بوئینگ در برخی از طرحهای جدید خود از شِورونهای موتور یا همان داکتهای دندانهدار استفاده کردهاست. این قابلیت میتواند میزان آلودگی صوتی را کاهش داده و به هواپیما کمک کند تا با مقررات مربوط به سروصدا مطابقت داشته باشد. پس از بکارگیری شورونها در هواپیمای بوئینگ 787 دریملاینر، این سازنده هواپیما از آنها در مدلهای بوئینگ 747-8 و بوئینگ 737مکس نیز استفاده کردهاست.
این فناوری برای نخستین بار قرار بود توسط بوئینگ بر روی یک جت مسافربری تجاری بهکار گرفته شود. بنابراین، فرآیند طراحی و پیادهسازی آن با مشکلاتی همراه شد. این شرکت در جریان آزمایشها و تولید با موانع متعددی روبهرو شد که آن را وادار به ایجاد تغییرات اساسی در طراحی شورونها کرد. از آن زمان، بوئینگ استفاده از شورونها را در موتور هواپیمای 777اکس کنار گذاشتهاست. اما آنها همچنان در هزاران فروند 737مکس، 747-8 و 787 دریملاینر عملیاتی نصب میشوند.
مشکلات اولیه بوئینگ با شورونها
در دهه ۲۰۰۰، بوئینگ کار بر روی توسعه شورونها را بهعنوان راهکاری برای کاهش سروصدای موتور آغاز کرد. این شرکت با سازمان فضایی آمریکا ناسا در این پروژه همکاری کرد. ناسا شکل Vمانند شورونها را بهعنوان طراحی بهینه برای کاهش سروصدا شناسایی کرده بود. این شکل به بهبود اختلاط جریانهای هوا در اطراف موتور کمک میکرد. با اجرای مقررات نویزی مرحله ۴ سازمان هوانوردی فدرال آمریکا FAA در سال ۲۰۰۶، تولیدکنندگان هواپیما ناچار بودند برای رعایت الزامات سختگیرانهتر، موضوع کاهش سروصدا را جدی بگیرند.
با این حال، فرآیند رفع خطاها و دستیابی به یک طراحی بهینه بسیار طولانی بود. برخی از تغییرات آنها در واقع مشکل سروصدا را بدتر کردهاست. بنابر اعلام یک پژوهشگر ناسا، آنها ابزارهای تشخیصی پیشرفته، تجهیزات و بینش کافی در اختیار نداشتند. گاهی اصل ایده درست بود، اما شیوه اجرای آن در نهایت باعث ایجاد سروصدای بیشتری میشد.
یکی دیگر از مشکلات اساسی که در جریان آزمایشها مشخص شد، مسائل مربوط به دوام ساختاری بود. از آنجا که شورونها در معرض سطوح بالایی از حرارت و ارتعاش قرار داشتند، طرحهای اولیه دچار ترکخوردگی و خستگی سازهای میشدند.
شرکت موتورسازی رولزرویس نیز در قالب برنامه اثباتگر فناوری بیصدا موسوم به QTD با بوئینگ همکاری کرد. این مجموعه پیچیده از آزمایشهای پروازی شامل نصب ۱۰۰ میکروفون روی یک بوئینگ 777-300ER و همچنین استقرار ۲۰۰ میکروفون روی زمین بود. هدف از آزمایشها اندازهگیری میزان کارایی بستههای مختلف کاهش سروصدا بود.
شورونها باعث کاهش نیروی پیشران شدند
بزرگترین نگرانی این بود که هرچند شورونها در کاهش سروصدای موتور بسیار موثر بودند، اما در عین حال اثر نامطلوبی بر کاهش کارایی آیرودینامیکی داشتند. علت این موضوع ایجاد گردابههایی در اطراف موتور بود که جریان هوا را برهم میزدند و نیروی پسا را افزایش میدادند. در نتیجه، میزان نیروی پیشران که هر موتور میتوانست تولید کند، کاهش مییافت.
شورونها حدود 0،5 درصد از نیروی پیشران موتور را کاهش میدادند. هرچند این مقدار تنها یک افت کوچک در بازدهی بهنظر میرسد، اما در طراحی یک هواپیمای کارآمد، هر درصد اهمیت بالایی دارد. در صنعتی که حاشیه سود آن بسیار محدود است، حتی همین 0،5 درصد کاهش بازدهی میتواند بخش چشمگیری از سود یک خط هوایی را از بین ببرد.
این تاثیر در هواپیماهایی که روزانه چندین پرواز انجام میدهند، بارزتر است، بهطوریکه کاربران 737مکس معمولا با خسارت بیشتری روبهرو میشوند. دلیل آن این است که فاز برخاست و صعود پرواز بیشترین فشار را بر موتورها وارد میکند. هواپیماهایی مانند 737مکس که معمولا روزانه چند پرواز انجام میدهند، بیشتر تحت تاثیر قرار میگیرند.
هدف شورونهای موتور چیست؟
هدف اصلی شورونها کاهش سروصدای موتور است که از طریق یکنواختکردن جریانهای خروجی انجام میشود. تصمیم بوئینگ برای بررسی و نهایتا پیادهسازی شورونها، تحت تاثیر تغییرات مقررات مربوط به نویز فرودگاهها گرفته شد. با روشنترشدن اهمیت آلودگی صوتی بهعنوان یک دغدغه زیستمحیطی، قوانین سختگیرانهتر شد. استانداردهای مرحله ۴ سازمان FAA تا زمان معرفی شورونها در بوئینگ 787 دریملاینر به اجرا درآمده بود.
برای خطوط هوایی، این موضوع به معنای محدودیت یا ممنوعیت پرواز با برخی هواپیماها یا افزایش هزینههای فرودگاه برای هواپیماهای پر سروصدا بود. رعایت ملاحظات زیستمحیطی، یکی از عوامل کلیدی است که شرکتهای هواپیمایی هنگام خرید هواپیما در نظر میگیرند. آنها به هواپیمایی نیاز دارند که با استانداردهای مریوط به نویز فعلی مطابقت داشته باشد. علاوه بر آن، باید مطمئن شوند که در آینده نیز با استانداردهای جدید سازگار خواهند بود.
یک مزیت کلیدی دیگر شورونها، کاهش وزن است که میتواند با کاهش مصرف سوخت به افزایش کارایی قابلتوجهی منجر شود. دلیل این امر این است که با وجود شورونها، نیازی به استفاده از عایقهای سنگینتر برای کاهش سروصدا در داخل هواپیما نیست. این امکان را به تولیدکنندگان میدهد تا وزن خالی هواپیما را کاهش دهند. بهعنوان مثال، بوئینگ توانست با حذف عایقهای کناری ۲۷۲ کیلوگرم وزن از بوئینگ 787 دریملاینر را کاهش دهد.
کدام هواپیماهای بوئینگ دارای شورون هستند؟
بوئینگ شورونهای موتور را روی سه خانواده هواپیمای خود شامل 737مکس، 747-8 و 787 دریملاینر نصب کردهاست. شورونها در تمام مدلهای 787 دریملاینر صرفنظر از نوع موتور وجود دارند، در حالی که 737مکس و 747-8 تنها با یک نمونه موتور ارائه میشوند.
هواپیماهای 737مکس و 787 دریملاینر شورونها را روی ناسلها دارند، اما در هواپیمای 747-8، شورونها هم روی ناسل و هم روی نازلهای موتور نصب شدهاند. با این حال، در بوئینگ 777اکس، مفهوم شورونها بهطور کامل حذف شده و به جای آن از روشهای دیگر کاهش سروصدا استفاده شدهاست.
میتوان بهراحتی شورونها را روی هواپیما تشخیص داد. آنها به شکل الگوهای دندانهدار و ارهای در امتداد لبه فرار ناسل موتور قرار دارند. این ویژگی آنها را از لبههای صاف و گرد معمولی موتورهای جت تجاری متمایز میکند. بر اساس دادههای منتشرشده، بیش از سه هزار فروند هواپیمای بوئینگ در حال حاضر به شورون مجهز هستند.
آیا روشهای بهتری برای کاهش سروصدای موتور وجود دارد؟
در دهه ۱۹۹۰، ناسا مجموعهای از شبیهسازیهای کامپیوتری را انجام داد که روشهای مختلف کاهش سروصدای موتور را بررسی میکرد. مطابق نتایج حاصلشده، لبههای دندانهدار روی ناسل موتور از نظر تئوری موثرترین بخش طراحی هستند. با این حال، تولیدکنندگان هواپیما و موتور، ابزارها و روشهای متنوعی برای کاهش سروصدا در اختیار دارند. آنها معمولا این روشها را در مجموعههای کاهش سروصدا خود ترکیب میکنند.
یکی از موثرترین روشها طراحی نازل است. در هواپیمای بوئینگ 777اکس با موتور GE9X، یک طراحی پیشرفته نازل توانست کاهش سروصدا مشابه شورونها را بدون کاهش نیروی پیشران موتور ایجاد کند. همچنین، موتورهایی با نسبت گذردهی بالاتر با اجازهدادن به عبور بیشتر هوا در اطراف هسته موتور و با سرعت کمتر، صدای کمتری تولید میکنند.
سپس لایههای صوتی وجود دارند که مواد جاذب صدا هستند و در داخل ناسل موتور قرار میگیرند تا بخشی از صدا را جذب کنند. این ویژگی همچنین در هواپیمای 777اکس آینده نیز بکار رفته که شامل یک پوشش شبیه ساختار لانهزنبوری با هزاران حفره کوچک است که صدا را جذب میکنند. میزان اثرگذاری هر روش بسته به ویژگیهای خاص هر موتور و بدنه هواپیما متفاوت است.
شورونها چگونه نام خود را گرفتند؟
واژه شورون از زبان فرانسوی آمده و به معنای تیرچه یا تیرک سقف است که اساسا به شکل V دو تیرچه که به هم میرسند، اشاره دارد.
این واژه سپس برای نمادهای نظامی به شکل V که درجه نظامی را نشان میدهند، بکار گرفته شد و هنوز هم برای همین منظور استفاده میشود. شکل V خروجیهای دندانهدار که طراحی شورون موتور را تشکیل میدهند، باعث شد این واژه کاملا مناسب باشد. بوئینگ از آن زمان تاکنون از آن واژه استفاده میکند.
صنعت هوانوردی سابقه طولانی در استفاده از اصطلاحات قدیمی بهویژه با مفاهیم دریانوردی یا نظامی، برای توصیف بخشهای مختلف یک هواپیما دارند. بهعنوان مثال، واژههایی مانند ناسل و fuselage به معنای بدنه هر دو ریشه فرانسوی دارند، در حالی که rudder به معنای سکان عمودی یک اصطلاح دریایی است.
بوئینگ چگونه مشکل سروصدای 777اکس را حل کرد؟
بوئینگ برای هواپیمای 777اکس از شورونها صرفنظر کرد، تصمیمی که عمدتا تحت تاثیر کاهش نیروی پیشران ناشی از نصب شورونها گرفته شد. به همراه شرکت GE Aerospace، راهکارهای بهینهتری برای کاهش سروصدا در موتور GE9X بکار گرفته شد، بیآنکه عملکرد موتور تحت تاثیر قرار گیرد.
در مرکز این راهکار، سامانه نازل پیشرفته با نیروی پسا کم قرار دارد که حدود ۲۰ درصد سبکتر از نازلهای دیگر موتورها است. بر این اساس، جنرال الکتریک ادعا میکند که این موتور بیسروصداترین موتور ساختهشده نسبت به هر پاوند نیروی پیشران است. موتور GE9X یکی از قدرتمندترین موتورها با توان۱۱۰ هزار پاوند خواهد بود. هرچند این میزان کمی کمتر از توان GE90 روی بوئینگ 777 است. موتور GE9X در آزمایشها عملکرد بسیار بالاتری نشان داده و در حال حاضر دارای رکورد جهانی گینس با ۱۳۴,۵۰۰ پاوند است.
منبع:
