје двоседи електрични лаки авиони. На помолу су хибридна електрична возила са четири седишта. НАСА предвиђа да ће почетком 20-их година ова врста авиона са девет седишта на кратким релацијама вратити авио услуге у мање заједнице. И у Европи и у САД научници верују да је до 2030. године могуће изградити хибридно-електрични авион капацитета до 100 седишта. Међутим, биће потребан значајан напредак у области складиштења енергије.

Тренутно, густина енергије батерија једноставно није довољна. Међутим, све ово би могло да се промени. Шеф Тесле Елон Муск рекао је да када батерије буду способне да производе 400 ват-часова по килограму, а однос снаге ћелије према укупној тежини буде 0,7-0,8, електрични трансконтинентални авион ће постати „тешка алтернатива“. Узимајући у обзир да су литијум-јонске батерије успеле да постигну густину енергије од 113 Вх/кг 1994. године, 202 Вх/кг 2004. године, а сада су у стању да достигну око 300 Вх/кг, може се претпоставити да ће у наредној деценији достићи ниво од 400 Вх/кг.

Китти Хавк електрични ваздушни такси са два седишта

Аирбус, Роллс-Роице и Сиеменс недавно су се удружили да би развили демонстратор летења Е-Фан Кс, који ће бити значајан корак напред у хибридно-електричном погону комерцијалних авиона. Очекује се да ће демонстрација хибридне електричне технологије Е-Фан Кс бити -Фан Кс ће летети 2020. након опсежне кампање тестирања на земљи. У првој фази, БАе 146 ће заменити један од четири мотора са електромотором од XNUMX МВ. Накнадно је планирана замена друге турбине електромотором након демонстрације зрелости система.

Ербас ће бити одговоран за укупну интеграцију, као и хибридну архитектуру електричног погона и управљања батеријом и њену интеграцију са системима контроле лета. Роллс-Роице ће бити одговоран за гаснотурбински мотор, генератор од XNUMX мегавата и енергетску електронику. Заједно са Ербасом, Роллс-Роице ће радити и на прилагођавању вентилатора постојећој Сиеменс гондолини и електромотору. Сиеменс ће испоручити електромоторе од XNUMX МВ и електронски контролер снаге, као и инвертер, претварач и систем за дистрибуцију електричне енергије.

Многи истраживачки центри широм света раде на електричним авионима, укључујући НАСА, која гради Кс-57 Маквелл. Такође се развијају пројекат електричног ваздушног таксија двоседа Китти Хавк и многе друге структуре великих центара, компанија или малих старт-апова.

С обзиром на то да је просечан животни век путничких и теретних авиона око 21, односно 33 године, чак и ако сви нови авиони који се сутра буду произведени буду потпуно електрични, било би потребно две до три деценије да се укину авиони на фосилна горива.

Тако да неће радити брзо. У међувремену, биогорива могу олакшати животну средину у сектору ваздухопловства. Они помажу у смањењу емисије угљен-диоксида за 36-85 процената. Упркос чињеници да су мешавине биогорива за млазне моторе сертификоване још 2009. године, авио-индустрија не жури да спроведе промене. Постоји неколико технолошких препрека и изазова у вези са довођењем производње биогорива на индустријски ниво, али главна препрека је цена – потребно је још десет година да се постигне паритет са фосилним горивима.

Закорачите у будућност

У исто време, лабораторије раде на нешто футуристичкијим концептима авионских мотора. За сада, на пример, плазма мотор не звучи баш реално, али се не може искључити да ће се научни радови развити у нешто занимљиво и корисно. Плазма потисници користе електричну енергију за стварање електромагнетних поља. Они компресују и побуђују гас, као што је ваздух или аргон, у плазму - вруће, густо, јонизовано стање. Њихово истраживање сада доводи до идеје о лансирању сателита у свемир (јонски потисници). Међутим, Беркант Гоексел са Техничког универзитета у Берлину и његов тим желе да поставе плазма потиснике у авионе.

Циљ истраживања је да се развије ваздушно-млазни плазма мотор који би се могао користити и за полетање и за летове на великим висинама. Млазнице плазме су обично дизајниране да раде у вакууму или атмосфери ниског притиска где је потребно снабдевање гасом. Међутим, Гекселов тим је тестирао уређај способан да ради у ваздуху под притиском од једне атмосфере. „Наше плазма млазнице могу да достигну брзину до 20 километара у секунди“, каже Гекел у серији конференција Јоурнал оф Пхисицс.

САБРЕ мотор у хиперсоничном возилу будућности

За почетак, тим је тестирао минијатурне потиснике дужине 80 милиметара. За малу летелицу, ово ће бити до хиљаду од онога што тим сматра могућим. Највеће ограничење је, наравно, недостатак лаких батерија. Научници разматрају и хибридне авионе, у којима би плазма мотор био комбинован са моторима са унутрашњим сагоревањем или ракетама.

Када говоримо о иновативним концептима млазних мотора, не заборавимо САБРЕ (Синергистиц Аир-Бреатхинг Роцкет Енгине) који је развио Реацтион Енгинес Лимитед. Претпоставља се да ће то бити мотор који ради и у атмосфери и у вакууму, на течни водоник. У почетној фази лета, оксидатор ће бити ваздух из атмосфере (као код конвенционалних млазних мотора), а са висине од 26 км (где брод достиже брзину од 5 милиона година) - течни кисеоник. Након преласка на ракетни режим, достићи ће брзину до 25 Маха.

ХоризонКс, Боеингова инвестициона рука укључена у пројекат, тек треба да одлучи како би САБРЕ могао да га користи, осим што очекује да ће „користити револуционарну технологију да помогне Боингу у његовој потрази за надзвучним летом“.

РАМЈЕТ и сцрамјет (суперсонични млазни мотор са комором за сагоревање) одавно су на уснама љубитеља брзе авијације. Тренутно се развијају углавном за војне сврхе. Међутим, како учи историја ваздухопловства, оно што ће бити тестирано у војсци ићи ће у цивилно ваздухопловство. Све што је потребно је мало стрпљења.

Видео Роллс Роице Интеллигент Енгине:

Роллс-Роице | Иновација у ИнтеллигентЕнгине-у