موتور RB-211

قلدر انعطاف‌پذیر؛ داستان توسعه RB-211

در دهه ۱۹۶۰، شرکت‌های سازنده موتور و هواپیما در حال گذار از محصولات خود مبتنی بر دستاوردهای اولیه عرضه موتورهای جت و روزآمد کردن آنها برحسب نیاز بازار بودند. در سال ۱۹۶۶، تقاضای بازار شرکت‌های لاکهید و داگلاس را بر آن داشت تا طرح‌های جدید خود برای هواپیمای ال-۱۰۱۱ تری‌استار و دی‌‎سی-۱۰ را ارائه دهند. هر دو این هواپیماها سه موتوره با چیدمان دو موتور زیر بال و یک موتور در انتهای بدنه با برد بین قاره‌ای و ظرفیت حمل ۳۰۰ مسافر به عنوان هواپیماهای پهن‌پیکر با دو راهرو طراحی شده‌اند. در این دوران، ایده توسعه هواپیماهای مسافربری و باربری بزرگ جدید مطرح بود که لاجرم نیازمند موتورهای قدرتمندتر و صد البته مقرون به‌صرفه‌تر بودند.

سه بازیگر اصلی صنعت موتورهای هوایی طرح‌های متفاوتی را در ذهن داشتند. جنرال الکتریک کار بر روی تی‌اف-۳۹ را در دستور کار قرار داد که بعدها بر اساس آن، موتور سی‌اف-۶ را توسعه داد. پرت‌اندویتنی در پاسخ به نیازمندی نیروی هوایی آمریکا برای یک هواپیمای ترابری بسیار بزرگ، کار بر روی موتور جِی‌تی۹دی را آغاز نمود. نکته جالب آنکه بوئینگ و پرت‌اندویتنی در مناقصه نیروی هوایی برنده نشدند، اما در کنار این تلاش، جت مسافربری تاریخ‌ساز بوئینگ ۷۴۷ متولد شد که موتور جِی‌تی۹دی را به‌عنوان گزینه‌ای اصلی در کنار خود داشت. تا آن زمان در طراحی موتورهای توربوفن به کارگیری پیکربندی دو محوری کاملا مرسوم بود. بر این اساس، کمپرسور به دو بخش کم‌فشار و پرفشار تقسیم می‌شد و فن نیز به بخش کم‌فشار کمپرسور متصل می‌شد.

موتور RB-211

رولزرویس در آخر دهه ۱۹۶۰، همزمان با تحقیق و توسعه برای دستیابی به یک طراحی پایه با هدف کسب بازار پایدار بلندمدت قانع شد که استفاده از پیکربندی سه محوری برای موتور، منجر به جذب بهتر جریان هوا برای کمپرسور و مدیریت بهینه مصرف سوخت و در نتیجه دستیابی به موتورهای قدرتمندتر با کارایی بالا خواهد شد. موتور آربی۲۱۱ یکی از این طرح‌ها به ‌‌شمار می‌رفت که علیرغم مزایای ناشی از پیکربندی سه محوری یک نقطه ضعف نیز داشت که آن وزن بیشتر، معادل ۴۵۰ کیلوگرم نسبت به موتورهای هم‌رده خود بود. رقیب اصلی این موتور در آن زمان جِی‌تی۹دی بود. مصرف سوخت ویژه در حالت سیر موتور آربی۲۱۱، معادل ۰.۶ پاوند بر پاوند ساعت است. برای درک بیشتر از مفهوم مصرف سوخت ویژه باید اشاره کرد که اگر این پارامتر برای یک موتور معادل ۱ باشد، معنایش آن است که این موتور برای تامین یک پاوند نیروی پیشران در یک ساعت باید یک پاوند سوخت مصرف کند. یک مثال کاربردی در این زمینه می‌تواند مرور مانور برخاست بوئینگ ۷۴۷ باشد.

هر یک از موتورهای این هواپیما در زمان برخاست در وضعیت بیشینه‌ای معادل ۶۰ هزار پاوند قرار دارند و سوخت با نرخ ۲۲ هزار پاوند در ساعت محترق می‌شود. بر این اساس، مصرف سوخت ویژه موتور بوئینگ ۷۴۷ در حالت برخاست ۰.۳۳ پاوند بر پاوند ساعت است. البته باید دقت کرد که وقتی هواپیما در حالت سیر قرار دارد، سهم فن از تولید نیروی پیشران کمتر از زمان برخاست است و اساسا مصرف سوخت ویژه موتور افزایش می‌یابد. یکی از ایده‌های نوآورانه که برای موتور آر‌بی۲۱۱ مطرح شد به ماده مورداستفاده برای پره‌های فن آن مربوط است. این ماده موسوم به هایفیل از الیاف کربن بسیار سبک و بسیار محکم روزآمد در زمان خود تشکیل شده‌ بود. در نهایت، رولزرویس موفق شد اولین موتور آربی۲۱۱ خود را در سال ۱۹۶۹ از خط تولید خارج کند. در حالی که نیروی پیشران اولیه موتور ۳۳ هزار پاوند بود، در جریان برنامه آزمایش و ارزیابی میدانی این پارامتر کلیدی تا ۴۰ هزار پاوند افزایش پیدا کرد.

در بهار سال ۱۹۷۰، فن ۳۳ پره‌ای بزرگ موتور آر‌بی۲۱۱ ساخته‌شده از الیاف کربنی در آزمایش‌های مربوط به برخورد پرنده ناموفق بود. رولزرویس مجبور شد پره‌های فن جدید مبتنی بر آلیاژهای سنگین‌تر از تیتانیم را به کار گیرد. مدتی پیش از این شکست تلخ، در تابستان ۱۹۶۷ سرطراح شرکت رولزرویس که نقش بسزایی در طراحی آر‌بی۲۱۱ نیز داشت درگذشت و این شرکت انگلیسی تا مدت‌ها نتوانست جای خالی آدریان لامبارد را پر کند. رولزرویس برای حل مشکل ناشی از پره‌های فن بیش از ۱۷۵ میلیون پوند هزینه کرد و نهایتا در سپتامبر ۱۹۷۱ در آستانه ورشکستگی قرار گرفت. دولت انگلستان به کمک آمد و با ملی اعلام کردن این شرکت مانع از تعطیلی آن شد. رولزرویس یک تجربه تلخ دیگر در سال‌های اولیه توسعه موتور آر‌بی۲۱۱ را نیز پشت ‌سر گذاشته‌است.

در ماه مارس ۱۹۶۸، شرکت آمریکن ایرلاینز ۱۵۰ دستگاه موتور آر‌بی۲۱۱ برای نصب بر روی هواپیمای دی‌سی-۱۰ خود سفارش داد. این معامله که می‌توانست موفقیت مالی بزرگی برای رولزرویس در آغاز راه توسعه موتور جدیدش باشد، با فشار سیاسی نمایندگان مجلس آمریکا سرنوشت شوم داشت و در نهایت با مداخله رئیس‌جمهور آمریکا این معامله به نفع تولیدکننده آمریکایی رقیب بر هم خورد. تقریبا، به طور همزمان رولزرویس رایزنی‌ها را با شرکت لاکهید برای استفاده از موتور آر‌بی۲۱۱ برای هواپیماهای ال-۱۰۱۱ دنبال می‌کرد. علیرغم فراز و نشیب‌ها، در اواخر ماه مارس ۱۹۶۸، لاکهید سفارشی برای ۹۴ فروند هواپیمای تری‌استار دریافت کرد و متعاقب آن سفارشی برای خرید ۱۵۰ دستگاه موتور آر‌بی۲۱۱-۲۲ با نیروی پیشران بیشینه ۴۲ هزار و ۶۰۰ پاوند توسط لاکهید به رولزرویس ارائه شد.

در گوشه دیگر دنیا، شرکت کانتاس برای هواپیمای بوئینگ۷۴۷-۲۰۰ خود موتور جِی‌تی۹دی-۳ای را با نیروی پیشران ۴۶ هزار پاوند برگزید، البته بعدا بنابر نیاز عملیاتی، توان این موتور در فاز برخاست با کمک تزریق آب به ۵۰ هزار پاوند رسید. البته راه‌حل تزریق آب مشکلات بسیار زیادی شامل واماندگی کمپرسور و آسیب توربین را به دنبال داشت. در نتیجه پرت‌اندویتنی برای حل این مشکل، نمونه جدیدتر جِی‌تی۹دی-۷ای با دو هزار پاوند نیروی پیشران بیشینه به بازار عرضه کرد. استفاده از موتورهای جدید جی‌تی۹دی بر روی جمبوجت امکان افزایش وزن بیشینه برخاست تا ۳۵۲ تن را فراهم آورد. در سال ۱۹۸۰، رولزرویس موفق به جلب‌نظر کانتاس شد و اولین بوئینگ ۷۴۷ این شرکت به موتور آربی۲۱۱-۵۲۴دی مجهز شد که نتیجه کار بسیار جالب‌ توجه بود. وزن بیشینه برخاست هواپیما تا ۳۷۵ تن افزایش یافت. مزیت دیگر آر‌بی۲۱۱، زمانی روشن شد که شرکت کانتاس تصمیم گرفت دو فروند بوئینگ ۷۴۷-اِس‌پی خود را به این موتورها مجهز کند.

این پرنده که بیشترین برد عملیاتی در خانواده بوئینگ را ۷۴۷ دارد، با استفاده از موتورهای آربی۲۱۱ با مصرف سوخت کمتر نسبت به سایر رقبا عملکرد خود را به رخ کشاند. در اواخر دهه ۱۹۸۰، زمانی که بوئینگ ۷۴۷-۴۰۰ یکه‌تاز صنعت هوایی بود، رولزرویس نمونه جدیدی از موتور آربی۲۱۱ با مصرف سوخت کمتر و نیروی پیشران بیشتر معادل ۵۸ هزار پاوند را معرفی کرد. این موتور با نام آربی۲۱۱-۵۲۴جی شناخته می‌شود. در نیمه دهه ۱۹۷۰، بوئینگ طراحی یک هواپیمای دو موتوره جدید برای جایگزینی هواپیمای موفق سه موتوره بوئینگ ۷۲۷ را دنبال می‌کرد. بررسی اولیه بوئینگ نشان می‌داد که این هواپیما ظرفیت حمل ۲۰۰ مسافر را باید داشته باشد. بر این اساس، رولزرویس نمونه‌ای از موتور آربی۲۱۱ با کد ۵۳۵سی را معرفی کرد که ضمن کاهش قطر فن، طبقه اول کمپرسور آن نیز حذف شده بود و در نهایت نیروی پیشرانی معادل ۳۷ هزار و ۴۰۰ پاوند را تامین می‌کرد.

در تابستان ۱۹۷۸، شرکت آمریکایی ایسترن ایرلاینز و شرکت بریتیش ایرویز هواپیمای بوئینگ۷۵۷ مجهز به موتور آربی۲۱۱ را سفارش دادند. در سال ۱۹۷۹، شرکت پرت‌اندویتنی موتور جدید پی‌دبلیو۲۰۰۰ خود را با هشت درصد کاهش مصرف سوخت نسبت به نمونه‌های مشابه معرفی کرد. در این شرایط بوئینگ، رولزرویس را تحت فشار قرار داد تا موتور رقابت‌پذیر با محصول جدید پرت‌اندویتنی را تولید کند. نتیجه این تلاش، معرفی نمونه جدیدی از موتور آربی۲۱۱ با کد ۵۳۵ئی۴ و با نیروی پیشران ۴۰ هزار پاوند بود که در اکتبر ۱۹۸۴ وارد خدمت عملیاتی شد. اگرچه مصرف سوخت این موتور نسبت به موتور پی‌دبلیو۲۰۳۷ کمتر نبود، اما سر و صدای کمتری داشت و قابلیت اطمینان آن بالاتر بود. تفاوت‌های عیان نمونه جدید آربی۲۱۱ با رقیب پرت‌اندویتنی خود شامل نازل خروجی ترکیبی و مخروط فن بزرگ‌تر بود. همچنین، رولزرویس برای اولین بار استفاده از پره‌های فن با وتر بزرگ را با هدف افزایش بهره‌وری و کاهش سرو صدا و محافظت بیشتر در برابر برخورد اشیای خارجی در این موتور به کار گرفت.

در سال ۱۹۷۴، با هدف توسعه بازار، نمونه صنعتی موتور آربی۲۱۱-۲۲ برای تولید برق و کاربرد درایومکانیکی به بازار انرژی معرفی شد و موفقیت رولزرویس موجب شد نمونه‌های بعدی آربی۲۱۱ صنعتی با توان خروجی ۲۵.۲ تا ۳۲ مگاوات را به بازار عرضه نماید. تعداد زیادی از این موتورها در صنایع تولید گاز و نفت فراساحلی به کار گرفته شده‌اند. از سال ۲۰۱۴ با خرید بخش توربین‌های مشتق‌شده از موتور هوایی رولزرویس توسط زیمنس، بازاریابی نمونه‌های صنعتی آربی۲۱۱ به این شرکت آلمانی واگذار شده‌است. همچنین نمونه‌ای دیگری از آربی۲۱۱ بانام دبلیوآر-۲۱ با توان خروجی ۲۵ مگاوات به‌عنوان موتور توربینی برای مصارف دریایی توسعه یافته‌است.

موتور RB-211

اگرچه آمار تولید و فروش موتور توربوفن آربی۲۱۱ در مقایسه با پیشتازان این حوزه مانند سی‌اف‌ام۵۶، جِی‌تی۸دی و سی‌اف۶ کمتر است، اما پختگی قابل تحسین در طراحی و توسعه هسته اصلی این موتور موجب شد تا نمونه‌های مختلف تولید شده از این خانواده نیازمندی مشتریان خود را برآورده کرده و از کارآیی بالایی برخوردار باشند. نکته مهم دیگر، عرضه نمونه‌های صنعتی زمینی و دریایی متعدد مشتق‌شده از این موتور است که موفقیت بالایی را در بازار به دنبال داشته‌است. به نظر می‌رسد تکیه بر توسعه یک هسته اصلی ماژولار با معماری باز برای موتورهای توربوفن می‌تواند تضمین‌کننده انعطاف‌پذیری خانواده محصولات با هدف کسب بازار پایدار باشد. موفقیت تیم طراحی رولزرویس در توسعه مفهوم و طراحی دقیق هسته اصلی موتور آربی۲۱۱ نه تنها موفقیت در بازار را به دنبال داشت، بلکه بستری مناسب را برای توسعه نسل جدیدی از موتورهای توربوفن را برای این شرکت فراهم آورد. خانواده موتورهای ترنت بر اساس آربی۲۱۱ طراحی شده‌اند.

 

 

منابع:

 Turbina Technical Team

https://hars.org.au

www.rolls-royce.com

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی