Daha sürətli, daha səssiz, daha təmiz - Yeni Təyyarə Mühərriki

Belə çıxır ki, aviasiyada çox şeyi dəyişmək üçün yeni pervaneler, futuristik dizaynlar və ya kosmik materiallar axtarmağa ehtiyac yoxdur. Nisbətən sadə mexaniki ötürücü istifadə etmək kifayətdir ...

Bu, son illərin ən mühüm yeniliklərindən biridir. Ötürücü turbofan mühərrikləri (GTF) kompressorun və fanın müxtəlif sürətlə fırlanmasını təmin edir. Fan ötürücü dişli fan mili ilə birlikdə fırlanır, lakin fan motorunu aşağı təzyiqli kompressor və turbindən ayırır. Fan daha yavaş sürətlə fırlanır, kompressor və aşağı təzyiqli turbin isə daha yüksək sürətlə işləyir. Hər bir mühərrik modulu optimal səmərəliliklə işləyə bilər. Təxminən 20 milyard dollarlıq 1000 illik Ar-Ge və Ar-Ge xərclərindən sonra Pratt & Whitney PurePower PW2016G turbofan ailəsi bir neçə il əvvəl fəaliyyətə başladı və XNUMX-cı ildən kütləvi şəkildə kommersiya təyyarələrinə təqdim edildi.

Müasir turbofan mühərrikləri iki şəkildə təkan yaradır. Birincisi, kompressorlar və yanma kamerası onun nüvəsində yerləşir. Ön tərəfdə özəyi ilə idarə olunan havanı mühərrik nüvəsinin ətrafındakı bypass kameraları vasitəsilə istiqamətləndirən bir fan var. Bypass nisbəti nüvədən keçən havanın miqdarının ondan keçən hava miqdarına nisbətidir. Ümumiyyətlə, daha yüksək bypass nisbəti daha səssiz, daha səmərəli və daha güclü mühərriklər deməkdir. Adi turbofan mühərriklərinin bypass nisbəti 9-dan 1-ə qədərdir. Pratt PurePower GTF mühərrikləri isə 12-dən 1-ə qədər bypass nisbətinə malikdir.

Bypass nisbətini artırmaq üçün motor istehsalçıları fan qanadlarının uzunluğunu artırmalıdırlar. Bununla belə, uzandıqda, bıçağın sonunda əldə edilən fırlanma sürətləri o qədər yüksək olacaq ki, arzuolunmaz vibrasiya meydana gələcək. Yavaşlatmaq üçün fan qanadlarına ehtiyacınız var və sürət qutusu bunun üçündür. Pratt & Whitney-ə görə belə bir mühərrik 16 faizə qədər yüksək ola bilər. böyük yanacaq qənaəti və 50 faiz. daha az egzoz emissiyaları və 75 faiz təşkil edir. sakit. Bu yaxınlarda SWISS və Air Baltic elan etdi ki, onların GTF C seriyalı reaktiv mühərrikləri istehsalçının vəd etdiyindən daha az yanacaq sərf edir.

İstehsal xəttində PW1100G-JM mühərriki

TIME jurnalı PW1000G mühərrikini 50-ci ilin ən mühüm 2011 ixtirasından biri və ən ekoloji cəhətdən təmiz olan altı ixtiradan biri adlandırdı, çünki Pratt & Whitney PurePower mövcud reaktiv mühərriklərdən daha təmiz, daha səssiz, daha güclü və daha az yanacaq sərf etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. 2016-cı ildə Delta Air Lines-in o zamankı prezidenti Riçard Anderson mühərriki Boeing-in Dreamliner-in kompozit konstruksiyada inqilab etməsindən sonra "ilk əsl yenilik" adlandırdı.

Qənaət və emissiyanın azaldılması

Kommersiya aviasiya sektoru hər il 700 milyon tondan çox karbon qazı buraxır. Baxmayaraq ki, bu, cəmi 2 faizdir. qlobal karbon dioksid emissiyaları, reaktiv yanacaqdakı istixana qazlarının daha yüksək hündürlüklərdə buraxıldıqları üçün atmosferə daha çox təsir etdiyinə dair sübutlar var.

