در حال بررسی...پرتاندویتنی به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین سازندگان موتورهای هوایی جهان، یکصد سال فعالیت در این حوزه را جشن گرفت. این شرکت نام‌آشنا در یک قرن فعالیت خود در حوزه موتورهای هوایی همگام با روند تغییرات فناوری، محصولات متنوعی را به بازار عرضه کرده‌است.
پرتاندویتنی در سال ۱۹۲۵، توسط فردریک رنتشلر در آمریکا تاسیس شد. این مهندس آمریکایی مبدع طرح موتور پیستونی هواخنک R1340 بود. این موتور مبنایی برای توسعه خانواده موتورهای وسپ به‌عنوان یکی از محصولات محبوب پرتاندویتنی شد. تاسیسات شرکت پرتاندویتنی در ایالت اوهایو در زمان جنگ جهانی دوم، بالغ بر پانصد هزار دستگاه از انواع موتورهای وسپ را تولید و عرضه کرد.
پیشتازی در عرضه موتورهای توربوجت
در دهه ۱۹۴۰، در حالی که صنعت هوانوردی جهان با معرفی فناوری موتورهای توربین گاز مواجه شده بود، دولت آمریکا اجازه توسعه این خانواده از موتورها را به پرتاندویتنی نمی‌داد. علت این تصمیم، تقاضای بسیار بالا برای موتورهای پیستونی وسپ بود و دولت آمریکا ترجیح می‌داد ظرفیت ساخت پرتاندویتنی را معطوف این موتور پرکاربرد کند.
در نیمه دوم دهه ۱۹۴۰ و با پایان‌گرفتن جنگ جهانی دوم، مالکان پرتاندویتنی تصمیم گرفتند توسعه اولین موتور توربینی هوایی خود را آغاز کنند و بر این اساس، موتور دو محوره توربوجت J57 متولد شد. این موتور بر اساس معماری دو محور هم‌مرکز برای به حرکت درآوردن دو ست پرههای کمپرسور و توربین طراحی شده بود. دفتر طراحی پرتاندویتنی با افزودن یک فن به این موتور، بهره‌وری آن را ۱۵ درصد افزایش داد. موتورJ57، به‌عنوان اولین موتور توربین گازی هوایی جهان با نیروی پیشران ۱۰ هزار پاوند به بازار عرضه شد و تا مدت‌ها به‌عنوان قوی‌ترین موتور توربوجت در صنعت هوانوردی شناخته می‌شد.
نصب این موتور بر روی هواپیماهای تجاری و غیرنظامی، در اوایل دهه ۱۹۶۰ آغاز شد. بر اساس این موتور، طرح تکامل‌یافته نخستین موتور توربوجت کاملا تجاری پرتاندویتنی با نام JT3C شکل گرفت. نمونه عملیاتی این موتور بر روی جت مسافربری بوئینگ۷۰۷ و داگلاس DC-8 نصب شدند. پرتاندویتنی در سال ۱۹۵۸، موتورJT3D را به‌عنوان نمونه توربوفن موتور توربوجت JT3C معرفی کرد. این موتور بر روی نمونه‌های اولیه هواپیمای تاریخ‌ساز بوئینگ ۷۴۷ نصب شد. نصب یک فن پرقدرت در قسمت جلویی کمپرسور موتور JT3D، علاوه بر افزایش ۳۵ درصدی نیروی پیشران، موجب کاهش مصرف سوخت از ۱۵ تا ۲۲ درصد شد.
ظهور موتور توربوفن دنده‌ای
طی چندین دهه، فناوری موتورهای توربینی هوایی تغییر قابل‌ملاحظه‌ای را تجربه نکرد. در این مدت با افزایش قطر فن و بالارفتن نسبت گذردهی، بازدهی موتورهای توربوفن افزایش می‌یافت. تا سال ۲۰۱۵، تغییرات فناورانه در موتورهای توربینی هوایی، روندی ملایم را دنبال می‌کرد. در آن زمان، پرتاندویتنی کلاس جدیدی از موتورهای هوایی با نسبت گذردهی بسیار بالا موسوم به موتور توربوفن دنده‌ای را به بازار عرضه کرد. این موتور روزآمد نیروی پیشران خانواده جت مسافربری ایرباس A320neoرا تامین می‌کند.
معرفی موتور توربوفن دنده‌ای به بازار هوانوردی توسط پرتاندویتنی، راه‌حلی به یک مسئله متناقض‌نما بود که از دهه ۱۹۵۰، دست به گریبان توسعه‌دهندگان موتورهای توربینی هوایی بشمار می‌رفت. بیان این چالش به زبان ساده به این شرح است، برای افزایش بازدهی فن که در قسمت جلویی موتور نصب شده، آن را باید با سرعت کمتری چرخاند، در حالی که برای افزایش بهره‌وری توربین که در قسمت انتهایی موتور نصب می‌شود، باید آن را با سرعت دورانی بیشتری چرخاند. در معماری موتور توربوفن دنده‌ای افزودن یک گیربکس در قسمت فن، کنترل سرعت دوران آن را مستقل از بخش توربین کرده‌است. بر این اساس، بازدهی کلی موتور ۱۶ درصد افزایش می‌یابد و ۷۵ درصد از سطح نویز در این موتور توربوفن نسبت به نمونه‌های پیشین کاسته می‌شود.
