Ավելի արագ, ավելի հանգիստ, ավելի մաքուր՝ ինքնաթիռի նոր շարժիչ

Պարզվում է, որ ավիացիայի մեջ շատ բան փոխելու համար հարկավոր չէ փնտրել նոր պտուտակներ, ֆուտուրիստական ​​դիզայն կամ տիեզերական նյութեր: Բավական է օգտագործել համեմատաբար պարզ մեխանիկական փոխանցման տուփ...

Սա վերջին տարիների ամենակարեւոր նորամուծություններից է։ Տուրբոֆան (GTF) շարժիչները թույլ են տալիս կոմպրեսորին և օդափոխիչին պտտվել տարբեր արագություններով: Օդափոխիչի շարժիչ հանդերձանքը պտտվում է օդափոխիչի լիսեռով, բայց օդափոխիչի շարժիչը բաժանում է ցածր ճնշման կոմպրեսորից և տուրբինից: Օդափոխիչը պտտվում է ավելի ցածր արագությամբ, մինչդեռ կոմպրեսորը և ցածր ճնշման տուրբինն աշխատում են ավելի բարձր արագությամբ: Յուրաքանչյուր շարժիչի մոդուլ կարող է աշխատել օպտիմալ արդյունավետությամբ: 20 տարվա հետազոտությունից և մշակումից հետո և մոտ 1000 միլիարդ դոլար հետազոտության և զարգացման ծախսերից հետո, Pratt & Whitney PurePower PW2016G տուրբոֆան շարժիչների ընտանիքը պատրաստ էր ծառայության մի քանի տարի առաջ և լայնորեն ընդունվել է առևտրային ինքնաթիռներում XNUMX թվականից:

Ժամանակակից տուրբոֆան շարժիչները մղում են արտադրում երկու եղանակով. Նախ, կոմպրեսորները և այրման պալատը գտնվում են դրա միջուկում: Առջևում տեղադրված է օդափոխիչ, որը միջուկի միջոցով մղում է օդը շարժիչի միջուկի շուրջ գտնվող շրջանցիկ խցիկներով: Շրջանցման հարաբերակցությունը միջուկով անցնող օդի քանակի հարաբերակցությունն է դրա միջով անցնող օդի քանակին: Ընդհանուր առմամբ, շրջանցման ավելի բարձր գործակիցները նշանակում են ավելի անաղմուկ, ավելի արդյունավետ և ավելի հզոր շարժիչներ: Սովորական տուրբոֆան շարժիչներն ունեն 9-ից 1-ի շրջանցման հարաբերակցությունը: Pratt PurePower GTF շարժիչներն ունեն 12-ից 1-ի շրջանցման հարաբերակցություն:

Շրջանցման գործակիցը մեծացնելու համար շարժիչի արտադրողները պետք է մեծացնեն օդափոխիչի շեղբերների երկարությունը: Այնուամենայնիվ, երբ երկարացվի, սայրի ծայրում ձեռք բերված պտտման արագությունները այնքան բարձր կլինեն, որ անցանկալի թրթռումներ տեղի կունենան: Ձեզ անհրաժեշտ են օդափոխիչի շեղբեր արագությունը դանդաղեցնելու համար, և հենց դրա համար է նախատեսված փոխանցումատուփը: Pratt & Whitney-ի տվյալներով՝ նման շարժիչը կարող է հասնել 16 տոկոսի։ վառելիքի ավելի մեծ խնայողություն և 50 տոկոս: 75 տոկոսով պակաս արտանետումներ: հանգիստ. Վերջերս SWISS-ը և Air Baltic-ը հայտարարեցին, որ իրենց GTF C շարքի ռեակտիվ շարժիչները սպառում են նույնիսկ ավելի քիչ վառելիք, քան խոստանում է արտադրողը:

PW1100G-JM շարժիչը արտադրության գծում

TIME ամսագիրը PW1000G շարժիչն անվանել է 50 թվականի 2011 ամենակարևոր գյուտերից և վեց ամենականաչ գյուտերից մեկը, քանի որ Pratt & Whitney PurePower-ը նախատեսված է ավելի մաքուր, անաղմուկ, հզոր և ավելի քիչ վառելիք օգտագործելու համար, քան գոյություն ունեցող ռեակտիվ շարժիչները: 2016-ին Ռիչարդ Անդերսոնը, որն այն ժամանակ Delta Air Lines-ի նախագահն էր, շարժիչն անվանեց «առաջին իսկական նորամուծությունը» այն բանից հետո, երբ Boeing-ի Dreamliner-ը հեղափոխեց կոմպոզիտային շինարարությունը:

Խնայողությունների և արտանետումների կրճատում

Առևտրային ավիացիոն ոլորտը տարեկան արտանետում է ավելի քան 700 միլիոն տոննա ածխաթթու գազ։ Չնայած սա ընդամենը մոտ 2 տոկոս է։ գլոբալ ածխաթթու գազի արտանետումները, կան ապացույցներ, որ ավիավառելիքի ջերմոցային գազերն ավելի մեծ ազդեցություն ունեն մթնոլորտի վրա, քանի որ դրանք արտանետվում են ավելի բարձր բարձրություններում:

Շարժիչների խոշոր արտադրողները ձգտում են խնայել վառելիքը և նվազեցնել արտանետումները: Pratt-ի մրցակից CFM International-ը վերջերս ներկայացրեց իր սեփական առաջադեմ շարժիչը, որը կոչվում է LEAP, որը ընկերության պաշտոնյաների խոսքով, նմանատիպ արդյունքներ է տալիս փոխանցվող տուրբոֆանին՝ այլ լուծումների հաշվին: CFM-ը պնդում է, որ ավանդական տուրբոֆան ճարտարապետության դեպքում նույն առավելությունները կարելի է ձեռք բերել առանց շարժիչի ավելացված քաշի և ձգողականության: LEAP-ն օգտագործում է թեթև կոմպոզիտային նյութեր և ածխածնային մանրաթելից օդափոխիչի շեղբեր՝ էներգաարդյունավետության բարելավումների հասնելու համար, որոնք ընկերության կարծիքով համեմատելի են Pratt & Whitney շարժիչով ձեռք բերվածների հետ:

Մինչ օրս Airbus-ի շարժիչների պատվերները A320neo-ի համար մոտավորապես հավասարապես բաշխվում են CFM-ի և Pratt & Whitney-ի միջև: Ցավոք, վերջին ընկերության համար, PurePower շարժիչները խնդիրներ են առաջացնում օգտվողների համար: Առաջինը հայտնվել է այս տարի, երբ Qatar Airways-ի Airbus A320neo-ում GTF շարժիչների անհավասար սառեցում է գրանցվել։ Անհավասար սառեցումը կարող է հանգեցնել մասերի դեֆորմացման և շփման, և միևնույն ժամանակ մեծացնել թռիչքների միջև ընկած ժամանակահատվածը: Արդյունքում ավիաընկերությունը եզրակացրեց, որ շարժիչները չեն համապատասխանում գործառնական պահանջներին։ Շուտով Հնդկաստանի ավիացիոն իշխանությունները կանգնեցրին 11 Airbus A320neo ինքնաթիռներ, որոնք աշխատում էին PurePower GTF շարժիչներով: Որոշումն ընդունվել է այն բանից հետո, երբ Airbus GTF-ով աշխատող ինքնաթիռը երկու շաբաթվա ընթացքում երեք անգամ շարժիչի խափանում է ունեցել, հաղորդում է Economic Times-ը: Pratt & Whitney-ն նսեմացնում է այս մարտահրավերները՝ ասելով, որ դրանք հեշտ է հաղթահարել:

Airbusa էլեկտրոնային օդափոխիչ

Ինքնաթիռների շարժիչների մեկ այլ հսկա՝ Rolls-Royce-ը, մշակում է սեփական Power Gearbox, որը մինչև 2025 թվականը 25%-ով կնվազեցնի վառելիքի սպառումը մեծ տուրբոֆան շարժիչներում: համեմատած Trent-ի հայտնի շարժիչների շարքի հին մոդելների հետ: Սա, իհարկե, նշանակում է Pratt & Whitney դիզայնի նոր մրցույթ:

Բրիտանացիները մտածում են այլ տեսակի նորարարությունների մասին։ Վերջերս Սինգապուրի ավիաշոուի ժամանակ Rolls-Royce-ը մեկնարկեց IntelligentEngine նախաձեռնությունը, որի նպատակն է զարգացնել ինքնաթիռների խելացի շարժիչներ, որոնք ավելի անվտանգ և արդյունավետ են՝ միմյանց հետ շփվելու և տեխնիկական աջակցության ցանցի միջոցով: Շարժիչի և սպասարկման էկոհամակարգի այլ մասերի հետ շարունակական երկկողմանի հաղորդակցություն ապահովելով, շարժիչը կարող է լուծել խնդիրները նախքան դրանք առաջանալը և սովորել բարելավել աշխատանքը: Նրանք նաև դասեր կքաղեին իրենց աշխատանքի և այլ շարժիչների պատմությունից և, մեծ հաշվով, նույնիսկ պետք է վերանորոգվեին իրենց թռիչքի ժամանակ։

Էլեկտրական շարժիչը ավելի լավ մարտկոցների կարիք ունի

Եվրոպական հանձնաժողովի Aviation Vision 2050-ում խոսվում է CO արտանետումների կրճատման մասին:₂ 75 տոկոսով, ազոտի օքսիդները՝ 90 տոկոսով: իսկ աղմուկը՝ 65 տոկոսով։ Դրանց հնարավոր չէ հասնել՝ օգտագործելով առկա տեխնոլոգիաները։ Էլեկտրական և հիբրիդ-էլեկտրական ուժային ագրեգատները ներկայումս համարվում են այս մարտահրավերներին դիմակայելու ամենահեռանկարային տեխնոլոգիաներից մեկը:

Շուկայում կան երկտեղանոց էլեկտրական թեթև ինքնաթիռներ։ Չորս տեղանոց հիբրիդ-էլեկտրական մեքենաները հորիզոնում են։ ՆԱՍԱ-ն կանխատեսում է, որ կարճ հեռավորության վրա գտնվող, ինը տեղանոց այս տեսակի ինքնաթիռները 20-ականների սկզբին կվերադարձնեն ավիացիոն ծառայությունները փոքր համայնքներ: Ե՛վ Եվրոպայում, և՛ ԱՄՆ-ում գիտնականները կարծում են, որ մինչև 2030 թվականը հնարավոր է հիբրիդ-էլեկտրական ինքնաթիռ կառուցել մինչև 100 նստատեղով։ Այնուամենայնիվ, էներգիայի պահպանման հարցում զգալի առաջընթաց կպահանջվի:

Ներկայումս մարտկոցների էներգիայի խտությունը պարզապես բավարար չէ։ Այնուամենայնիվ, այս ամենը կարող է փոխվել։ Tesla-ի ղեկավար Իլոն Մասկը ասել է, որ երբ մարտկոցները կարողանան արտադրել 400 վտ/ժ մեկ կիլոգրամի դիմաց, իսկ բջջի հզորությունը ընդհանուր քաշի հարաբերակցությունը 0,7-0,8 լինի, էլեկտրական անդրմայրցամաքային ինքնաթիռը կդառնա «բարդ այլընտրանք»: Հաշվի առնելով, որ լիթիում-իոնային մարտկոցները կարողացել են հասնել 113 Վտ/կգ էներգիայի խտության 1994 թվականին, 202 Վտժ/կգ 2004 թվականին և այժմ կարող են հասնել մոտ 300 Վտ/կգ, կարելի է ենթադրել, որ դրանք կհասնեն մակարդակների հաջորդ տասնամյակը 400 Wh/kg:

Kitty Hawk էլեկտրական երկտեղանի օդային տաքսի նախագիծ

Airbus-ը, Rolls-Royce-ը և Siemens-ը վերջերս համագործակցեցին E-Fan X թռչող ցուցադրիչի մշակման համար, որը զգալի առաջընթաց կներկայացնի կոմերցիոն ինքնաթիռների հիբրիդային-էլեկտրական շարժիչի մեջ: Ակնկալվում է, որ E-Fan X-ի հիբրիդային էլեկտրական տեխնոլոգիան կցուցադրվի: Fan X-ը կթռչի 2020 թվականին՝ ցամաքային համապարփակ փորձարկման արշավից հետո: Առաջին փուլում BAe 146-ն իր չորս շարժիչներից մեկը կփոխարինի երկու մեգավատ հզորությամբ էլեկտրական շարժիչով։ Հետագայում նախատեսվում է համակարգի հասունությունը ցույց տալուց հետո երկրորդ տուրբինը փոխարինել էլեկտրական շարժիչով։

Airbus-ը պատասխանատու կլինի ընդհանուր ինտեգրման, ինչպես նաև հիբրիդային էլեկտրահաղորդման և մարտկոցների կառավարման ճարտարապետության, ինչպես նաև թռիչքների կառավարման համակարգերի հետ դրա ինտեգրման համար: Rolls-Royce-ը պատասխանատու կլինի գազատուրբինային շարժիչի, երկու մեգավատ հզորությամբ գեներատորի և ուժային էլեկտրոնիկայի համար։ Rolls-Royce-ը նաև կաշխատի Airbus-ի հետ՝ երկրպագուները հարմարեցնելու Siemens-ի գոյություն ունեցող նաշելին և էլեկտրական շարժիչին: Siemens-ը կմատակարարի երկու մեգավատ հզորությամբ էլեկտրական շարժիչները և էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնային կարգավորիչը, ինչպես նաև ինվերտորը, փոխարկիչը և էլեկտրաէներգիայի բաշխման համակարգը:

Աշխարհի բազմաթիվ հետազոտական ​​կենտրոններ աշխատում են էլեկտրական ինքնաթիռների վրա, այդ թվում՝ ՆԱՍԱ-ն, որը կառուցում է X-57 Maxwell-ը: Նախագիծ է մշակվում նաև Kitty Hawk էլեկտրական երկտեղանի օդային տաքսիի և խոշոր կենտրոնների, ընկերությունների կամ փոքր ստարտափների բազմաթիվ այլ կառույցների համար։

Հաշվի առնելով, որ մարդատար և բեռնատար ինքնաթիռների կյանքի միջին տևողությունը համապատասխանաբար կազմում է մոտ 21 և 33 տարի, նույնիսկ եթե վաղը արտադրված բոլոր նոր ինքնաթիռները լինեին ամբողջովին էլեկտրական, ապա երկու-երեք տասնամյակ կպահանջվեր հանածո վառելիքով աշխատող ինքնաթիռների հեռացման համար:

Այսպիսով, դա արագ չի աշխատի: Միևնույն ժամանակ, կենսավառելիքը կարող է բարելավել շրջակա միջավայրը ավիացիոն ոլորտում։ Դրանք օգնում են նվազեցնել ածխաթթու գազի արտանետումները 36-85 տոկոսով: Չնայած այն հանգամանքին, որ ռեակտիվ շարժիչների համար կենսավառելիքի խառնուրդները հավաստագրվել են դեռևս 2009 թվականին, ավիացիոն արդյունաբերությունը չի շտապում փոփոխություններ իրականացնել: Կենսավառելիքի արտադրությունը արդյունաբերական մակարդակի հասցնելու համար քիչ տեխնոլոգիական խոչընդոտներ և մարտահրավերներ կան, սակայն հիմնական սահմանափակող գործոնը ծախսն է. ևս տասը տարի է պահանջվում հանածո վառելիքի հավասարության հասնելու համար:

Քայլ դեպի ապագա

Միևնույն ժամանակ, լաբորատորիաներն աշխատում են ինքնաթիռի շարժիչների մի փոքր ավելի ֆուտուրիստական ​​գաղափարների վրա: Մինչ այժմ, օրինակ, պլազմային շարժիչը այնքան էլ իրատեսական չի հնչում, բայց չի կարելի բացառել, որ գիտական ​​աշխատանքները կվերածվեն հետաքրքիր և օգտակար բանի։ Պլազմային շարժիչներն օգտագործում են էլեկտրաէներգիա՝ էլեկտրամագնիսական դաշտեր ստեղծելու համար։ Նրանք սեղմում և գրգռում են գազը, օրինակ՝ օդը կամ արգոնը, վերածելով պլազմայի՝ տաք, խիտ, իոնացված վիճակի։ Նրանց հետազոտությունն այժմ հանգեցնում է արտաքին տիեզերքում արբանյակների արձակման գաղափարին (իոնային շարժիչ): Այնուամենայնիվ, Բերկանտ Գյոքսելը Բեռլինի տեխնիկական համալսարանից և նրա թիմը ցանկանում են ինքնաթիռների վրա պլազմային շարժիչներ տեղադրել:

Հետազոտության նպատակն է զարգացնել օդը շնչող պլազմային շարժիչ, որը կարող է օգտագործվել ինչպես թռիչքի, այնպես էլ բարձր բարձրության վրա թռիչքների համար: Պլազմային ռեակտիվ շարժիչները սովորաբար նախատեսված են վակուումային կամ ցածր ճնշման մթնոլորտում աշխատելու համար, որտեղ պահանջվում է գազի մատակարարում: Այնուամենայնիվ, Հոկսելի թիմը փորձարկեց մի սարք, որը կարող էր գործել օդում մեկ մթնոլորտի ճնշման ներքո: «Մեր պլազմային վարդակները կարող են հասնել վայրկյանում մինչև 20 կիլոմետր արագության», - ասում է Գոքսելը Journal of Physics կոնֆերանսների շարքում:

SABER շարժիչը ապագայի հիպերձայնային մեքենայի մեջ

Սկզբից թիմը փորձարկել է 80 միլիմետր երկարությամբ մանրանկարչություն: Փոքր ինքնաթիռի համար սա կկազմի մինչև հազարը, ինչ թիմը կարծում է, որ հնարավոր է: Ամենամեծ սահմանափակումը, իհարկե, թեթև մարտկոցների բացակայությունն է։ Գիտնականները նաև դիտարկում են հիբրիդային ինքնաթիռներ, որոնք կհամատեղեն պլազմային շարժիչը ներքին այրման շարժիչների կամ հրթիռների հետ:

Երբ մենք խոսում ենք ռեակտիվ շարժիչների նորարարական գաղափարների մասին, մենք չենք կարող մոռանալ SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) շարժիչը, որը մշակվել է Reaction Engines Limited-ի կողմից: Ակնկալվում է, որ սա կլինի ինչպես մթնոլորտում, այնպես էլ վակուումում աշխատող շարժիչ, որը սնուցվում է հեղուկ ջրածնով: Թռիչքի սկզբնական փուլում օքսիդիչը կլինի օդը մթնոլորտից (ինչպես սովորական ռեակտիվ շարժիչներում), իսկ 26 կմ բարձրությունից (որտեղ նավը հասնում է 5 միլիոն տարվա արագության)՝ հեղուկ թթվածին։ Հրթիռային ռեժիմին անցնելուց հետո այն կհասնի մինչև 25 մախ արագության։

HorizonX-ը՝ Boeing-ի ներդրումային ստորաբաժանումը, որը ներգրավված է նախագծում, դեռ չի որոշել, թե ինչպես կարող է SABER-ը օգտագործել այն, բացի այն, որ ակնկալում է «օգտագործել բեկումնային տեխնոլոգիա՝ օգնելու Boeing-ին գերձայնային թռիչքի իր որոնումներում»:

Ramjet շարժիչները և scramjet շարժիչները (այրման խցիկով գերձայնային ռեակտիվ շարժիչներ) վաղուց են հայտնվել գերարագ ավիացիայի երկրպագուների շուրթերին: Ներկայումս դրանք մշակվում են հիմնականում ռազմական նպատակներով։ Սակայն, ինչպես սովորեցնում է ավիացիայի պատմությունը, բանակում փորձարկվածը գնալու է քաղավիացիային։ Ընդամենը մի փոքր համբերություն է պահանջվում:

Rolls Royce Intelligent Engine Տեսանյութ.

Rolls-Royce | Նորարարություն IntelligentEngine-ում