Böyük mühərrik istehsalçıları yanacağa qənaət etməyə və emissiyaları azaltmağa çalışırlar. Pratt-ın rəqibi CFM International bu yaxınlarda LEAP adlı özünün qabaqcıl mühərrikini təqdim etdi və şirkət rəsmilərinin dediyinə görə, digər həllər hesabına dişli turbofan üçün oxşar nəticələr verir. CFM iddia edir ki, ənənəvi turbofan arxitekturasında eyni faydaları güc aqreqatının əlavə çəkisi və sürükləməsi olmadan əldə etmək olar. LEAP, şirkətin Pratt & Whitney mühərriki ilə əldə edilənlərlə müqayisə edilə bilən enerji səmərəliliyinin yaxşılaşdırılmasına nail olmaq üçün yüngül kompozit materiallardan və karbon lifli fan qanadlarından istifadə edir.

Bu günə qədər A320neo üçün Airbus mühərrikləri üçün sifarişlər CFM və Pratt & Whitney arasında təxminən bərabər bölünür. Təəssüf ki, sonuncu şirkət üçün PurePower mühərrikləri istifadəçilər üçün problemlər yaradır. Birinci bu il, Qatar Airways Airbus A320neo-da GTF mühərriklərinin qeyri-bərabər soyudulması qeydə alındıqda ortaya çıxdı. Qeyri-bərabər soyutma hissələrin deformasiyasına və sürtünməsinə səbəb ola bilər və eyni zamanda uçuşlar arasındakı vaxtı artıra bilər. Nəticədə aviaşirkət mühərriklərin istismar tələblərinə cavab vermədiyi qənaətinə gəlib. Bundan qısa müddət sonra Hindistanın aviasiya səlahiyyətliləri PurePower GTF mühərrikləri ilə işləyən 11 Airbus A320neo təyyarəsinin uçuşlarını dayandırdı. Economic Times-ın məlumatına görə, qərar Airbus GTF ilə işləyən təyyarənin iki həftə ərzində üç mühərrik nasazlığından sonra verilib. Pratt & Whitney bu çətinliklərin öhdəsindən gəlməyin asan olduğunu söyləyərək onları kiçik hesab edir.

Airbus elektron fanatı

Təyyarə mühərrikləri sahəsində digər nəhəng Rolls-Royce 2025-ci ilə qədər böyük turbofanlarda yanacaq sərfiyyatını 25% azaldacaq öz Power Gearbox-u inkişaf etdirir. tanınmış Trent mühərrik çeşidinin köhnə modelləri ilə müqayisədə. Bu, əlbəttə ki, yeni Pratt & Whitney dizayn müsabiqəsi deməkdir.

İngilislər başqa növ yeniliklər haqqında da düşünürlər. Bu yaxınlarda keçirilən Sinqapur Hava Sərgisi zamanı Rolls-Royce bir-biri ilə əlaqə saxlamaq və dəstək şəbəkəsi vasitəsilə daha təhlükəsiz və daha səmərəli olan intellektual təyyarə mühərriklərini inkişaf etdirmək məqsədi daşıyan IntelligentEngine Təşəbbüsünü işə saldı. Mühərrik və xidmət ekosisteminin digər hissələri ilə davamlı ikitərəfli əlaqəni təmin etməklə, mühərrik problemləri baş verməmişdən əvvəl həll edə və performansını necə yaxşılaşdıracağını öyrənə biləcək. Onlar həmçinin öz işlərinin və digər mühərriklərin tarixindən öyrənəcəkdilər və ümumiyyətlə, yolda özlərini təmir etməli olacaqlar.

Sürücüyə daha yaxşı batareyalar lazımdır

Avropa Komissiyasının 2050-ci ilə dair aviasiya baxışı CO emissiyalarının azaldılmasını tələb edir.₂ 75 faiz, azot oksidləri 90 faiz. və səs-küy 65 faiz. Mövcud texnologiyalarla bunlara nail olmaq mümkün deyil. Elektrik və hibrid-elektrik hərəkət sistemləri hazırda bu çağırışlara cavab vermək üçün ən perspektivli texnologiyalardan biri kimi qiymətləndirilir.