تداوم کار برروی موتورهای توربوفن دنده‌ای
در ادامه این مسیر توسعه فناورانه، پرتاندویتنی در سال ۲۰۲۱، نسل جدید موتورهای توربوفن دنده‌ای موسوم به GTF Advantage را به بازار معرفی کرد.
این موتور توربوفن روزآمد با نیروی پیشران ۳۴ هزار پاوند، مصرف سوخت هواپیمای ایرباس A320neo را یک درصد کاهش می‌دهد، در حالی که در شرایط برخاست، نیروی پیشران بیشتری معادل ۴ تا ۸ درصد فراهم می‌کند. استفاده از مواد کارآمد و بادوام در بخش داغ موتور باعث شده عمر عملیاتی این قطعات افزایش یابد. آژانس هوانوردی فدرال آمریکا FAA و آژانس ایمنی هوانوردی اروپا یاسا، در سال ۲۰۲۵، گواهینامه صلاحیت پروازی موتور GTF Advantage را صادر کردند.
غلبه بر گرما
در موتور توربوفن دنده‌ای، هوا با گذر از طبقات مختلف کمپرسور، دچار افزایش فشار و درجه حرارت می‌شود. اگرچه این فرآیند منجر به افزایش بهره‌وری گرمایی موتور می‌شود، اما از منظر مقاومت مواد به‌کاررفته در ساخت قطعات این بخش، یک چالش به شمار می‌رود.
بنابر ادعای پرتاندویتنی، راه‌حل این چالش به‌کارگیری پیچیده‌ترین روش خنک‌کاری با ایجاد حفره‌های بسیار ریز متعدد با استفاده از لیزر در حجم پره و همچنین اعمال پوشش‌دهی خاص روی سطح پرههای داغ توربین است.
برای پوشش‌دهی این پره‌ها، از کریستال‌هایی از جنس سوپرآلیاژ نیکل پایه و مواد مرکب ماتریس سرامیکی استفاده شده‌است. پوشش‌دهی پرههای داغ موتور توربوفن دنده‌ای و ماشینکاری آنها توسط خطوط رباتیک، در تاسیسات ساخت ایرفویل پرتاندویتنی واقع در اشویل ایالت کارولینای شمالی انجام می‌شود.
این تاسیسات با زیربنای ۱۱۱ هزار مترمربع در سال ۲۰۲۳، وارد چرخه بهره‌برداری عملیاتی شد. پرتاندویتنی برای راه‌اندازی و تجهیز کارخانه ساخت پره ثابت و متحرک بخش داغ در تاسیسات اشویل، حدود یک میلیارد دلار سرمایه‌گذاری کرده‌است. این مبلغ شامل تخصیص ۲۸۵ میلیون دلار برای ایجاد یک مرکز ریخته‌گری روزآمد ویژه ساخت ایرفویل پره، سوراخ‌کاری و پوشش‌دهی است.
در سال ۲۰۲۳، در تاسیسات اشویل نزدیک به ۲۰۰ هزار ایرفویل پره توربین پرفشار تولید شد. با گسترش ظرفیت این مرکز، پرتاندویتنی انتظار دارد امکان ساخت ۳۰۰ هزار پره فراهم شود. در حال حاضر ۹۰۰ نفر در این مرکز مشغول به کار هستند و پرتاندویتنی انتظار دارد تا سال ۲۰۲۸، تعداد پرسنل شاغل این مرکز به ۱۲۰۰ نفر برسد.
موتورهای هیبریدی الکتریکی روندی برای آینده
مدیران ارشد پرتاندویتنی معتقدند همه موتورهای هوایی غیرنظامی ساخت این شرکت و حتی رقبا در آینده به‌نوعی از طرح توربوفن دنده‌ای استفاده خواهند کرد. بر این اساس، پیش‌بینی می‌شود معماری موتور توربوفن دنده‌ای با تغییر ساختاری عمده‌ای روبرو نخواهد بود، اما زمینه برای بهبود جزئی و تدریجی عملکرد مهیا است.
در عین حال، پرتاندویتنی و شرکت کالینز ایرواسپیس در حال کار بر روی چندین طرح مبتنی بر موتور هیبریدی الکتریکی برای مصارف هوایی هستند. کالینز ایرواسپیس شریک پرتاندویتنی در قالب هلدینگ RTX به‌شمار می‌رود.
یکی از طرح‌های اثبات‌گر فناوری در این زمینه، شامل آماده‌سازی یک موتور توربوپراپ برای نصب بر روی هواپیمای منطقه‌ای Dash8 است که انتظار می‌رود آزمایش پروازی آن از سال آینده میلادی آغاز شود
منبع:
