Побрз, потивок, почист - нов мотор на авиони

Излегува дека за да промените многу во авијацијата, не треба да барате нови пропелери, футуристички дизајни или вселенски материјали. Доволно е да се користи релативно едноставен механички менувач ...

Ова е една од најважните иновации во последните години. Моторите со турбофан со брзини (GTF) им овозможуваат на компресорот и вентилаторот да ротираат со различни брзини. Менувачот на вентилаторот се ротира заедно со вратилото на вентилаторот, но го одвојува моторот на вентилаторот од компресорот со низок притисок и турбината. Вентилаторот се ротира со помала брзина, додека компресорот и турбината со низок притисок работат со поголема брзина. Секој модул на моторот може да работи со оптимална ефикасност. По 20 години трошење за истражување и развој и истражување и развој од околу 1000 милијарди долари, семејството на турбофани Pratt & Whitney PurePower PW2016G беше оперативно пред неколку години и е масовно воведено во комерцијалните авиони од XNUMX година.

Современите турбофан мотори генерираат потисок на два начина. Прво, компресорите и комората за согорување се наоѓаат во неговото јадро. Напред е вентилатор кој, управуван од јадрото, го насочува воздухот низ бајпас коморите околу јадрото на моторот. Односот на бајпас е односот на количината на воздух што минува низ јадрото до количината на воздухот што минува низ него. Општо земено, поголем сооднос на бајпас значи потивки, поефикасни и помоќни мотори. Конвенционалните турбофан мотори имаат сооднос на бајпас од 9 спрема 1. Моторите на Pratt PurePower GTF имаат однос на бајпас од 12 спрема 1.

За да се зголеми односот на бајпас, производителите на мотори мора да ја зголемат должината на лопатките на вентилаторот. Меѓутоа, кога се издолжени, ротационите брзини добиени на крајот на сечилото ќе бидат толку високи што ќе се појават несакани вибрации. Потребни ви се ножеви на вентилаторот за да се намали брзината, и за тоа служи менувачот. Таков мотор може да биде дури 16 проценти, според Прат и Витни. одлична економичност на горивото и 50 проценти. помала емисија на издувни гасови и изнесува 75 проценти. тивко. Неодамна, SWISS и Air Baltic објавија дека нивните млазни мотори од серијата GTF C трошат уште помалку гориво отколку што ветува производителот.

Мотор PW1100G-JM на производна линија

Списанието TIME го прогласи моторот PW1000G еден од 50-те најважни пронајдоци во 2011 година и еден од шесте најеколошки пронајдоци, бидејќи Pratt & Whitney PurePower е дизајниран да биде почист, потивок, помоќен и да користи помалку гориво од постоечките млазни мотори. Во 2016 година, Ричард Андерсон, тогашниот претседател на Delta Air Lines, го нарече моторот „првата вистинска иновација“ откако Dreamliner на Боинг ја револуционизираше композитната конструкција.

Заштеда и намалување на емисиите

Комерцијалниот авијациски сектор испушта повеќе од 700 милиони тони јаглерод диоксид годишно. Иако е само околу 2 отсто. глобалните емисии на јаглерод диоксид, постојат докази дека стакленички гасови во авионското гориво имаат поголемо влијание врз атмосферата бидејќи се ослободуваат на повисоки надморски височини.

Големите производители на мотори бараат да заштедат гориво и да ги намалат емисиите. Конкурентот на Pratt, CFM International неодамна го претстави својот напреден мотор наречен LEAP, за кој претставниците на компанијата велат дека дава слични резултати на турбофан со запчаник на сметка на други решенија. CFM тврди дека во традиционалната архитектура со турбофан, истите придобивки може да се постигнат без дополнителна тежина и отпор на погонската група. LEAP користи лесни композитни материјали и сечила на вентилаторот од јаглеродни влакна за да постигне подобрувања во енергетската ефикасност за кои компанијата вели дека се споредливи со оние постигнати со моторот Pratt & Whitney.