Bazarda iki yerlik elektrik yüngül təyyarələr var. Dörd nəfərlik hibrid-elektrik avtomobilləri üfüqdə görünür. NASA, 20-ci illərin əvvəllərində bu tip qısamüddətli doqquz yerlik təyyarələrin aviasiya xidmətlərini daha kiçik icmalara qaytaracağını proqnozlaşdırır. İstər Avropada, istərsə də ABŞ-da alimlər hesab edirlər ki, 2030-cu ilə qədər 100 yerlik tutumlu hibrid-elektrikli təyyarə düzəltmək olar. Bununla belə, enerjinin saxlanması sahəsində mühüm irəliləyiş tələb olunacaq.

Hazırda batareyaların enerji sıxlığı sadəcə olaraq kifayət deyil. Bununla belə, bütün bunlar dəyişə bilər. Tesla-nın rəhbəri Elon Musk bildirib ki, batareyalar kiloqramda 400 vatt-saat istehsal etmək gücündə olduqda və hüceyrə gücünün ümumi çəkiyə nisbəti 0,7-0,8 olduqda elektrik transkontinental təyyarə "çətin alternativə" çevriləcək. Nəzərə alsaq ki, litium-ion batareyaları 113-cü ildə 1994 Wh/kq, 202-cü ildə 2004 Wh/kq enerji sıxlığına nail ola bildi və indi təxminən 300 Wh/kq-a çata bildi, onda güman etmək olar ki, növbəti onillikdə onların 400 Wh/kq səviyyəsinə çatacaq.

Kitty Hawk elektrikli iki nəfərlik hava taksi layihəsi

Airbus, Rolls-Royce və Siemens bu yaxınlarda kommersiya təyyarələrinin hibrid-elektrik mühərrikində irəliyə doğru əhəmiyyətli bir addım olacaq E-Fan X uçan nümayiş cihazını inkişaf etdirmək üçün əməkdaşlıq etdilər. E-Fan X hibrid elektrik texnologiyasının nümayişi gözlənilir -Fan X geniş yer sınaq kampaniyasından sonra 2020-ci ildə uçacaq. Birinci mərhələdə BAe 146 dörd mühərrikdən birini XNUMX MVt elektrik mühərriki ilə əvəz edəcək. Sonradan sistemin yetkinliyini nümayiş etdirdikdən sonra ikinci turbinin elektrik mühərriki ilə əvəzlənməsi planlaşdırılır.

Airbus ümumi inteqrasiya, eləcə də hibrid elektrik mühərriki və akkumulyator idarəetmə arxitekturası və onun uçuş idarəetmə sistemləri ilə inteqrasiyasına cavabdeh olacaq. Rolls-Royce qaz turbin mühərriki, XNUMX meqavatlıq generator və güc elektronikasına cavabdeh olacaq. Airbus ilə birlikdə Rolls-Royce həm də fanatları mövcud Siemens nacelle və elektrik mühərrikinə uyğunlaşdırmaq üzərində işləyəcək. Siemens XNUMX MVt gücündə elektrik mühərrikləri və elektron güc tənzimləyicisi, həmçinin inverter, konvertor və enerji paylama sistemini təchiz edəcək.

Dünyanın bir çox tədqiqat mərkəzləri X-57 Maxwell-i hazırlayan NASA da daxil olmaqla, elektrik təyyarələri üzərində işləyir. Kitty Hawk elektrikli iki nəfərlik hava taksi layihəsi və böyük mərkəzlərin, şirkətlərin və ya kiçik startapların bir çox digər strukturları da hazırlanır.

Sərnişin və yük təyyarələrinin orta ömrünün müvafiq olaraq təxminən 21 və 33 il olduğunu nəzərə alsaq, hətta sabah istehsal ediləcək bütün yeni təyyarələr tamamilə elektrikli olsa belə, qalıq yanacaqla işləyən təyyarələri mərhələli şəkildə ləğv etmək üçün iki-üç onillik lazım olacaq.

Beləliklə, tez işləməyəcək. Bu arada, bioyanacaq aviasiya sektorunda ətraf mühiti yüngülləşdirə bilər. Onlar karbon qazı emissiyalarını 36-85 faiz azaltmağa kömək edir. Reaktiv mühərriklər üçün bioyanacaq qarışıqlarının hələ 2009-cu ildə sertifikatlaşdırılmasına baxmayaraq, aviasiya sənayesi dəyişiklikləri həyata keçirməyə tələsmir. Bioyanacaq istehsalının sənaye səviyyəsinə çatdırılması ilə bağlı texnoloji əngəllər və problemlər azdır, lakin əsas maneə qiymətdir – qalıq yanacaqlarla bərabərliyə nail olmaq üçün daha on il lazımdır.

Gələcəyə addım atın

Eyni zamanda, laboratoriyalar bir qədər daha futuristik təyyarə mühərriki konseptləri üzərində işləyirlər. İndiyə qədər, məsələn, plazma mühərriki çox real səslənmir, lakin elmi işlərin maraqlı və faydalı bir şeyə çevriləcəyini istisna etmək olmaz. Plazma itələyiciləri elektromaqnit sahələri yaratmaq üçün elektrikdən istifadə edirlər. Onlar hava və ya arqon kimi bir qazı sıxaraq həyəcanlandıraraq plazmaya - isti, sıx, ionlaşmış vəziyyətə gətirirlər. Onların araşdırmaları indi kosmosa peyklərin (ion itələyiciləri) buraxılması ideyasına gətirib çıxarır. Bununla belə, Berlin Texniki Universitetinin əməkdaşı Berkant Goeksel və komandası təyyarələrə plazma itələyiciləri yerləşdirmək istəyir.

Tədqiqatın məqsədi həm qalxış, həm də yüksək hündürlükdə uçuşlar üçün istifadə edilə bilən hava reaktiv plazma mühərriki hazırlamaqdır. Plazma reaktiv mühərriklər adətən qaz təchizatı tələb olunan vakuum və ya aşağı təzyiqli atmosferdə işləmək üçün nəzərdə tutulub. Bununla belə, Gökselin komandası bir atmosfer təzyiqində havada işləyə bilən cihazı sınaqdan keçirib. “Plazma nozzilərimiz saniyədə 20 kilometrə qədər sürətə çata bilər”, Göckel Journal of Physics konfrans seriyasında deyir.

SABER mühərriki gələcəyin hipersəs avtomobilində

Başlamaq üçün komanda 80 millimetr uzunluğunda miniatür itələyiciləri sınaqdan keçirdi. Kiçik bir təyyarə üçün bu, komandanın mümkün hesab etdiyi min ədədə qədər olacaq. Ən böyük məhdudiyyət, əlbəttə ki, yüngül batareyaların olmamasıdır. Alimlər həmçinin plazma mühərrikinin daxili yanma mühərrikləri və ya raketlərlə birləşdiriləcəyi hibrid təyyarələri də nəzərdən keçirirlər.

Yenilikçi reaktiv mühərrik konseptlərindən danışarkən, Reaction Engines Limited tərəfindən hazırlanmış SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine)-i unutmayaq. Bunun həm atmosferdə, həm də vakuumda işləyən, maye hidrogenlə işləyən mühərrik olacağı güman edilir. Uçuşun ilkin mərhələsində oksidləşdirici atmosferdən gələn hava (adi reaktiv mühərriklərdə olduğu kimi) və 26 km hündürlükdən (gəminin 5 milyon il sürətə çatdığı yerdə) isə maye oksigen olacaq. Raket rejiminə keçdikdən sonra 25 Mach-a qədər sürətə çatacaq.

Layihədə iştirak edən Boeing-in investisiya qolu olan HorizonX, SABER-in ondan necə istifadə edə biləcəyinə hələ qərar verməyib, ancaq o, "səsdən sürətli uçuş axtarışında Boeing-ə kömək etmək üçün inqilabi texnologiyadan istifadə etməyi" gözləyir.

RAMJET və scramjet (yanma kamerası olan supersonik reaktiv mühərrik) çoxdan yüksək sürətli aviasiya həvəskarlarının ağzındadır. Hazırda onlar əsasən hərbi məqsədlər üçün hazırlanır. Ancaq aviasiya tarixinin öyrətdiyi kimi, orduda sınaqdan keçiriləcəklər mülki aviasiyaya gedəcək. Bunun üçün bir az səbir lazımdır.

Rolls Royce Intelligent Engine Video:

Rolls-Royce | IntelligentEngine-də yenilik