در صنعت هوانوردی تجاری، همیشه اندازه هواپیما و توان موتور رابطه مستقیمی با هم دارند. با این حال، حتی در میان غولهای هوایی، بوئینگ 777اکس بهویژه به دلیل موتورهای آن موردتوجه است. موتورهای GE9X شرکت جنرال الکتریک که نیروی پیشران این هواپیمای پهنپیکر نسل جدید را تامین میکنند، بسیار عظیم هستند. پس چرا این موتورها تا این اندازه بزرگ طراحی شدهاند؟ چه چیزی آنها را از دیگر موتورهای امروزی متمایز میکند؟
نخست، باید پیشینه الزامات موتور برای نصب بر روی بوئینگ 777اکس موردبررسی قرار گیرد. خانواده بوئینگ 777اکس که شامل نمونههای777-8 و 777-9 میشود، برای جایگزینی با هواپیمای محبوب 777-300ER طراحی شده و بطور مستقیم با ایرباس A350 رقابت میکند. برای دستیابی به اهداف طراحی همچون برد پروازی طولانی، ظرفیت بالای جابجایی مسافر و کاهش آلایندهها، بوئینگ به موتوری نیاز داشت که بتواند نیروی پیشران بالا همراه با بهرهوری سوخت بیشتر را فراهم کند.
پاسخ کوتاه چیست؟
بوئینگ 777اکس با توجه به ابعاد هندسی و ظرفیت بالا برای پروازهای دوربرد، به موتورهایی نیاز دارد که هم توان بالایی داشته باشند و هم از نظر مصرف سوخت و قابلیتاطمینان در سطح بالایی قرار گیرند. در عین حال، این موتورها باید با استانداردهای جدید بهرهوری و کاهش سروصدا مطابقت داشته باشند. موتور GE9X که بهطور اختصاصی برای هواپیمای 777اکس ساخته شده، دارای قطر بسیار بزرگ فن و نسبت گذردهی بالا است. علاوه بر آن، از مواد پیشرفته برای ساخت این موتور استفاده شدهاست.
موتور GE9X در یک نگاه
موتور GE9X قدرتمندترین و بزرگترین موتور جت تجاری است که تاکنون تاییدیه صلاحیت پروازی دریافت کردهاست. قطر فن اصلی این موتور ۳/۴ متر است که به همراه ناسل، به ۴ متر یعنی پهنتر از بدنه یک بوئینگ 737 میرسد. نسبت گذردهی آن ۱۰ و نسبت فشار آن ۶۰ است که راندمان بالاتری ایجاد میکند. این موتور میتواند تا ۱۱۰ هزار پاوند نیروی پیشران تولید کند و به بوئینگ 777اکس امکان میدهد پروازهای طولانیمدت خود را با موفقیت انجام دهد.
این اندازه بزرگ همچنین باعث میشود موتور GE9X کمصداتر و کممصرفتر از نمونههای پیشین باشد. فنهای بزرگتر، امکان چرخش آهستهتر را فراهم میکنند و حجم بیشتری از هوا را با سطح سروصدای پایینتر جابهجا میسازند. قطر بسیار بزرگ فن، یکی از عوامل کلیدی در دستیابی موتور به راندمانی بالا و آلایندگی کمتر است. بهگونهای که میتواند با استانداردهای سختگیرانه سازمان بینالمللی هوانوردی ایکاو در سطح CAEP/8 مطابقت داشته باشد.
در مقایسه با موتور قبلی، یعنی GE90-115B، موتور GE9X حدود ۱۰ درصد سوخت کمتری مصرف میکند. همچنین دارای ویژگیهای پیشرفتهای مانند استفاده از کامپوزیتهای ماتریس سرامیکی، قطعات تولیدشده با فناوری تولید افزایشی (پرینت سهبعدی) و پرههای فن کامپوزیتی است. این ویژگیها هم وزن موتور را کاهش داده و هم استحکام و مقاومت حرارتی آن را افزایش میدهند.
چه عواملی بر اندازه موتور تاثیر میگذارند؟
انتخاب اندازه موتور GE9X تصادفی نبوده، بلکه نیازهای بدنه هواپیمای 777اکس و همچنین الزامات جهانی در زمینه محیطزیست آن را تعیین کردند. در ادامه مهمترین ملاحظات که به توسعه چنین موتور عظیمی منجر شدند، موردبررسی قرار میگیرد.
بوئینگ 777اکس یک هواپیمای بزرگ است که وزن برخاست بیشینه آن برای نمونه 777-9 بیش از ۷۷۵ هزار پاوند است. برای بلندکردن چنین وزنی در مسیرهای طولانیمدت، مانند دبی تا لسآنجلس، هواپیما به نیروی پیشران عظیمی نیاز دارد. همچنین، شرکت بوئینگ قصد داشت مصرف سوخت بهینهتر و سطح صدای کمتری نسبت به نمونههای قدیمیتر 777 به دست آورد.
اگر جزئیتر به آن پرداخته شود، عوامل کلیدی شامل نیروی پیشران، بهرهوری و دوام است. موتور GE9X بیش از ۱۰۰ هزار پاوند نیروی پیشران تولید میکند که برای عملیات برخاست با حداکثر بار کاملا کافی است. نسبت گذردهی بالای ۱۰ باعث میشود هوای بیشتری از هسته موتور عبور نکرده و از اطراف آن بگذرد. همین موضوع مصرف سوخت را کاهش میدهد. استفاده از کامپوزیتهای ماتریس سرامیکی در بخشهای داغ موتور این امکان را میدهد که موتور در دماهای بالاتری کار کند، بدون آنکه استحکام آن کاهش یابد. در نتیجه، فاصله بین تعمیرات اساسی افزایش پیدا میکند.
اما این نخستین موتور بزرگ شرکت جنرال الکتریک نیست. موتور GE90-115B که نیروی پیشران بوئینگ 777-300ER را تامین میکند، تقریبا به مدت دو دهه عنوان قدرتمندترین موتور جهان را در اختیار داشت. موتور GE9X بر پایه همان میراث ساخته شدهاست. اما شرکت جنرال الکتریک به جای تمرکز صرف بر روی نیروی پیشران، بر عوامل کلیدی دیگری مانند بهرهوری سوخت، کاهش آلایندگی و وزن نیز تاکید کردهاست.
جایگاه GE9X در تاریخ موتورهای جت
موتور GE9X، بزرگترین موتور هواپیمای تجاری ساختهشده تاکنون است. قطر فن آن از موتور GE90-115B بیشتر است و در شرایط آزمایشی توانسته ۱۳۴,۳۰۰ پاوند نیروی پیشران تولید کند و رکورد جدیدی در گینس ثبت کند.
اگر موتور GE9X با موتورهای قدیمیتر مقایسه شود، تفاوتها کاملا مشهود است. برخلاف موتورJT9D پرتاندویتنی نصبشده بر روی بوئینگ 747 یا حتی ترنت XWB رولزرویس نصبشده بر روی ایرباسA350 ، موتور GE9X از فناوریهای نوآورانهای بهره میبرد. این فناوریها، قطعات پرینت سهبعدی، پرههای فن ساختهشده از فیبر کربن و کامپوزیتهای ماتریس سرامیکی در بخشهای کلیدی را در بر میگیرد. این پیشرفتها باعث کاهش وزن، افزایش مقاومت در برابر حرارت و بهبود کارایی احتراق میشوند.
قابل توجه است که موتور اولترافن رولزرویس ممکن است با فن بزرگتر و بهبود بهرهوری سوخت، معیارهای جدیدی را ایجاد کند، هرچند که هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد. موتور GE9X ترکیبی متوازن از اندازه و توان با استانداردهای روزآمد بهرهوری ارائه میدهد و در حال حاضر بزرگترین و پیشرفتهترین موتور تجاری دارای تاییدیه صلاحیت پروازی محسوب میشود.
موتور GE9X، همچنین بهعنوان نقطه عطفی نوین در طراحی موتور شناخته میشود. نسبت فشار ۶۰ در GE9X یک رکوردشکنی به حساب میآید. قطعات سرامیکی آن در دمای بالای ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد کار میکنند، دستاوردی که پیش از این تنها در برخی موتورهای نظامی ممکن بود.
کارشناسان هوانوردی چه میگویند؟
شرکت GE Aviation، موتور GE9X را کارآمدترین موتور جت ساختهشده از نظر مصرف سوخت مینامد. این موتور به دلیل کمک به کاهش ۱۰ درصد مصرف سوخت و انتشار آلایندهها به ازای هر صندلی نسبت به نسل قبلی، مورد تحسین خود بوئینگ قرار گرفتهاست. همچنین، شرکتهای هواپیمایی لوفتهانزا، امارات و قطر ایرویز که 777اکس را سفارش دادهاند، به اهمیت بهرهوری موتور برای عملیاتهای طولانیمدت پرواز بهشدت تاکید کردهاند.
شرکت هواپیمایی امارات، همواره بر اهمیت داشتن یک موتور ایدهآل برای 777اکس تاکید کردهاست. موتوری که بتواند در شرایط محیطی سخت مانند دماهای شدید در دبی یا هنگام پروازهای بینالمللی در هوای نامساعد، عملکرد استثنایی داشته باشد. صرفهجویی سوخت و هزینههای نگهداری نقش تعیینکنندهای در راهبرد ناوگان هواپیمایی خواهند داشت. شرکت امارات، بهرهوری موتور GE9X را برای پروازهای فراآتلانتیک، بهویژه مسیرهایی بیش از ۱۵ ساعت حیاتی میداند.
راهکارها و موانع: دلیل برتری بیچون و چرای GE9X
برخلاف نمونههای قبلی هواپیمای 777 یا حتی 787 دریملاینر، بوئینگ 777اکس گزینهای برای انتخاب موتور ارائه نمیدهد و بهصورت انحصاری از GE9X استفاده میکند. هرچند شرکتهای رولزرویس و پرتاندویتنی هم پیشنهاداتی داشتند، اما هیچکدام نتوانستند استانداردهای بالای بوئینگ در زمینه نیروی پیشران، بهرهوری سوخت و بلوغ فناوری را در زمان شروع برنامه برآورده کنند. شرکت رولزرویس نسخههای ارتقایافتهای از خانواده موتور ترنت را پیشنهاد داد. پرتاندویتنی روی طراحیهای موتور توربوفن کوچک دندهای مانند سری PW1000G تمرکز داشت که برای هواپیماهای باریکپیکر مناسب بود.
وقتی برنامه 777اکس آغاز شد، زمانبندی بههیچوجه با گزینههای رقابتی دیگر همراستا نبود. موتور ترنت1000 از رولزرویس و همچنین پروژه آینده اولترافن هنوز به مرحله بلوغ یا دسترسپذیری نرسیده بودند. راهحلهای پرتاندویتنی اساسا برای هواپیماهای پهنپیکر با نیاز به نیروی پیشران بالای ۱۰۰ هزار پاوند طراحی نشده بودند.
در مقابل، جنرال الکتریک با بهرهگیری از تجربه موفق خانواده GE90 و داشتن یک مسیر فناوری روشن برای توسعه، برتری محسوسی داشت. سرانجام، روشن شد که تنها GE9X قادر است با نیازهای طراحیشده 777اکس، از جمله پروازهای طولانیمدت، ظرفیت بالای مسافری و بهینهسازی سوخت، هماهنگ شود.
چرا انتخاب یک موتور بزرگتر منطقیتر بود؟ استفاده از موتور کوچکتر به معنای فشار بیشتر بر قطعات آن مانند دور بالاتر موتور، تنش حرارتی بیشتر و نسبت گذردهی پایینتر بود. این شرایط باعث کاهش بهرهوری و کوتاهتر شدن عمر سرویس موتور میشود. قطر بزرگتر فن در GE9X امکان عبور هوای بیشتر، سرعت چرخش کمتر فن و عملکرد خنکتر هسته موتور را فراهم میکند. این موضوع به معنای سایش کمتر قطعات، مصرف سوخت پایینتر و پروازهای کمسروصداتر است.
با این حال، این اندازه بزرگ با معایبی همراه است. موتورهای بزرگتر به فاصله بیشتری از سطح زمین نیاز دارند و همین موضوع بوئینگ را مجبور کرد تا برای 777اکس بالکهای تاشو طراحی کند. موتورهای بزرگتر همچنین سنگینتر هستند و برای جلوگیری از ایجاد نیروی پسا اضافی، نیازمند یکپارچهسازی آیرودینامیکی بسیار دقیقی هستند. به همین دلیل، موتورهای عظیم برای هواپیماهای پهنپیکر کوچکتر مانند787 یا A330neo کاربردی نیستند. این هواپیماها به جای آن از موتورهایی مانند ترنت1000 و ترنت700 استفاده میکنند.
در نهایت، مسئله انحصار نیز مطرح است. هرچند فناوری شرکت جنرال الکتریک قابل اعتمادبودن خود را ثابت کرده، اما نبود یک تامینکننده موتور جایگزین، ریسکهایی در زمینه زنجیره تامین و نگهداری ایجاد میکند. بهعنوان مثال، تاخیر در اخذ گواهینامه GE9X بطور مستقیم بر برنامه زمانی پروژه 777اکس اثر گذاشت. برای شرکتهای هواپیمایی، وابستگی به تنها یک تامینکننده موتور میتواند در صورت بروز مشکل، میزان آسیبپذیری را افزایش دهد.
نگاهی به آینده
چرا موتورهای 777اکس اینقدر بزرگ هستند؟ اندازه عظیم GE9X بازتابی از نیازهای بوئینگ برای یک هواپیمای بزرگ با ظرفیت بالا و برد طولانی است که با استانداردهای مصرف سوخت و آلایندگی قرن 21 مطابقت داشته باشد. موضوع بر سر مهندسی یک موتور قدرتمند است که بتواند در ارتفاع بالا با بهرهوری بالا و با کمترین اثرات زیستمحیطی پرواز کند.
با ورود موتور GE9X به خدمت عملیاتی با نصب بر روی هواپیمای 777-9، عصری تازه در زمینه موتورهای با نیروی پیشران بالا و بهرهوری زیاد آغاز میشود. استفاده جنرال الکتریک از کامپوزیتهای پیشرفته و فناوری پرینت سهبعدی، زمینهساز توسعه موتورهای آینده همچون رایزCFM اینترنشنال و اولترافن رولزرویس خواهد بود.
منبع:
