Mas Mabilis, Mas Tahimik, Mas Malinis - Bagong Makina ng Sasakyang Panghimpapawid

Lumalabas na upang magbago ng maraming sa aviation, hindi mo kailangang maghanap ng mga bagong propeller, futuristic na disenyo o mga materyales sa espasyo. Ito ay sapat na upang gumamit ng isang medyo simpleng mekanikal na paghahatid ...

Isa ito sa pinakamahalagang inobasyon nitong mga nakaraang taon. Ang geared turbofan motors (GTF) ay nagbibigay-daan sa compressor at fan na umikot sa magkaibang bilis. Ang fan drive gear ay umiikot sa fan shaft ngunit naghihiwalay sa fan motor mula sa low pressure compressor at turbine. Ang fan ay umiikot sa mas mabagal na bilis, habang ang compressor at low pressure turbine ay nagpapatakbo sa mas mataas na bilis. Ang bawat module ng engine ay maaaring gumana sa pinakamainam na kahusayan. Pagkatapos ng 20 taon ng R&D at R&D na paggastos na humigit-kumulang $1000 bilyon, ang Pratt & Whitney PurePower PW2016G turbofan family ay nagpapatakbo ilang taon na ang nakalipas at malawakang ipinakilala sa komersyal na sasakyang panghimpapawid mula noong XNUMX.

Ang mga modernong turbofan engine ay bumubuo ng thrust sa dalawang paraan. Una, ang mga compressor at combustion chamber ay matatagpuan sa core nito. Sa harap ay isang fan na kung saan, na hinimok ng core, ay nagdidirekta ng hangin sa pamamagitan ng mga bypass chamber sa paligid ng motor core. Ang bypass ratio ay ang ratio ng dami ng hangin na dumadaan sa core sa dami ng hangin na dumadaan dito. Sa pangkalahatan, ang mas mataas na bypass ratio ay nangangahulugan ng mas tahimik, mas mahusay at mas makapangyarihang mga makina. Ang mga conventional turbofan engine ay may bypass ratio na 9 hanggang 1. Ang Pratt PurePower GTF engine ay may bypass ratio na 12 hanggang 1.

Upang mapataas ang bypass ratio, dapat taasan ng mga tagagawa ng motor ang haba ng mga fan blades. Gayunpaman, kapag pinahaba, ang mga bilis ng pag-ikot na nakuha sa dulo ng talim ay magiging napakataas na mangyayari ang mga hindi gustong panginginig ng boses. Kailangan mo ng fan blades para bumagal, at iyon ang gamit ng gearbox. Ang nasabing makina ay maaaring kasing taas ng 16 porsiyento, ayon kay Pratt & Whitney. mahusay na ekonomiya ng gasolina at 50 porsyento. mas kaunting mga emisyon ng tambutso at 75 porsyento. tahimik. Kamakailan, inihayag ng SWISS at Air Baltic na ang kanilang GTF C-series jet engine ay kumonsumo ng mas kaunting gasolina kaysa sa ipinangako ng tagagawa.

PW1100G-JM engine sa linya ng produksyon

Pinangalanan ng magazine ng TIME ang PW1000G engine na isa sa 50 pinakamahalagang imbensyon noong 2011 at isa sa anim na pinaka-friendly na imbensyon, dahil ang Pratt & Whitney PurePower ay idinisenyo upang maging mas malinis, mas tahimik, mas malakas at gumamit ng mas kaunting gasolina kaysa sa mga kasalukuyang jet engine. Noong 2016, tinawag ni Richard Anderson, ang presidente noon ng Delta Air Lines, ang makina na "ang unang tunay na pagbabago" mula noong binago ng Dreamliner ng Boeing ang composite construction.

Pagtitipid at pagbabawas ng mga emisyon

Ang sektor ng komersyal na abyasyon ay naglalabas ng higit sa 700 milyong tonelada ng carbon dioxide taun-taon. Bagaman ito ay halos 2 porsyento lamang. pandaigdigang carbon dioxide emissions, may katibayan na ang mga greenhouse gas sa jet fuel ay may mas malaking epekto sa atmospera habang ang mga ito ay inilalabas sa mas matataas na lugar.

Ang mga pangunahing tagagawa ng makina ay naghahanap upang makatipid ng gasolina at mabawasan ang mga emisyon. Ipinakilala kamakailan ng katunggali ng Pratt na CFM International ang sarili nitong advanced na makina na tinatawag na LEAP, na sinasabi ng mga opisyal ng kumpanya na naghahatid ng mga katulad na resulta sa isang geared turbofan sa gastos ng iba pang mga solusyon. Sinasabi ng CFM na sa isang tradisyunal na arkitektura ng turbofan, ang parehong mga benepisyo ay maaaring makamit nang walang karagdagang bigat at drag ng powertrain. Gumagamit ang LEAP ng magaan na composite na materyales at carbon fiber fan blades para makamit ang mga pagpapahusay sa kahusayan sa enerhiya na sinasabi ng kumpanya na maihahambing sa mga nakamit sa Pratt & Whitney engine.

Sa ngayon, ang mga order para sa mga Airbus engine para sa A320neo ay halos pantay na nahahati sa pagitan ng CFM at Pratt & Whitney. Sa kasamaang palad para sa huling kumpanya, ang mga PurePower motor ay nagdudulot ng mga problema para sa mga gumagamit. Ang unang lumitaw sa taong ito, nang naitala ang hindi pantay na paglamig ng GTF engine sa Qatar Airways Airbus A320neo. Ang hindi pantay na paglamig ay maaaring humantong sa pagpapapangit at alitan ng mga bahagi, at sa parehong oras ay dagdagan ang oras sa pagitan ng mga flight. Bilang resulta, napagpasyahan ng airline na ang mga makina ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangan sa pagpapatakbo. Di-nagtagal pagkatapos noon, sinuspinde ng mga awtoridad ng Indian aviation ang mga flight ng 11 Airbus A320neo aircraft na pinapagana ng PurePower GTF engine. Ayon sa Economic Times, ang desisyon ay dumating matapos ang Airbus GTF-powered aircraft ay dumanas ng tatlong engine failure sa loob ng dalawang linggo. Ipinagbabawal nina Pratt at Whitney ang mga paghihirap na ito, na sinasabing madali itong lampasan.

Airbus electronic fan

Ang isa pang higante sa larangan ng mga makina ng sasakyang panghimpapawid, Rolls-Royce, ay gumagawa ng sarili nitong Power Gearbox, na sa 2025 ay magbabawas ng pagkonsumo ng gasolina sa malalaking turbofan ng 25%. kumpara sa mga mas lumang modelo ng kilalang Trent engine range. Siyempre, nangangahulugan ito ng bagong kumpetisyon sa disenyo ng Pratt & Whitney.

Ang mga British ay nag-iisip din tungkol sa iba pang mga uri ng pagbabago. Sa kamakailang Singapore Airshow, inilunsad ng Rolls-Royce ang IntelligentEngine Initiative, na naglalayong bumuo ng matatalinong makina ng sasakyang panghimpapawid na mas ligtas at mas mahusay sa pamamagitan ng kakayahang makipag-usap sa isa't isa at sa pamamagitan ng isang network ng suporta. Sa pamamagitan ng pagbibigay ng tuluy-tuloy na two-way na komunikasyon sa makina at iba pang bahagi ng ecosystem ng serbisyo, malulutas ng makina ang mga problema bago mangyari ang mga ito at matutunan kung paano pahusayin ang performance. Matututo din sila mula sa kasaysayan ng kanilang trabaho at iba pang mga makina, at sa pangkalahatan ay kailangan pa nilang ayusin ang kanilang mga sarili habang naglalakbay.

Ang drive ay nangangailangan ng mas mahusay na mga baterya

Ang aviation vision ng European Commission para sa 2050 ay humihiling ng pagbawas sa mga CO emissions.₂ ng 75 porsiyento, nitrogen oxides ng 90 porsiyento. at ingay ng 65 porsyento. Hindi sila makakamit gamit ang mga kasalukuyang teknolohiya. Ang mga electric at hybrid-electric propulsion system ay kasalukuyang nakikita bilang isa sa mga pinaka-promising na teknolohiya upang matugunan ang mga hamong ito.

Mayroong dalawang upuan na electric light aircraft sa merkado. Ang mga four-seater hybrid-electric na sasakyan ay nasa abot-tanaw. Hinuhulaan ng NASA na sa unang bahagi ng 20s, ang ganitong uri ng short haul, nine-seat airliner ay magdadala ng mga serbisyo ng aviation pabalik sa mas maliliit na komunidad. Parehong sa Europa at sa US, naniniwala ang mga siyentipiko na sa 2030 ay posible na bumuo ng isang hybrid-electric na sasakyang panghimpapawid na may kapasidad na hanggang 100 upuan. Gayunpaman, kakailanganin ang makabuluhang pag-unlad sa larangan ng pag-iimbak ng enerhiya.

Sa kasalukuyan, ang density ng enerhiya ng mga baterya ay hindi sapat. Gayunpaman, ang lahat ng ito ay maaaring magbago. Sinabi ni Tesla boss Elon Musk na kapag ang mga baterya ay may kakayahang gumawa ng 400 watt-hours bawat kilo, at ang ratio ng cell power sa kabuuang timbang ay 0,7-0,8, ang electric transcontinental airliner ay magiging isang "mahirap na alternatibo." Isinasaalang-alang na ang mga baterya ng lithium-ion ay nakamit ang density ng enerhiya na 113 Wh/kg noong 1994, 202 Wh/kg noong 2004, at ngayon ay nakakaabot na ng humigit-kumulang 300 Wh/kg, maaari itong ipagpalagay na sa loob ng susunod na dekada sila aabot sa antas na 400 Wh/kg.

Kitty Hawk electric two-seater air taxi project

Ang Airbus, Rolls-Royce at Siemens ay nakipagsosyo kamakailan upang bumuo ng E-Fan X flying demonstrator, na magiging isang makabuluhang hakbang pasulong sa komersyal na sasakyang panghimpapawid na hybrid-electric propulsion. E-Fan X hybrid electric technology demonstration na inaasahang magiging -Fan X ay lilipad sa 2020 pagkatapos ng malawak na ground test campaign. Sa unang yugto, papalitan ng BAe 146 ang isa sa apat na makina ng XNUMX MW electric motor. Kasunod nito, pinlano na palitan ang pangalawang turbine ng isang de-koryenteng motor pagkatapos ipakita ang kapanahunan ng system.

Ang Airbus ay magiging responsable para sa pangkalahatang pagsasama gayundin ang hybrid electric propulsion at arkitektura ng pagkontrol ng baterya at ang pagsasama nito sa mga flight control system. Ang Rolls-Royce ang magiging responsable para sa gas turbine engine, XNUMX-megawatt generator at power electronics. Kasama ang Airbus, gagawin din ng Rolls-Royce ang pag-adapt ng mga fan sa umiiral na Siemens nacelle at electric motor. Magbibigay ang Siemens ng XNUMX MW electric motors at isang electronic power controller, gayundin ng inverter, converter at power distribution system.

Maraming mga sentro ng pananaliksik sa buong mundo ang nagtatrabaho sa mga de-koryenteng sasakyang panghimpapawid, kabilang ang NASA, na gumagawa ng X-57 Maxwell. Ang Kitty Hawk electric two-seater air taxi project at marami pang ibang istruktura ng malalaking sentro, kumpanya o maliliit na start-up ay binuo din.

Dahil ang average na habang-buhay ng pampasaherong sasakyang panghimpapawid at kargamento ay humigit-kumulang 21 at 33 taon, ayon sa pagkakabanggit, kahit na ang lahat ng bagong sasakyang panghimpapawid na gagawin bukas ay all-electric, aabutin ng dalawa hanggang tatlong dekada upang i-phase out ang fossil-fuel-powered na sasakyang panghimpapawid.

Kaya hindi ito gagana nang mabilis. Samantala, ang biofuels ay maaaring gumaan ang kapaligiran sa sektor ng aviation. Tumutulong sila na mabawasan ang mga emisyon ng carbon dioxide ng 36-85 porsyento. Sa kabila ng katotohanan na ang mga pinaghalong biofuel para sa mga jet engine ay na-certify noong 2009, ang industriya ng aviation ay hindi nagmamadaling magpatupad ng mga pagbabago. Mayroong ilang mga teknolohikal na hadlang at mga hamon na nauugnay sa pagdadala ng produksyon ng biofuel sa mga antas ng industriya, ngunit ang pangunahing hadlang ay ang presyo - tumatagal ng isa pang sampung taon upang makamit ang pagkakapantay-pantay sa mga fossil fuel.

