Тезтар, оромтар ва тозатар - Муҳаррики нави ҳавопаймо

Маълум мешавад, ки барои тағир додани бисёр чизҳо дар авиатсия ба шумо лозим нест, ки пропеллерҳои нав, тарҳҳои футуристӣ ё маводи кайҳонӣ ҷустуҷӯ кунед. Барои истифодаи интиқоли механикии нисбатан содда кифоя аст ...

Ин яке аз муҳимтарин навовариҳои солҳои охир аст. Моторҳои турбофанӣ (GTF) имкон медиҳанд, ки компрессор ва вентилятор бо суръати гуногун гардиш кунанд. Фишанги вентилятор бо чоҳи вентилятор давр мезанад, аммо муҳаррики вентиляторро аз компрессор ва турбинаи фишори паст ҷудо мекунад. Вентель бо суръати сусттар чарх мезанад, дар ҳоле ки компрессор ва турбинаи фишори паст бо суръати баландтар кор мекунанд. Ҳар як модули муҳаррик метавонад бо самаранокии беҳтарин кор кунад. Пас аз 20 соли хароҷоти R&D ва R&D тақрибан 1000 миллиард доллар, оилаи турбофанҳои Pratt & Whitney PurePower PW2016G чанд сол пеш ба кор даромад ва аз соли XNUMX ба таври оммавӣ ба ҳавопаймоҳои тиҷоратӣ ворид карда шуд.

Муҳаррикҳои турбофанҳои муосир қувваро бо ду роҳ тавлид мекунанд. Аввалан, компрессорҳо ва камераи сӯзишворӣ дар ядрои он ҷойгиранд. Дар пеш як вентилятор мавҷуд аст, ки тавассути ядро ​​​​ҳаракат мекунад, ҳаворо тавассути камераҳои гардиш дар атрофи ядрои мотор равона мекунад. Таносуби гардиш таносуби миқдори ҳавое, ки аз ядро ​​мегузарад, ба миқдори ҳавои аз он мегузарад. Умуман, таносуби баландтари гардиш маънои муҳаррикҳои оромтар, самараноктар ва пурқувваттарро дорад. Муҳаррикҳои турбовентилии муқаррарӣ таносуби гардиш аз 9 то 1 доранд. Муҳаррикҳои Pratt PurePower GTF таносуби гардиш аз 12 то 1 доранд.

Барои зиёд кардани таносуби гардиш, истеҳсолкунандагони мотор бояд дарозии вентиляторҳоро зиёд кунанд. Аммо, ҳангоми дароз кардан, суръати гардиши дар охири майса ба даст овардашуда он қадар баланд хоҳад буд, ки ларзишҳои номатлуб ба амал меоянд. Барои паст кардани суръат ба шумо вентиляторҳо лозиманд ва қуттии редуктор барои ҳамин аст. Ба гуфтаи Pratt & Whitney, чунин муҳаррик метавонад то 16 фоиз зиёд бошад. сарфаи сузишвории калон ва 50 фоиз. камтар партовҳои партов ва 75 фоизро ташкил медиҳад. ором. Ба наздикӣ SWISS ва Air Baltic эълон карданд, ки муҳаррикҳои реактивии GTF C-серияи онҳо нисбат ба ваъдаҳои истеҳсолкунанда ҳатто камтар сӯзишворӣ истеъмол мекунанд.

Муҳаррики PW1100G-JM дар хати истеҳсолӣ

Маҷаллаи TIME муҳаррики PW1000G-ро яке аз 50 муҳимтарин ихтирооти соли 2011 ва яке аз шаш ихтирооти аз ҷиҳати экологӣ тоза номбар кардааст, зеро Pratt & Whitney PurePower барои тозатар, оромтар, тавонотар ва истифодаи сӯзишвории камтар нисбат ба муҳаррикҳои реактивии мавҷуда тарҳрезӣ шудааст. Дар соли 2016, Ричард Андерсон, президенти вақти Delta Air Lines, муҳаррикро "аввалин навоварии ҳақиқӣ" номид, ки пас аз инқилоби Dreamliner-и Boeing дар сохтмони композитӣ инқилоб кард.

Сарфа ва кам кардани партовхо

Соҳаи авиатсияи тиҷоратӣ ҳар сол зиёда аз 700 миллион тонна гази карбон ба хориҷ мекунад. Хол он ки он хамагй кариб 2 фоизро ташкил медихад. Партобҳои оксиди карбон дар ҷаҳон, далелҳо мавҷуданд, ки газҳои гулхонаӣ дар сӯзишвории ҳавопаймо ба атмосфера таъсири бештар доранд, зеро онҳо дар баландиҳои баландтар паҳн мешаванд.

Истеҳсолкунандагони асосии муҳаррикҳо барои сарфаи сӯзишворӣ ва кам кардани партовҳо кӯшиш мекунанд. Рақиби Pratt CFM International ба наздикӣ муҳаррики пешрафтаи худро бо номи LEAP муаррифӣ кард, ки ба гуфтаи масъулини ширкат ба турбофанҳои фишурдашуда аз ҳисоби ҳалли дигар натиҷаҳои шабеҳ медиҳад. CFM иддао дорад, ки дар меъмории анъанавии турбофанӣ, бе вазн ва кашиши қувваи барқ ​​ҳамон манфиатҳоро метавон ба даст овард. LEAP барои ноил шудан ба беҳбуди самаранокии энергетикӣ, ки ба гуфтаи ширкат бо муҳаррикҳои Pratt & Whitney ба даст оварда шудааст, қобили муқоиса аст, маводҳои таркибии сабук ва вентиляторҳои нахи карбонро истифода мебарад.

То имрӯз, фармоишҳо барои муҳаррикҳои Airbus барои A320neo байни CFM ва Pratt & Whitney тақрибан баробар тақсим карда мешаванд. Мутаассифона, барои ширкати охирин, муҳаррикҳои PurePower барои корбарон мушкилот эҷод мекунанд. Аввалин соли ҷорӣ, вақте ки сардшавии нобаробари муҳаррикҳои GTF дар Qatar Airways Airbus A320neo ба қайд гирифта шуд, пайдо шуд. Нобаробар хунук шудани он боиси деформация ва соиши кисмхо шуда, дар айни замон мухлати байни парвозхо зиёд мешавад. Дар натиҷа, ширкати ҳавопаймоӣ ба хулосае омад, ки муҳаррикҳо ба талаботи истифодабарӣ ҷавобгӯ нестанд. Чанде пас, мақомоти авиатсионии Ҳиндустон парвозҳои 11 ҳавопаймои Airbus A320neo-ро, ки бо муҳаррикҳои PurePower GTF идора мешаванд, боздоштанд. Тибқи иттилои Economic Times, ин тасмим пас аз он гирифта шуд, ки ҳавопаймои бо Airbus GTF идорашаванда дар тӯли ду ҳафта се муҳаррикаш аз кор баромад. Пратт ва Уитни ин мушкилотро кам карда, мегӯянд, ки онҳоро бартараф кардан осон аст.

мухлиси электронии Airbus

Бузургҷуссаи дигар дар соҳаи муҳаррикҳои ҳавопаймоӣ, Rolls-Royce, Power Gearbox-и худро таҳия мекунад, ки то соли 2025 сарфи сӯзишворӣ дар турбовентиляторҳои калонро 25% кам мекунад. нисбат ба моделҳои кӯҳнаи силсилаи муҳаррики маъруфи Трент. Ин, албатта, маънои озмуни нави тарроҳии Pratt & Whitney дорад.

Бритонҳо дар бораи дигар навъҳои навоварӣ низ фикр мекунанд. Дар ҷараёни Airshow ба наздикӣ Singapore, Rolls-Royce Ташаббуси IntelligentEngine-ро оғоз кард, ки ҳадафи он таҳияи муҳаррикҳои интеллектуалии ҳавопаймоҳо мебошад, ки тавассути қобилияти муошират бо ҳамдигар ва тавассути шабакаи дастгирӣ бехатартар ва самараноктаранд. Бо таъмини иртиботи пайвастаи дуҷониба бо муҳаррик ва дигар қисмҳои экосистемаи хидматрасонӣ, муҳаррик метавонад мушкилотро пеш аз рух додани онҳо ҳал кунад ва чӣ гуна беҳтар кардани корҳоро ёд гирад. Онҳо инчунин аз таърихи кори худ ва дигар муҳаррикҳо омӯхта мешуданд ва умуман, онҳо ҳатто дар роҳ худро таъмир мекарданд.

Диск ба батареяҳои беҳтар ниёз дорад

Дурнамои авиатсияи Комиссияи Аврупо барои соли 2050 коҳиши партовҳои COXNUMX-ро талаб мекунад.₂ 75 фоиз, оксидхои азот 90 фоиз. ва садо 65 фоиз зиёд шуд. Онхоро бо технологияи мавчуда ба даст овардан мумкин нест. Системаҳои ҳаракаткунандаи электрикӣ ва гибридӣ-электрикӣ дар айни замон яке аз технологияҳои ояндадор барои қонеъ кардани ин мушкилот ҳисобида мешаванд.

