Хутчэй, цішэй, чысцей новы авіяцыйны рухавік

Аказваецца, каб шмат што змяніць у авіяцыі, не трэба шукаць новыя шрубы, футурыстычныя канструкцыі або касмічныя матэрыялы. Досыць выкарыстоўваць адносна простую механічную трансмісію…

Гэта адно з найважнейшых новаўвядзенняў апошніх гадоў. Турбавентылятарныя рухавікі з рэдуктарам (GTF) дазваляюць кампрэсару і вентылятару круціцца з рознай хуткасцю. Шасцярня прывада вентылятара круціцца разам з валам вентылятара, але аддзяляе рухавік вентылятара ад кампрэсара нізкага ціску і турбіны. Вентылятар круціцца з меншай хуткасцю, а кампрэсар і турбіна нізкага ціску працуюць з большай хуткасцю. Кожны модуль рухавіка можа працаваць з аптымальнай эфектыўнасцю. Пасля 20 гадоў даследаванняў і распрацовак і затрат на даследаванні і распрацоўкі каля 1000 мільярда долараў сямейства ТРДД Pratt & Whitney PurePower PW2016G было гатова да эксплуатацыі некалькі гадоў таму і з XNUMX года масава ўкараняецца ў камерцыйныя самалёты.

Сучасныя турбавентылятарныя рухавікі ствараюць цягу двума спосабамі. Па-першае, кампрэсары і камера згарання размешчаны ў яго ядры. У перадпакоі часткі знаходзіцца вентылятар, які, прыводны ў дзеянне стрыжнем, накіроўвае паветра праз перепускные камеры вакол стрыжня рухавіка. Каэфіцыент байпаса ўяўляе сабой стаўленне колькасці паветра, які праходзіць праз асяродак, да колькасці паветра, які прайшоў праз яго. У цэлым, больш высокі каэфіцыент двухконтурнасці азначае больш ціхія, больш эфектыўныя і больш магутныя рухавікі. Звычайныя турбовентиляторные рухавікі маюць каэфіцыент двухконтурнасці ад 9 да 1. Рухавікі Pratt PurePower GTF маюць каэфіцыент двухконтурнасці ад 12 да 1.

Каб павялічыць каэфіцыент байпаса, вытворцы рухавікоў павінны павялічыць даўжыню лопасцяў вентылятара. Аднак пры падаўжэнні хуткасці кручэння, якія атрымліваюцца на канцы лопасці, будуць настолькі высокімі, што ўзнікнуць непажаданыя вібрацыі. Вам патрэбныя лопасці вентылятара, каб запаволіць хуткасць, і для гэтага прызначаная каробка перадач. Па дадзеных Pratt \u16 Whitney, такі рухавік можа дасягаць 50 адсоткаў. вялікая эканомія паліва і 75 працэнтаў. менш выкідаў выхлапных газаў і складае на XNUMX працэнтаў. цішэй. Не так даўно SWISS і Air Baltic абвясцілі, што іх рэактыўныя рухавікі GTF C-серыі спажываюць нават менш паліва, чым абяцае вытворца.

Рухавік PW1100G-JM на вытворчай лініі

Часопіс TIME назваў рухавік PW1000G адным з 50 найважнейшых вынаходстваў 2011 года і адным з шасці самых экалагічных вынаходстваў, паколькі Pratt & Whitney PurePower распрацаваны, каб быць чысцей, цішэй, магутней і спажываць менш паліва, чым існуючыя рэактыўныя рухавікі. У 2016 годзе Рычард Андэрсан, тагачасны прэзідэнт Delta Air Lines, назваў рухавік першай сапраўднай інавацыяй з тых часоў, як Dreamliner ад Boeing зрабіў рэвалюцыю ў кампазітнай канструкцыі.

Эканомія і зніжэнне выкідаў

Сектар камерцыйнай авіяцыі штогод выкідвае больш за 700 мільёнаў тон вуглякіслага газу. Хоць гэта ўсяго каля 2 працэнтаў. глабальныя выкіды вуглякіслага газу, ёсць сведчанні таго, што парніковыя газы ў рэактыўным паліве аказваюць большы ўплыў на атмасферу, паколькі яны вызваляюцца на вялікіх вышынях.

Буйныя вытворцы рухавікоў імкнуцца эканоміць паліва і скарачаць выкіды. Канкурэнт Pratt – кампанія CFM International нядаўна прадставіла свой уласны ўдасканалены рухавік пад назвай LEAP, які, па словах афіцыйных асоб кампаніі, забяспечвае аналагічныя вынікі з турбавентылятарам з рэдуктарам за кошт іншых рашэнняў. CFM сцвярджае, што і ў традыцыйнай архітэктуры турбавентылятара тыя ж перавагі могуць быць дасягнуты без дадатковай вагі і супрацівы трансмісіі. LEAP выкарыстоўвае лёгкія кампазітныя матэрыялы і лопасці вентылятара з вугляроднага валакна для дасягнення павышэння энергаэфектыўнасці, якое, па словах кампаніі, параўнальна з тым, што было дасягнута з рухавіком Pratt \uXNUMX Whitney.

На сённяшні дзень замовы на рухавікі Airbus для A320neo прыкладна пароўну размеркаваны паміж CFM і Pratt \u320 Whitney. Нажаль для апошняй кампаніі, рухавікі PurePower выклікаюць праблемы ў карыстачоў. Першыя з'явіліся ў гэтым годзе, калі было зафіксавана нераўнамернае астуджэнне рухавікоў GTF у Airbus A11neo авіякампаніі Qatar Airways. Нераўнамернае астуджэнне можа прывесці да дэфармацыі і трэнню дэталяў, а заадно павялічыць час паміж палётамі. У выніку авіякампанія прыйшла да высновы, што рухавікі не адпавядаюць эксплуатацыйным патрабаванням. Неўзабаве пасля гэтага індыйскія авіяцыйныя ўлады прыпынілі палёты 320 самалётаў Airbus AXNUMXneo з рухавікамі PurePower GTF. Як паведамляе Economic Times, такое рашэнне было прынятае пасля таго, як на працягу двух тыдняў у самалётаў Airbus з рухавікамі GTF тройчы адмовілі рухавікі. Pratt & Whitney прымяншае значэнне гэтых цяжкасцяў, кажучы, што іх лёгка пераадолець.

Электронны вентылятар Airbusa

Яшчэ адзін гігант у вобласці авіярухавікоў, кампанія Rolls-Royce, распрацоўвае ўласную каробку перадач Power Gearbox, якая да 2025 году дазволіць знізіць выдатак паліва ў вялікіх ТРДД на 25%. у параўнанні са старэйшымі мадэлямі вядомай лінейкі рухавікоў Trent. Гэта, вядома, азначае новы конкурс дызайну Pratt \uXNUMX Whitney.

Брытанцы думаюць і пра іншыя віды інавацый. Падчас нядаўняга авіяшоў у Сінгапуры кампанія Rolls-Royce выступіла з ініцыятывай IntelligentEngine, мэтай якой з'яўляецца распрацоўка інтэлектуальных авіяцыйных рухавікоў, якія будуць больш бяспечнымі і эфектыўнымі дзякуючы магчымасці размаўляць адзін з адным і праз сетку тэхнічнай падтрымкі. Забяспечваючы бесперапынную двухбаковую сувязь з рухавіком і іншымі часткамі сэрвіснай экасістэмы, рухавік зможа вырашаць праблемы да іх узнікнення і вучыцца павышаць прадукцыйнасць. Ім бы таксама павучыцца на гісторыі іх працы і іншых рухавікоў, а па вялікім рахунку ім нават прыйшлося б рамантаваць сябе на хаду.

Электрапрываду патрэбныя больш якасныя батарэі

Авіяцыйнае бачанне Еўрапейскай камісіі да 2050 года гаворыць аб скарачэнні выкідаў CO.₂ на 75 працэнтаў, аксідаў азоту на 90 працэнтаў. і шум на 65 працэнтаў. Яны не могуць быць дасягнуты з дапамогай існуючых тэхналогій. Электрычныя і гібрыдна-электрычныя сілавыя ўстаноўкі цяпер разглядаюцца як адна з найбольш перспектыўных тэхналогій для вырашэння гэтых задач.

На рынку ёсць двухмесныя электрычныя лёгкія самалёты. Чатырохмясцовыя гібрыдна-электрычныя машыны ўжо на гарызонце. НАСА прагназуе, што ў пачатку 20-х гадоў блізкамагістральныя дзевяцімясцовыя авіялайнеры гэтага тыпу вернуць авіяцыйныя паслугі ў невялікія супольнасці. І ў Еўропе, і ў ЗША навукоўцы лічаць, што да 2030 года можна пабудаваць гібрыдна-электрычны самалёт умяшчальнасцю да 100 месцаў. Аднак значны прагрэс запатрабуецца ў вобласці захоўвання энергіі.

У наш час шчыльнасці энергіі акумулятараў проста бракуе. Аднак усё гэта можа змяніцца. Бос Tesla Ілон Маск сказаў, што як толькі батарэі будуць здольныя вырабляць 400 ват-гадзін на кілаграм, а стаўленне магутнасці элемента да агульнай вагі складзе 0,7-0,8, электрычны транскантынентальны авіялайнер стане "складанай альтэрнатывай". Улічваючы, што літый-іённыя акумулятары змаглі дасягнуць шчыльнасці энергіі 113 Втч / кг у 1994 г., 202 Втч / кг у 2004 г., а цяпер здольныя дасягнуць каля 300 Втч / кг, можна выказаць здагадку, што на працягу наступнага дзесяцігоддзя яны дасягне 400 Втч/кг.

Праект электрычнага двухмеснага аэратаксі Kitty Hawk

Airbus, Rolls-Royce і Siemens нядаўна заключылі партнёрскую дамову па распрацоўцы лятаючага дэманстратара E-Fan X, які стане значным крокам наперад у гібрыдна-электрычнай сілавой усталёўцы для камерцыйных самалётаў. Чакаецца дэманстрацыя гібрыднай электрычнай тэхналогіі E-Fan X. каб быць -Fan X паляціць у 2020 годзе пасля ўсебаковай кампаніі па наземных выпрабаваннях. На першым этапе BAe 146 заменіць адзін з чатырох рухавікоў двухмегаватным электрарухавіком. У далейшым плануецца замяніць другую турбіну на электрарухавік пасля дэманстрацыі сталасці сістэмы.

Airbus будзе адказваць за агульную інтэграцыю, а таксама за архітэктуру кіравання гібрыднай электрычнай сілавой усталёўкай і батарэямі, а таксама за яе інтэграцыю з сістэмамі кіравання палётам. Rolls-Royce будзе адказваць за газатурбінны рухавік, двухмегаватны генератар і сілавую электроніку. Разам з Airbus Rolls-Royce таксама будзе працаваць над адаптацыяй вентылятараў да існуючай гандоле Siemens і электрарухавіку. Siemens паставіць двухмегаватныя электрарухавікі і электронны рэгулятар магутнасці, а таксама інвертар, пераўтваральнік і сістэму размеркавання электраэнергіі.

Многія даследчыя цэнтры па ўсім свеце працуюць над стварэннем электрычных самалётаў, у тым ліку NASA, якое будуе X-57 Maxwell. Таксама распрацоўваецца праект электрычнага двухмеснага аэратаксі Kitty Hawk і шматлікіх іншых структур буйных цэнтраў, кампаній ці невялікіх стартапаў.

Улічваючы, што сярэдні тэрмін службы пасажырскіх і грузавых самалётаў складае каля 21 і 33 гадоў адпаведна, нават калі ўсе новыя самалёты, якія будуць вырабляцца заўтра, будуць поўнасцю электрычнымі, спатрэбіцца ад двух да трох дзесяцігоддзяў, каб адмовіцца ад самалётаў, якія працуюць на выкапнёвым паліве.

Так што хутка не атрымаецца. Між тым, біяпаліва можа аблегчыць навакольнае асяроддзе ў авіяцыйным сектары. Яны спрыяюць зніжэнню выкідаў вуглякіслага газу на 36-85 працэнтаў. Нягледзячы на ​​тое, што біяпаліўныя сумесі для рэактыўных рухавікоў былі сертыфікаваны яшчэ ў 2009 годзе, авіяпрам не спяшаецца ўкараняць змены. Тэхналагічных перашкод і праблем, звязаных з давядзеннем вытворчасці біяпаліва да прамысловага ўзроўню, няшмат, але галоўным стрымліваючым фактарам з'яўляецца кошт - для дасягнення роўнасці з выкапнёвым палівам патрабуецца яшчэ дзесяць гадоў.

Крок у будучыню

У той жа час лабараторыі працуюць над некалькі больш футурыстычным канцэпцыямі авіяцыйных рухавікоў. Пакуль, напрыклад, плазменны рухавік гучыць не вельмі рэальна, але нельга выключаць, што навуковыя працы перарастуць у нешта цікавае і карыснае. Плазменныя рухавікі выкарыстоўваюць электрычнасць для стварэння электрамагнітных палёў. Яны сціскаюць і ўзбуджаюць газ, напрыклад паветра ці аргон, у плазму - гарачы, шчыльны, іянізаваны стан. Іх даследаванні зараз прыводзяць да ідэі запуску спадарожнікаў у касмічнай прасторы (іённыя рухавікі). Аднак Беркант Гексель з Берлінскага тэхнічнага ўніверсітэта і яго каманда хочуць усталяваць плазменныя рухавікі на самалёты.

Задача даследавання складаецца ў тым, каб распрацаваць паветрана-рэактыўны плазменны рухавік, які можна было б выкарыстоўваць як для ўзлёту, так і для вышынных палётаў. Плазменныя рэактыўныя рухавікі звычайна прызначаны для працы ў вакууме або атмасферы нізкага ціску, дзе патрабуецца падача газу. Аднак каманда Гекселя выпрабавала прыладу, здольнае працаваць на паветры пры ціску ў адну атмасферу. "Нашы плазменныя соплы могуць развіваць хуткасць да 20 кіламетраў у секунду", – кажа Гексель ў серыі канферэнцый Journal of Physics.

Рухавік SABRE у гіпергукавым транспартным сродку будучыні

Для пачатку каманда выпрабавала мініяцюрныя подруливающие прылады даўжынёй 80 міліметраў. Для невялікага самалёта гэта будзе да тысячы ад таго, што каманда лічыць магчымым. Найбольшым абмежаваннем, вядома ж, з'яўляецца адсутнасць лёгкіх акумулятараў. Навукоўцы таксама разглядаюць гібрыдныя самалёты, у якіх плазменны рухавік будзе спалучацца з рухавікамі ўнутранага згарання ці ракетамі.

Калі мы гаворым аб інавацыйных канцэпцыях рэактыўных рухавікоў, нельга забываць аб рухавіку SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine), распрацаваным Reaction Engines Limited. Мяркуецца, што гэта будзе рухавік, які працуе як у атмасферы, так і ў вакууме, які працуе на вадкім вадародзе. На пачатковым этапе палёту акісляльнікам будзе паветра з атмасферы (як у звычайных рэактыўных рухавіках), а з вышыні 26 км (дзе карабель дасягае хуткасці 5 млн гадоў) - вадкі кісларод. Пасля пераходу ў ракетны рэжым ён будзе развіваць хуткасць да 25 маху.

HorizonX, інвестыцыйнае падраздзяленне Boeing, якое ўдзельнічае ў праекце, яшчэ не вызначылася, як SABRE можа яго выкарыстоўваць, за выключэннем таго, што ён разлічвае "выкарыстоўваць рэвалюцыйную тэхналогію, каб дапамагчы Boeing у яго імкненні да звышгукавога палёту".

ПВРД і ГПВРД (звышгукавы рэактыўны рухавік з камерай згарання) ужо даўно на вуснах аматараў хуткаснай авіяцыі. Цяпер яны распрацоўваюцца ў асноўным для ваенных мэт. Аднак, як вучыць гісторыя авіяцыі, тое, што будзе праверана ў войску, тое і пойдзе ў грамадзянскую авіяцыю. Усё, што трэба, гэта крыху цярпення.

Відэаролік аб інтэлектуальным рухавіку Rolls Royce:

Ролс-Ройс | Наватарства ў IntelligentEngine