Жылдамырақ, тынышырақ, тазарақ - жаңа ұшақ қозғалтқышы

Авиацияда көп нәрсені өзгерту үшін жаңа винттерді, футуристік конструкцияларды немесе ғарыштық материалдарды іздеудің қажеті жоқ екен. Салыстырмалы түрде қарапайым механикалық беріліс қорабын пайдалану жеткілікті ...

Бұл соңғы жылдардағы ең маңызды жаңалықтардың бірі. Редукторлы турбожелдеткіш қозғалтқыштар (GTF) компрессор мен желдеткіштің әртүрлі жылдамдықта айналуына мүмкіндік береді. Желдеткіш жетегі желдеткіш білігімен бірге айналады, бірақ желдеткіш қозғалтқышын төмен қысымды компрессор мен турбинадан бөледі. Желдеткіш баяу жылдамдықпен айналады, ал компрессор мен төмен қысымды турбина жоғары жылдамдықпен жұмыс істейді. Әрбір қозғалтқыш модулі оңтайлы тиімділікпен жұмыс істей алады. 20 жылдық ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарға жұмсалған шамамен 1000 миллиард доллардан кейін Pratt & Whitney PurePower PW2016G турбовентиляторы бірнеше жыл бұрын жұмыс істей бастады және XNUMX жылдан бастап коммерциялық ұшақтарға жаппай енгізілді.

Заманауи турбожелдеткіш қозғалтқыштар екпіні екі жолмен жасайды. Біріншіден, компрессорлар мен жану камерасы оның өзегінде орналасқан. Алдыңғы жағында желдеткіш бар, ол өзегімен қозғалады, ауаны қозғалтқыш өзегінің айналасындағы айналма камералар арқылы бағыттайды. Айналым коэффициенті - өзек арқылы өтетін ауа мөлшерінің одан өтетін ауа мөлшеріне қатынасы. Жалпы алғанда, жоғары айналу коэффициенті тыныш, тиімдірек және қуатты қозғалтқыштарды білдіреді. Кәдімгі турбожелдеткіш қозғалтқыштардың айналып өту коэффициенті 9-дан 1-ге дейін. Pratt PurePower GTF қозғалтқыштарының айналып өту коэффициенті 12-ден 1-ге дейін.

Айналып өту коэффициентін арттыру үшін қозғалтқыш өндірушілері желдеткіш қалақтарының ұзындығын арттыруы керек. Дегенмен, ұзартылған кезде, пышақтың соңында алынған айналу жылдамдықтары соншалықты жоғары болады, бұл қажетсіз дірілдер пайда болады. Баяулау үшін сізге желдеткіш қалақтары қажет, беріліс қорабы осы үшін. Pratt & Whitney мәліметтері бойынша мұндай қозғалтқыш 16 пайызға дейін жоғары болуы мүмкін. тамаша отын үнемдеу және 50 пайыз. шығарындылары азырақ және 75 пайызды құрайды. тыныш. Жақында SWISS және Air Baltic GTF C сериялы реактивті қозғалтқыштары өндіруші уәде еткеннен де аз жанармай тұтынатынын хабарлады.

Өндіріс желісіндегі PW1100G-JM қозғалтқышы

TIME журналы PW1000G қозғалтқышын 50 жылдың ең маңызды 2011 өнертабыстарының бірі және ең экологиялық таза алты өнертабыстың бірі деп атады, өйткені Pratt & Whitney PurePower қолданыстағы реактивті қозғалтқыштарға қарағанда таза, үнсіз, қуаттырақ және отын аз жұмсайтын етіп жасалған. 2016 жылы Delta Air Lines компаниясының сол кездегі президенті Ричард Андерсон қозғалтқышты Boeing Dreamliner композиттік құрылысты төңкергеннен кейінгі «бірінші шынайы жаңалық» деп атады.

Шығарындыларды үнемдеу және азайту

Коммерциялық авиация секторы жыл сайын 700 миллион тоннадан астам көмірқышқыл газын шығарады. Бұл шамамен 2 пайыз болса да. жаһандық көмірқышқыл газының шығарындылары, авиакеросиндегі парниктік газдар жоғары биіктікте шығарылатындықтан, атмосфераға көбірек әсер ететіндігі туралы деректер бар.

Негізгі қозғалтқыш өндірушілер жанармай үнемдеуге және шығарындыларды азайтуға ұмтылады. Pratt бәсекелесі CFM International жақында LEAP деп аталатын өзінің жетілдірілген қозғалтқышын ұсынды, компания өкілдері басқа шешімдер есебінен редукторлы турбожелдеткішке ұқсас нәтиже береді дейді. CFM дәстүрлі турбожелдеткіш сәулетінде бірдей артықшылықтарға қосымша салмақсыз және күштік қондырғының кедергісінсіз қол жеткізуге болады деп мәлімдейді. LEAP жеңіл композициялық материалдар мен көміртекті талшықты желдеткіш қалақтарды пайдаланады, бұл компания Pratt & Whitney қозғалтқышымен салыстыруға болатын энергия тиімділігін арттыруға қол жеткізеді.

Бүгінгі күні A320neo үшін Airbus қозғалтқыштарына тапсырыстар CFM және Pratt & Whitney арасында шамамен біркелкі бөлінген. Өкінішке орай, соңғы компания үшін PurePower қозғалтқыштары пайдаланушылар үшін қиындықтар туғызуда. Біріншісі осы жылы Qatar Airways Airbus A320neo-да GTF қозғалтқыштарының біркелкі салқындауы тіркелген кезде пайда болды. Біркелкі емес салқындату бөлшектердің деформациясы мен үйкелісіне әкелуі мүмкін және сонымен бірге ұшулар арасындағы уақытты арттырады. Нәтижесінде әуе компаниясы қозғалтқыштар пайдалану талаптарына сай емес деген қорытындыға келді. Көп ұзамай Үндістанның авиациялық билігі PurePower GTF қозғалтқыштарымен жұмыс істейтін 11 Airbus A320neo ұшағының ұшуын тоқтатты. Economic Times газетінің хабарлауынша, бұл шешім Airbus GTF ұшағы екі апта ішінде үш қозғалтқыш істен шыққаннан кейін қабылданған. Пратт пен Уитни бұл қиындықтарды жеңілдетіп, оларды жеңу оңай екенін айтады.

Airbus электронды желдеткіші

Ұшақ қозғалтқыштары саласындағы тағы бір алпауыт Rolls-Royce 2025 жылға қарай үлкен турбожелдеткіштердегі отын шығынын 25%-ға азайтатын өзінің Power Gearbox-ын жасауда. белгілі Trent қозғалтқыш диапазонының ескі үлгілерімен салыстырғанда. Бұл, әрине, жаңа Pratt & Whitney дизайн байқауын білдіреді.

Британдықтар инновацияның басқа түрлері туралы да ойлануда. Жақында өткен Singapore Airshow кезінде Rolls-Royce IntelligentEngine бастамасын іске қосты, ол бір-бірімен және қолдау желісі арқылы байланысу мүмкіндігі арқылы қауіпсіз және тиімдірек интеллектуалды ұшақ қозғалтқыштарын дамытуға бағытталған. Қозғалтқышпен және қызмет көрсету экожүйесінің басқа бөліктерімен үздіксіз екі жақты байланысты қамтамасыз ету арқылы қозғалтқыш ақаулар пайда болғанға дейін оларды шеше алады және өнімділікті жақсарту жолын үйренеді. Олар сондай-ақ өз жұмысының және басқа қозғалтқыштардың тарихынан сабақ алады, және жалпы алғанда, олар тіпті жолда жөндеуге тура келеді.

Дискіге жақсырақ батареялар қажет

Еуропалық комиссияның 2050 жылға арналған авиациялық көзқарасы CO шығарындыларын азайтуды талап етеді.₂ 75 пайызға, азот оксидтері 90 пайызға. және шуды 65 пайызға. Қолданыстағы технологиялармен оларға қол жеткізу мүмкін емес. Қазіргі уақытта электрлік және гибридті электр қозғалтқыш жүйелері осы қиындықтарға жауап беретін ең перспективалы технологиялардың бірі ретінде қарастырылады.

Нарықта екі орынды электрлік жеңіл ұшақтар бар. Төрт орындық гибридті электрлі көліктер көкжиекте. NASA 20-жылдардың басында бұл қысқа қашықтыққа, тоғыз орынды лайнер авиациялық қызметтерді кішігірім қауымдастықтарға қайтарады деп болжайды. Еуропада да, АҚШ-та да ғалымдар 2030 жылға қарай сыйымдылығы 100 орынға дейін жететін гибридті-электрлік ұшақ құрастыруға болады деп есептейді. Дегенмен, энергияны сақтау саласында айтарлықтай ілгерілеушілік қажет болады.

Қазіргі уақытта батареялардың энергия тығыздығы жеткіліксіз. Дегенмен, мұның бәрі өзгеруі мүмкін. Tesla басшысы Илон Маск аккумуляторлар килограмына 400 ватт-сағат өндіруге қабілетті болғанда және ұяшық қуатының жалпы салмаққа қатынасы 0,7-0,8 болғанда, электр трансконтинентальды әуе лайнері «қиын балама» болатынын айтты. Литий-иондық аккумуляторлар 113 жылы 1994 Вт/кг, 202 жылы 2004 Вт/кг энергия тығыздығына қол жеткізе алғанын және қазір шамамен 300 Вт/кг-ға жете алатынын ескере отырып, келесі онжылдықта олар 400 Вт/кг деңгейіне жетеді.

Kitty Hawk екі орынды электрлік әуе такси жобасы

Жақында Airbus, Rolls-Royce және Siemens компаниялары E-Fan X ұшатын демонстрациясын жасау үшін серіктестік құрды, бұл коммерциялық ұшақтардың гибридті-электрлік қозғағышында алға маңызды қадам болады. E-Fan X гибридті электр технологиясының көрсетілімі күтілуде -Fan X 2020 жылы жерүсті сынақ науқанынан кейін ұшады. Бірінші кезеңде BAe 146 төрт қозғалтқыштың бірін XNUMX МВт электр қозғалтқышымен ауыстырады. Кейіннен жүйенің жетілгендігін көрсеткеннен кейін екінші турбинаны электр қозғалтқышына ауыстыру жоспарлануда.

Airbus жалпы интеграцияға, сондай-ақ гибридті электр қозғалтқышы мен батареяны басқару архитектурасына және оның ұшуды басқару жүйелерімен интеграциясына жауап береді. Rolls-Royce газ турбиналы қозғалтқыш, XNUMX мегаватт генератор және қуат электроникасына жауапты болады. Airbus-пен бірге Rolls-Royce желдеткіштерді қолданыстағы Siemens нацелласына және электр қозғалтқышына бейімдеумен айналысады. Siemens XNUMX МВт электр қозғалтқыштары мен электронды қуат реттегішін, сондай-ақ инверторды, түрлендіргішті және қуат тарату жүйесін жеткізеді.

Дүние жүзіндегі көптеген зерттеу орталықтары X-57 Максвелл құрастырып жатқан NASA-ны қоса алғанда, электрлік ұшақтармен жұмыс істеуде. Kitty Hawk электрлік екі орындық әуе такси жобасы және ірі орталықтардың, компаниялардың немесе шағын стартаптардың көптеген басқа құрылымдары әзірленуде.

Жолаушылар және жүк ұшақтарының орташа қызмет ету мерзімі сәйкесінше 21 және 33 жыл шамасында екенін ескерсек, ертең шығарылатын барлық жаңа ұшақтар толығымен электрлік болса да, қазба отынымен жұмыс істейтін ұшақтарды кезең-кезеңімен шығаруға екі-үш онжылдық қажет болады.

Сондықтан ол тез жұмыс істемейді. Сонымен қатар, биоотын авиация саласындағы қоршаған ортаны жеңілдетеді. Олар көмірқышқыл газының шығарындыларын 36-85 пайызға азайтуға көмектеседі. Реактивті қозғалтқыштарға арналған биоотын қоспалары 2009 жылы сертификатталғанына қарамастан, авиация саласы өзгерістер енгізуге асықпайды. Биоотын өндірісін өнеркәсіптік деңгейге жеткізуге байланысты технологиялық кедергілер мен қиындықтар аз, бірақ басты тежеу ​​факторы баға болып табылады – қазба отындарымен тепе-теңдікке жету үшін тағы он жыл қажет.

Болашаққа қадам жасаңыз

Сонымен қатар, зертханалар ұшақ қозғалтқыштарының біршама футуристік тұжырымдамаларымен жұмыс істейді. Әзірге, мысалы, плазмалық қозғалтқыштың дыбысы өте шынайы емес, бірақ ғылыми жұмыстардың қызықты және пайдалы нәрсеге айналатынын жоққа шығаруға болмайды. Плазмалық итергіштер электромагниттік өрістерді құру үшін электр энергиясын пайдаланады. Олар ауа немесе аргон сияқты газды қысып, плазмаға — ыстық, тығыз, иондалған күйге келтіреді. Олардың зерттеулері енді ғарыш кеңістігіне спутниктерді (иондық итергіштер) ұшыру идеясына әкеледі. Дегенмен, Берлин техникалық университетінің қызметкері Беркант Гексель және оның командасы ұшақтарға плазмалық қозғалтқыштарды орнатқысы келеді.

Зерттеудің мақсаты – ұшып көтерілу үшін де, биіктіктегі ұшулар үшін де пайдалануға болатын әуе реактивті плазмалық қозғалтқышты жасау. Плазмалық ағындар әдетте газбен жабдықтау қажет болатын вакуумда немесе төмен қысымды атмосферада жұмыс істеуге арналған. Дегенмен, Гөкселдің командасы бір атмосфера қысымында ауада жұмыс істей алатын құрылғыны сынақтан өткізді. «Біздің плазмалық саптамалар секундына 20 шақырым жылдамдыққа жетеді», - дейді Гөккел «Журнал физикасы» конференциялар сериясында.

SABER қозғалтқышы болашақтың гипер дыбыстық көлігінде

Бастау үшін команда ұзындығы 80 миллиметрлік миниатюралық қозғалтқыштарды сынады. Шағын ұшақ үшін бұл команда мүмкін деп санайтын мыңға дейін болады. Ең үлкен шектеу, әрине, жеңіл батареялардың болмауы. Ғалымдар сонымен қатар плазмалық қозғалтқыш іштен жанатын қозғалтқыштармен немесе зымыранмен біріктірілетін гибридті ұшақтарды қарастыруда.

Инновациялық реактивті қозғалтқыш тұжырымдамалары туралы айтатын болсақ, Reaction Engines Limited әзірлеген SABER (Synergistic Air-Reathing Rocket Engine) туралы ұмытпайық. Бұл атмосферада да, вакуумда да жұмыс істейтін, сұйық сутегімен жұмыс істейтін қозғалтқыш болады деп болжануда. Ұшудың бастапқы кезеңінде тотықтырғыш атмосферадан келетін ауа (кәдімгі реактивті қозғалтқыштардағы сияқты), ал 26 км биіктіктен (кеменің жылдамдығы 5 миллион жылға жетеді) - сұйық оттегі болады. Зымыран режиміне ауысқаннан кейін ол 25 Mach-қа дейін жылдамдыққа жетеді.

HorizonX, Boeing-тің жобаға қатысатын инвестициялық бөлімшесі, SABER оны қалай пайдалана алатынын әлі шешкен жоқ, тек ол «Боингке дыбыстан жылдам ұшуға көмектесу үшін революциялық технологияны пайдаланады» деп күтеді.

RAMJET және scramjet (жану камерасы бар дыбыстан жоғары реактивті қозғалтқыш) жоғары жылдамдықты авиация әуесқойларының аузында бұрыннан бар. Қазіргі уақытта олар негізінен әскери мақсатта әзірленген. Дегенмен, авиация тарихы үйреткендей, әскерде не сыналатын болса, азаматтық авиацияға барады. Ол үшін аздап шыдамдылық қажет.

Rolls Royce интеллектуалды қозғалтқышының бейнесі:

Rolls-Royce | IntelligentEngine жүйесіндегі инновация