Hakbang sa hinaharap

Kasabay nito, ang mga lab ay nagtatrabaho sa medyo mas futuristic na mga konsepto ng makina ng sasakyang panghimpapawid. Sa ngayon, halimbawa, ang isang plasma engine ay hindi masyadong makatotohanan, ngunit hindi maitatanggi na ang mga gawaing pang-agham ay bubuo sa isang bagay na kawili-wili at kapaki-pakinabang. Gumagamit ang mga plasma thruster ng kuryente upang lumikha ng mga electromagnetic field. Pinipilit at pinupukaw nila ang isang gas, gaya ng hangin o argon, sa isang plasma—isang mainit, siksik, na-ionized na estado. Ang kanilang pananaliksik ngayon ay humahantong sa ideya ng paglulunsad ng mga satellite sa outer space (ion thrusters). Gayunpaman, nais ni Berkant Goeksel ng Technical University of Berlin at ng kanyang koponan na maglagay ng mga plasma thruster sa mga eroplano.

Ang layunin ng pag-aaral ay bumuo ng isang air-jet plasma engine na maaaring magamit para sa parehong pag-takeoff at high-altitude na mga flight. Ang mga plasma jet engine ay karaniwang idinisenyo upang gumana sa isang vacuum o low pressure na kapaligiran kung saan kinakailangan ang supply ng gas. Gayunpaman, sinubukan ng koponan ni Göksel ang isang aparato na may kakayahang gumana sa hangin sa isang presyon ng isang kapaligiran. "Ang aming mga plasma nozzle ay maaaring umabot sa bilis na hanggang 20 kilometro bawat segundo," sabi ni Göckel sa serye ng kumperensya ng Journal of Physics.

SABER engine sa hypersonic na sasakyan ng hinaharap

Upang magsimula, sinubukan ng koponan ang mga miniature thruster na 80 milimetro ang haba. Para sa isang maliit na sasakyang panghimpapawid, ito ay magiging hanggang sa isang libo ng kung ano ang itinuturing ng koponan na posible. Ang pinakamalaking limitasyon, siyempre, ay ang kakulangan ng magaan na mga baterya. Isinasaalang-alang din ng mga siyentipiko ang hybrid na sasakyang panghimpapawid, kung saan ang plasma engine ay isasama sa mga internal combustion engine o mga rocket.

Kapag pinag-uusapan natin ang mga makabagong konsepto ng jet engine, huwag nating kalimutan ang SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) na binuo ng Reaction Engines Limited. Ipinapalagay na ito ay isang makina na tumatakbo kapwa sa atmospera at sa vacuum, na tumatakbo sa likidong hydrogen. Sa paunang yugto ng paglipad, ang oxidizer ay magiging hangin mula sa kapaligiran (tulad ng sa mga maginoo na jet engine), at mula sa taas na 26 km (kung saan ang barko ay umabot sa bilis na 5 milyong taon) - likidong oxygen. Pagkatapos lumipat sa rocket mode, aabot ito sa bilis na hanggang Mach 25.

Ang HorizonX, ang investment arm ng Boeing na kasangkot sa proyekto, ay hindi pa nakapagpapasya kung paano ito magagamit ng SABER, maliban sa inaasahan nitong "gumamit ng rebolusyonaryong teknolohiya upang matulungan ang Boeing sa paghahanap nito para sa supersonic na paglipad."

Ang RAMJET at scramjet (supersonic jet engine na may combustion chamber) ay matagal nang nasa labi ng mga tagahanga ng high-speed aviation. Sa kasalukuyan, ang mga ito ay binuo pangunahin para sa mga layuning militar. Gayunpaman, tulad ng itinuturo ng kasaysayan ng aviation, ang susuriin sa hukbo ay mapupunta sa civil aviation. Ang kailangan lang ay kaunting pasensya.

Rolls Royce Intelligent Engine Video:

Rolls-Royce | Innovation sa IntelligentEngine