Дар бозор самолётхои сабуки электрикии дучанд мавчуданд. Мошинҳои чорҷоии гибриди электрикӣ дар уфуқ ҳастанд. NASA пешгӯӣ мекунад, ки дар авоили солҳои 20-ум, ин навъи ҳавопаймоҳои кӯтоҳмуддати нӯҳ курсӣ хадамоти авиатсиониро ба ҷамоатҳои хурдтар бармегардонанд. Чи дар Аврупо ва чи дар ИМА олимон бар ин боваранд, ки то соли 2030 метавон як ҳавопаймои гибридии электрикиро бо зарфияти то 100 ҷойи нишаст сохт. Аммо дар сохаи захира кардани энергия пешравии назаррас лозим аст.

Дар айни замон, зичии энергияи батареяҳо кофӣ нест. Бо вуҷуди ин, ҳамаи ин метавонад тағир ёбад. Раҳбари Tesla Элон Маск гуфт, вақте ки батареяҳо қодиранд 400 ватт-соат дар як килограмм истеҳсол кунанд ва таносуби қувваи ҳуҷайра ба вазни умумии 0,7-0,8 бошад, ҳавопаймои трансконтиненталии электрикӣ "алтернативаи душвор" хоҳад шуд. Бо назардошти он, ки батареяҳои литий-ион дар соли 113 тавонистанд зичии энергетикии 1994 Вт/кг, дар соли 202 ба 2004 Вт/кг ва ҳоло тақрибан ба 300 Вт/кг расанд, тахмин кардан мумкин аст, ки онҳо дар давоми даҳсолаи оянда ба 400 Вт/кг мерасад.

Лоиҳаи барқии дукафарии таксии ҳавоии Kitty Hawk

Ба наздикӣ Airbus, Rolls-Royce ва Siemens барои таҳияи намоишгари парвозкунандаи E-Fan X ҳамкорӣ карданд, ки як қадами муҳиме ба пеш дар ҳаракати ҳавопаймоҳои гибридии электрикӣ хоҳад буд. Намоиши технологияи гибридии электрикии E-Fan X интизор меравад -Fan X пас аз як маъракаи васеи санҷиши заминӣ дар соли 2020 парвоз хоҳад кард. Дар марҳилаи аввал BAe 146 яке аз чаҳор муҳаррикро бо муҳаррики электрикии XNUMX МВт иваз мекунад. Минбаъд, пеш-бинй шудааст, ки турбинаи дуюм баъди нишон додани камолоти система бо двигатели электрй иваз карда шавад.

Airbus барои ҳамгироии умумӣ, инчунин меъмории гибридии ҳаракати электрикӣ ва идоракунии батарея ва ҳамгироии он бо системаҳои идоракунии парвозҳо масъул хоҳад буд. Rolls-Royce барои муҳаррики турбинаи газ, генератори XNUMX мегаватт ва электроникаи энергетикӣ масъул хоҳад буд. Якҷоя бо Airbus, Rolls-Royce инчунин барои мутобиқ кардани мухлисон ба населҳои мавҷудаи Siemens ва муҳаррики электрикӣ кор хоҳад кард. Ширкати Siemens муҳаррикҳои барқии XNUMX МВт ва контролери электронии барқ, инчунин инвертер, конвертер ва системаи тақсимоти барқро таъмин хоҳад кард.

Бисёре аз марказҳои тадқиқотӣ дар саросари ҷаҳон дар болои ҳавопаймоҳои электрикӣ кор мекунанд, аз ҷумла NASA, ки X-57 Maxwell месозад. Лоиҳаи дукасаи ҳавоии барқии Kitty Hawk ва бисёр сохторҳои дигари марказҳо, ширкатҳо ё стартапҳои хурд низ таҳия карда мешаванд.

Бо назардошти он, ки умри миёнаи ҳавопаймоҳои мусофирбар ва боркаш мутаносибан тақрибан 21 ва 33 солро ташкил медиҳад, ҳатто агар тамоми ҳавопаймоҳои нави фардо истеҳсолшаванда комилан электрикӣ бошанд ҳам, барои аз байн бурдани ҳавопаймоҳои бо сӯзишвории истихроҷшаванда ду то се даҳсола лозим аст.

Пас, он зуд кор намекунад. Дар ҳамин ҳол, сӯзишвории биологӣ метавонад муҳити зистро дар соҳаи авиатсия сабук кунад. Онхо ба 36—85 фоиз кам кардани партовхои гази карбон ёрй мерасонанд. Сарфи назар аз он, ки омехтаҳои сӯзишвории биологӣ барои муҳаррикҳои реактивӣ ҳанӯз соли 2009 сертификатсия шуда буданд, саноати авиатсия барои ворид кардани тағйирот шитоб намекунад. Монеаҳо ва мушкилоти технологӣ барои ба сатҳи саноатӣ расондани истеҳсоли сӯзишвории биологӣ вуҷуд доранд, аммо монеаи асосӣ нарх аст - барои ноил шудан ба баробарӣ бо сӯзишвории истихроҷшуда даҳ соли дигар лозим аст.

Қадам ба оянда

Ҳамзамон, лабораторияҳо дар рӯи консепсияҳои муҳаррики ҳавопаймоҳои футуристӣ кор мекунанд. То хол, масалан, двигатели плазма чандон реалй садо намедихад, вале онро истисно кардан мумкин нест, ки асархои илмй ба чизи шавковар ва муфид табдил меёбанд. Мошинҳои плазма барои эҷоди майдонҳои электромагнитӣ қувваи барқро истифода мебаранд. Онҳо газро, аз қабили ҳаво ё аргонро ба плазма - ҳолати гарм, зич ва ионизатсияшуда фишурда ва ба ҳаяҷон меоранд. Тадқиқоти онҳо ҳоло ба идеяи сар додани моҳвораҳо дар фазои кайҳон (трустерҳои ионӣ) оварда мерасонад. Бо вуҷуди ин, Беркант Гёксел аз Донишгоҳи техникии Берлин ва дастаи ӯ мехоҳанд, ки дар ҳавопаймоҳо плазма пошида шаванд.

Мақсади тадқиқот таҳияи муҳаррики плазмаи ҳавоӣ мебошад, ки метавонад ҳам барои парвоз ва ҳам барои парвозҳои баланд истифода шавад. Ҳавопаймоҳои плазма одатан барои кор кардан дар фазои вакуум ё фишори паст тарҳрезӣ шудаанд, ки дар он ҷо таъминоти газ лозим аст. Аммо, дастаи Гөксел дастгоҳеро озмоиш кард, ки қодир аст дар ҳаво дар фишори як атмосфера кор кунад. "Соплоҳои плазмаи мо метавонанд ба суръати то 20 километр дар як сония бирасанд" мегӯяд Гокел дар силсилаи конфронси маҷаллаи физика.

Муҳаррики SABER дар мошини гиперсоники оянда

Барои оғози кор, даста троссҳои миниатюриро, ки дарозиашон 80 миллиметр доранд, санҷид. Барои як ҳавопаймои хурд, ин то ҳазор он чизест, ки даста имконпазир мешуморад. Бузургтарин маҳдудият, албатта, набудани батареяҳои сабук аст. Олимон инчунин дар бораи ҳавопаймоҳои гибридӣ фикр мекунанд, ки дар он муҳаррики плазма бо муҳаррикҳои дарунсӯзиш ё ракетаҳо якҷоя карда мешавад.

Вақте ки мо дар бораи консепсияҳои инноватсионии муҳаррики реактивӣ сухан меронем, биёед SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine)-ро, ки аз ҷониби Reaction Engines Limited таҳия шудааст, фаромӯш накунем. Тахмин карда мешавад, ки ин двигательест, ки хам дар атмосфера ва хам дар вакуум кор мекунад ва бо водороди моеъ кор мекунад. Дар мархалаи аввали парвоз оксиген аз атмосфера (мисли двигательхои реактивии мукаррарй) ва аз баландии 26 километр (дар он чо суръати киштй ба 5 миллион сол мерасад) оксигени моеъ хохад шуд. Пас аз гузаштан ба режими ракетӣ, суръати он то Mach 25 мерасад.

HorizonX, бахши сармоягузории Boeing, ки дар лоиҳа иштирок мекунад, ҳанӯз тасмим нагирифтааст, ки SABER метавонад онро чӣ гуна истифода барад, ба истиснои он, ки интизор меравад, ки "технологияи инқилобиро барои кӯмак ба Boeing дар ҷустуҷӯи парвози фавқулода истифода кунад."

RAMJET ва scramjet (муҳаррики реактивии фавқулода бо камераи сӯзишворӣ) кайҳо боз дар лабони ҳаводорони авиатсияи баландсуръат қарор доранд. Дар айни замон, онҳо асосан барои мақсадҳои ҳарбӣ таҳия карда мешаванд. Аммо, чунон ки таърихи авиация таълим медихад, он чизе, ки дар армия озмуда мешавад, ба авиацияи гражданй меравад. Барои ин каме сабр лозим аст.

Видеои муҳаррики интеллектуалии Rolls Royce:

Rolls-Royce | Инноватсия дар IntelligentEngine