До денес, нарачките за мотори на Ербас за A320neo се приближно рамномерно поделени помеѓу CFM и Pratt & Whitney. За жал за последната компанија, моторите PurePower им предизвикуваат проблеми на корисниците. Првиот се појави оваа година, кога беше забележано нерамномерно ладење на GTF моторите во Ербас А320нео на Qatar Airways. Нерамномерното ладење може да доведе до деформација и триење на деловите, а во исто време да го зголеми времето помеѓу летовите. Како резултат на тоа, авиокомпанијата заклучи дека моторите не ги исполнуваат оперативните барања. Набргу потоа, индиските воздухопловни власти ги прекинаа летовите на 11 авиони Ербас А320нео напојувани со мотори PurePower GTF. Според Економски тајмс, одлуката е донесена откако авионот со погон на Ербас ГТФ претрпе три дефекти на моторот во текот на две недели. Прат и Витни ги минимизира овие тешкотии, велејќи дека лесно се надминуваат.

Електронски вентилатор на Ербас

Друг гигант во областа на авионските мотори, Rolls-Royce, развива сопствен Power Gearbox, кој до 2025 година ќе ја намали потрошувачката на гориво кај големите турбофани за 25%. во споредба со постарите модели од добро познатата палета на мотори Trent. Ова, секако, значи нов конкурс за дизајн на Pratt & Whitney.

Британците размислуваат и за други видови иновации. За време на неодамнешното воздушно шоу во Сингапур, Rolls-Royce ја лансираше иницијативата IntelligentEngine, која има за цел да развие интелигентни авионски мотори кои се побезбедни и поефикасни преку можноста за меѓусебна комуникација и преку мрежа за поддршка. Со обезбедување континуирана двонасочна комуникација со моторот и другите делови од сервисниот екосистем, моторот ќе може да ги реши проблемите пред тие да се појават и да научи како да ги подобри перформансите. Тие, исто така, ќе учат од историјата на нивната работа и другите мотори, а во голема мера дури и ќе треба да се поправаат во движење.

На Drive му требаат подобри батерии

Воздухопловната визија на Европската комисија за 2050 година бара намалување на емисиите на CO.₂ за 75 проценти, азотни оксиди за 90 проценти. и бучава за 65 проценти. Тие не можат да се постигнат со постоечките технологии. Електричните и хибридно-електричните погонски системи во моментов се сметаат за една од најперспективните технологии за да се справат со овие предизвици.

На пазарот има електрични лесни авиони со две седишта. На повидок се хибридно-електрични возила со четири седишта. НАСА предвидува дека во раните 20-ти, овој тип на кратки патни авиони со девет седишта ќе ги врати авијациските услуги во помалите заедници. И во Европа и во САД, научниците веруваат дека до 2030 година е можно да се изгради хибридно-електричен авион со капацитет до 100 седишта. Сепак, ќе биде потребен значителен напредок во областа на складирање на енергија.

Во моментов, густината на енергијата на батериите едноставно не е доволна. Сепак, сето ова може да се промени. Шефот на Tesla, Илон Маск, рече дека штом батериите ќе бидат способни да произведат 400 ват-часови по килограм, а односот на моќноста на ќелијата со вкупната тежина е 0,7-0,8, електричниот трансконтинентален патнички авион ќе стане „тешка алтернатива“. Имајќи предвид дека литиум-јонските батерии можеа да постигнат енергетска густина од 113 Wh/kg во 1994 година, 202 Wh/kg во 2004 година и сега се способни да достигнат околу 300 Wh/kg, може да се претпостави дека во следната деценија тие ќе достигне ниво од 400 Wh/kg.

Проект за електрично воздушно такси со две седишта Kitty Hawk

Ербас, Ролс-Ројс и Сименс неодамна соработуваа за да го развијат летечкиот демонстратор E-Fan X, што ќе биде значаен чекор напред во хибридно-електричниот погон на комерцијалните авиони. Демонстрацијата на хибридната електрична технологија E-Fan X се очекува да биде - Fan X ќе лета во 2020 година по обемна кампања за тестирање на земја. Во првата фаза, BAe 146 ќе замени еден од четирите мотори со електричен мотор од XNUMX MW. Потоа, се планира да се замени втората турбина со електричен мотор откако ќе се покаже зрелоста на системот.

Ербас ќе биде одговорен за целокупната интеграција, како и за архитектурата на хибридниот електричен погон и контрола на батериите и нејзината интеграција со системите за контрола на летот. Rolls-Royce ќе биде одговорен за моторот со гасна турбина, генератор од XNUMX мегавати и електроника за електрична енергија. Заедно со „Ербас“, „Ролс-Ројс“ ќе работи и на прилагодување на вентилаторите на постојниот насел и електромотор на Сименс. Сименс ќе испорачува електромотори од XNUMX MW и електронски контролер за напојување, како и инвертер, конвертор и систем за дистрибуција на електрична енергија.

Многу истражувачки центри ширум светот работат на електрични авиони, вклучувајќи ја и НАСА, која го гради X-57 Maxwell. Се развива и проектот Kitty Hawk за електрично воздушно такси со две седишта и многу други структури на големи центри, компании или мали старт-ап.

Имајќи предвид дека просечниот животен век на патничките и товарните авиони е околу 21, односно 33 години, дури и ако сите нови авиони произведени утре се целосно електрични, би биле потребни две до три децении за постепено исфрлање на авионите со погон на фосилни горива.

Значи нема да работи брзо. Во меѓувреме, биогоривата може да ја олеснат животната средина во воздухопловниот сектор. Тие помагаат да се намалат емисиите на јаглерод диоксид за 36-85 проценти. И покрај фактот дека мешавините на биогориво за млазни мотори беа сертифицирани уште во 2009 година, воздухопловната индустрија не брза да спроведе промени. Има неколку технолошки пречки и предизвици поврзани со доведување на производството на биогориво на индустриски нивоа, но главната пречка е цената - потребни се уште десет години за да се постигне еднаквост со фосилните горива.

Чекор кон иднината

Во исто време, лабораториите работат на нешто пофутуристички концепти за авионски мотори. Досега, на пример, плазма моторот не звучи многу реално, но не може да се исклучи дека научните трудови ќе се развијат во нешто интересно и корисно. Плазма потиснувачите користат електрична енергија за да создадат електромагнетни полиња. Тие го компресираат и возбудуваат гасот, како што се воздухот или аргонот, во плазма - топла, густа, јонизирана состојба. Нивното истражување сега води до идејата за лансирање на сателити во вселената (јонски потиснувачи). Сепак, Беркант Гексел од Техничкиот универзитет во Берлин и неговиот тим сакаат да постават плазма погони во авионите.

Целта на студијата е да се развие воздушно-млазен плазма мотор кој би можел да се користи и за полетување и за летови на голема височина. Плазма млазниците обично се дизајнирани да работат во вакуум или атмосфера со низок притисок каде што е потребно снабдување со гас. Сепак, тимот на Гексел тестираше уред способен да работи во воздух при притисок од една атмосфера. „Нашите млазници за плазма можат да достигнат брзина до 20 километри во секунда“, вели Гекел во серијата конференции „Journal of Physics“.

SABRE мотор во хиперсоничното возило на иднината

За почеток, тимот тестираше минијатурни погони долги 80 милиметри. За мал авион, ова ќе биде до илјада од она што тимот го смета за возможно. Најголемото ограничување, се разбира, е недостатокот на лесни батерии. Научниците размислуваат и за хибридни авиони, во кои плазма моторот би бил комбиниран со мотори со внатрешно согорување или ракети.

Кога зборуваме за иновативни концепти на млазен мотор, да не заборавиме на SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) развиен од Reaction Engines Limited. Се претпоставува дека ова ќе биде мотор кој работи и во атмосфера и во вакуум, кој работи на течен водород. Во почетната фаза на летот, оксидаторот ќе биде воздух од атмосферата (како кај конвенционалните млазни мотори), а од висина од 26 километри (каде што бродот достигнува брзина од 5 милиони години) - течен кислород. Откако ќе се префрли на ракетен режим, ќе достигне брзина до 25 мах.

HorizonX, инвестициската група на Боинг вклучена во проектот, допрва треба да одлучи како SABER би можела да го искористи, освен што очекува „да користи револуционерна технологија за да му помогне на Боинг во неговата потрага по суперсоничен лет“.

RAMJET и scramjet (суперсоничен млазен мотор со комора за согорување) долго време се на усните на љубителите на авијацијата со голема брзина. Во моментов, тие се развиваат главно за воени цели. Сепак, како што учи историјата на воздухопловството, она што ќе се тестира во армијата ќе оди во цивилната авијација. Потребно е само малку трпение.

Видео за интелигентен мотор на Ролс Ројс:

Ролс-Ројс | Иновации во IntelligentEngine