افزایش بازدهی موتور توربوفن
سازندگان موتور به سرعت متوجه شدند که جدیدترین موتورهای توربوفن، بطور قابلتوجهی نسبت به نمونههای جایگزینشده آنها، کارآمدتر هستند. مساله افزایش بازدهی موتور توربوفن در بررسی روند تغییر نیازمندیهای بهرهبرداران نیز مشهود است.
برای صنعتی که از لحاظ تاریخی با هر نسل هواپیما به بازدهی 15 درصدی بهتری دست مییابد، واژه تحول به این معنا نیست که جتهای باریکپیکر نسل بعدی که پیشبینی میشود در دهه 2030 عرضه شوند، کار خارقالعادهای انجام دهند. بلکه صنعت هوانوردی اهداف بلندپروازانهای دارد، برای اینکه این هواپیماها 20 تا 30 درصد کارآمدتر از ایرباس A320neo و بوئینگ 737مکس امروزی باشند.
بنابر اعلام بخش هوانوردی جنرال الکتریک، این شرکت در مسیر دسترسی به سامانه پیشرانش با بیش از 20 درصد بهرهوری در مصرف سوخت است. انتظار میرود در دهه پیشرو، بطور مستمر با اخبار متنوع در مورد روند بلوغ این فناوری روبرو باشیم.
ناسا از تلاشهای صنعت هوانوردی از طریق پروژههای مختلف، از جمله طرح ملی پرواز پایدار حمایت میکند که بر اساس آن، این سازمان و شرکت بوئینگ در حال توسعه یک اثباتگر فناوری جدید هستند. اما برای نزدیکشدن به کاهش 30 درصدی آلایندگی دیاکسیدکربن، سازندگان موتور مانند بخش هوانوردی جنرال الکتریک و پرتاندویتنی نیز باید این کار را انجام دهند.
بخش هوانوردی جنرال الکتریک و CFM اینترنشنال، یک رویکرد سهجانبه را برای رسیدن به هدف افزایش بازدهی موتور توربوفن تا 20 درصد دنبال میکنند. این رویکرد دربرگیرنده توسعه یک موتور با فن باز، کار برای کوچککردن هستههای موتور و پیشرفت وضعیت سامانههای هواپیمای الکتریکی است. حدود 400 تا 500 آزمایش در برنامه آنها وجود دارد. در هر روز 20 یا 30 آزمایش از آنها در حال اجرا است.
بسیاری از این آزمایشها، شامل موتور فن باز است که CFM اینترنشنال در حال توسعه برنامه نوآوری تحولآفرین برای موتورهای پایدار موسوم به رایز است که در سال 2021 راهاندازی شد.
با در نظر گرفتن اینکه تغییرات فناورانه در صنعت هوانوردی به کندی پیش میروند، موتورهای فن باز نسبتا رادیکال هستند. آنها شبیه به موتورهای توربوفن سنتی هستند با این تفاوت که فنهای آنها در ناسل قرار نمیگیرند، بلکه آزادانه در هوای بیرون میچرخند.
حذف ناسلها به معنای وزن و نیروی پسا کمتر است که باعث افزایش کارآیی فوری میشود. اما همچنین، بدون ناسلهای حجیم و محدود، مهندسان میتوانند به موتورهای فن باز، فنهای پهنتری بدهند (و در نتیجه نسبتهای گذردهی بیشتر) که بدون افزایش عرض کلی، کارایی را بهبود میبخشد.
چنین طرحهایی جدید نیستند. آزمایش بخش هوانوردی جنرال الکتریک با چنین موتوری در دهه 1980 انجام شد، اما با کاهش قیمت سوخت، این تلاش متوقف شد. فنهای باز همچنین به دلیل سروصدای زیاد و خطرناکبودن که به دلیل نداشتن حلقههای مهاری، خرابی موتور میتواند قطعات را به داخل کابین مسافران پرتاب کند، متوقف شدهاند. اما بخش هوانوردی جنرال الکتریک و شرکای آن راهحلهایی دارند.
بنابر اعلام جنرال الکتریک، قابلیت محاسباتی این شرکت به شدت افزایش یافته تا جایی که در حال حاضر پیشبینیهای تحلیلی بسیار دقیقی توسط آنها انجام میشود. بهعنوان یک خروجی بلافصل، هندسه ایرفویلها بهینه شده تا سطح سروصدای کمتری از موتورهای هواپیماهای باریکپیکر امروزی ایجاد شود.
شرکت CFM اینترنشنال قصد دارد در این دهه، آزمایش پروازی اثباتگر فناوری روتور باز خود را با پشتیبانی ایرباس با استفاده از هواپیمای A380 آغاز کند.
بخش هوانوردی جنرال الکتریک و پرتاندویتنی، نیز هر کدام در تلاش هستند تا به توان بیشتری از هستههای موتور توربوفن کوچکتر دست یابند. هر دوی آنها قراردادهایی را در قالب برنامه ناسا با عنوان هسته هیبریدی کارآمد حرارتی HyTEC برای توسعه یک موتور کوچکتر با نسبت گذردهی 15 که 5 تا 10 درصد مصرف سوخت کمتری نسبت به توربوفنهای امروزی دارند، منعقد کردهاند. همچنین به دنبال تولید 10 تا 20 درصد از نیروی موتور به عنوان الکتریسیته است که امکان توسعه سامانههای الکتریکی را فراهم میکند.
ناسا امیدوار است که پروژه اثباتگر فناوری زمینی HyTEC را در حدود سال 2026 آغاز کند و چنین فناوریهایی را برای بهترین زمان در دهه 2030 آماده کند. این شرکتها همچنین در حال ایجاد سامانههای پیشرانش هیبریدی الکتریکی با موتورهای الکتریکی کلاس مگاوات هستند که میتوانند بطور بالقوه در هواپیماهای توربوپراپ منطقهای نصب شوند یا با موتورهای توربوفن جتهای بزرگتر جفت شوند.
شرکت تابعه ریتون در حال توسعه یک سامانه الکتریکی هیبریدی کلاس مگاوات برای آزمایش با مشارکت پرتاندویتنی کانادا و شرکت هواپیمایی دیهاویلند است. این تلاش مستلزم نصب سامانه بر روی یک توربوپراپ دش۸ است. شرکت پرتاندویتنی همچنین روی یک پروژه اتحادیه اروپا برای توسعه یک تغییر هیبریدی الکتریکی موتور توربوفن دندهای خود کار میکند.
در عین حال، بخش هوانوردی جنرال الکتریک، کار هیبریدی-الکتریکی خود را تا حدی از طریق برنامه اثباتگر فناوری پرواز پیشرانش الکتریکی ناسا (EPFD) انجام میدهد و این آژانس امیدوار است با ورود سامانههای الکتریکی جدید حداکثر تا سال 2035 به اوج خود برسد.
پیشرفتهایی در حال وقوع است و بخش هوانوردی جنرال الکتریک سامانه هیبریدی-الکتریکی کلاس مگاوات خود را در ارتفاع شبیهسازیشده تا بیش از 13700 متر آزمایش کردهاست. این شرکت انتظار دارد در اواسط دهه 2020، آزمایشهای زمینی و پروازی را با استفاده از هواپیمای توربوپراپ ساب 340B آغاز کند.
علاوه بر این، بخش هوانوردی جنرال الکتریک در ماه می برنامههای خود برای سرمایهگذاری 20 میلیون دلاری در جهت توسعه قابلیتهای آزمایش هیبریدی-الکتریکی خود را اعلام کرد.
بنابر اعلام جنرال الکتریک، فناوریهای در دست توسعه توسط این شرکت میتوانند با موتورهای دارای سوخت هیدروژن یا سوخت پایدار هوانوردی (SAF) کار کنند که هر دوی آنها بهعنوان راهحلهای بالقوه برای حل مشکلات انتشار آلایندگی بشمار میروند.
صنعت هوانوردی بیشترین تکیه بر استفاده از سوخت پایدار هوانوردی داشته که معمولا یک سوخت زیستی است. علیرغم اینکه SAF بسیار گران است، عمدتا به دلیل حجم تولید ناچیز و داشتن مزایای زیستمحیطی قابل بحث در دسترس نیست.
دوامپذیری هیدروژن نیز نامشخص است. با وجود اینکه ایرباس توسعه هواپیماهای هیدروژنی را آغاز کرده و در دهه 2030 وارد خدمت عملیاتی میشوند، اما بوئینگ از این کار خودداری کردهاست. بنابر اعلام جنرال الکتریک، نیروی محرکه هیدروژنی نسبت به سایر فناوریهای کاهش بهرهوری، کمتر پیشرفته است. بهزعم این شرکت آمریکایی، فناوری هیدروژن کمترین بلوغ و طولانیترین راه را در پیش دارد.
منبع:
