Hraðari, hljóðlátari, hreinni - Ný flugvél

Það kemur í ljós að til þess að breyta miklu í flugi þarf ekki að leita að nýjum skrúfum, framúrstefnulegri hönnun eða geimefnum. Það er nóg að nota tiltölulega einfalda vélræna gírskiptingu ...

Þetta er ein mikilvægasta nýjung síðustu ára. Gíraðir turbofan mótorar (GTF) gera þjöppunni og viftunni kleift að snúast á mismunandi hraða. Drifgír viftu snýst með viftuásnum en aðskilur viftumótorinn frá lágþrýstiþjöppunni og hverflinum. Viftan snýst á minni hraða en þjöppan og lágþrýstitúrbínan vinna á meiri hraða. Hver vélareining getur starfað með bestu skilvirkni. Eftir 20 ára R&D og R&D eyðslu upp á um 1000 milljarða dollara, var Pratt & Whitney PurePower PW2016G túrbófan fjölskyldan komin í gagnið fyrir nokkrum árum og hefur verið tekin í gegn í atvinnuflugvélum síðan XNUMX.

Nútíma túrbófan vélar búa til þrýsting á tvo vegu. Í fyrsta lagi eru þjöppur og brennsluhólf staðsett í kjarna þess. Að framan er vifta sem knúin er af kjarnanum og beinir lofti í gegnum hjáveituhólf í kringum mótorkjarna. Hjáveituhlutfallið er hlutfall þess lofts sem fer í gegnum kjarnann og magns lofts sem fer í gegnum hann. Almennt séð þýðir hærra hjáveituhlutfall hljóðlátari, skilvirkari og öflugri vélar. Hefðbundnar túrbóblástursvélar eru með framhjáhlaupshlutfallið 9 á móti 1. Pratt PurePower GTF vélar eru með hjáveituhlutfallið 12 á móti 1.

Til að auka hjáveituhlutfallið verða mótorframleiðendur að auka lengd viftublaðanna. Hins vegar, þegar það er lengt, verður snúningshraði sem fæst við enda blaðsins svo mikill að óæskilegur titringur verður. Þú þarft viftublöð til að hægja á sér og til þess er gírkassinn. Slík vél getur verið allt að 16 prósent, samkvæmt Pratt & Whitney. frábær sparneytni og 50 prósent. minni útblásturslosun og er 75 prósent. rólegur. Nýlega tilkynntu SWISS og Air Baltic að GTF C-línu þotuhreyflar þeirra eyði enn minna eldsneyti en framleiðandinn lofar.

PW1100G-JM vél í framleiðslulínu

Tímaritið TIME nefndi PW1000G vélina eina af 50 mikilvægustu uppfinningum ársins 2011 og eina af sex umhverfisvænustu uppfinningum, þar sem Pratt & Whitney PurePower er hannað til að vera hreinni, hljóðlátari, öflugri og nota minna eldsneyti en núverandi þotuhreyflar. Árið 2016 kallaði Richard Anderson, þáverandi forseti Delta Air Lines, vélina „fyrstu sanna nýjungina“ síðan Dreamliner frá Boeing gjörbylti samsettri smíði.

Sparnaður og minnkun losunar

Atvinnufluggeirinn losar árlega meira en 700 milljónir tonna af koltvísýringi. Þó það sé ekki nema um 2 prósent. losun koltvísýrings á heimsvísu eru vísbendingar um að gróðurhúsalofttegundir í þotueldsneyti hafi meiri áhrif á andrúmsloftið þar sem þær losna í meiri hæð.

Helstu vélaframleiðendur leitast við að spara eldsneyti og draga úr útblæstri. Pratt keppinauturinn CFM International kynnti nýlega sína eigin háþróaða vél sem kallast LEAP, sem embættismenn fyrirtækisins segja að skili svipuðum árangri og gírskiptur túrbófan á kostnað annarra lausna. CFM heldur því fram að í hefðbundnum túrbófan arkitektúr sé hægt að ná sömu ávinningi án aukinnar þyngdar og dráttar aflrásarinnar. LEAP notar létt samsett efni og viftublöð úr koltrefjum til að ná fram orkunýtni sem fyrirtækið segir að séu sambærilegar þeim sem náðst með Pratt & Whitney vélinni.

Hingað til hafa pantanir á Airbus vélum fyrir A320neo skiptast nokkurn veginn jafnt á milli CFM og Pratt & Whitney. Því miður fyrir síðarnefnda fyrirtækið, eru PurePower mótorar að valda vandamálum fyrir notendur. Sú fyrsta birtist á þessu ári þegar ójöfn kæling á GTF hreyflum í Qatar Airways Airbus A320neo var skráð. Ójöfn kæling getur leitt til aflögunar og núnings hluta og á sama tíma aukið tíma á milli fluga. Í kjölfarið komst flugfélagið að þeirri niðurstöðu að vélarnar uppfylltu ekki rekstrarkröfur. Skömmu síðar stöðvuðu indversk flugmálayfirvöld flug 11 Airbus A320neo flugvéla knúnum PurePower GTF hreyflum. Að sögn Economic Times kom ákvörðunin í kjölfar þess að Airbus GTF-flugvélar urðu fyrir þremur hreyflibilunum á tveimur vikum. Pratt & Whitney gera lítið úr þessum erfiðleikum og segja að auðvelt sé að yfirstíga þá.

Airbus rafræn vifta

Annar risi á sviði flugvélahreyfla, Rolls-Royce, er að þróa sinn eigin Power Gearbox sem árið 2025 mun draga úr eldsneytisnotkun stórra túrbófana um 25%. miðað við eldri gerðir af hinu þekkta Trent vélarúrvali. Þetta þýðir auðvitað nýja Pratt & Whitney hönnunarsamkeppni.

Bretar eru líka að hugsa um annars konar nýsköpun. Á nýlegri flugsýningu í Singapore hóf Rolls-Royce IntelligentEngine Initiative, sem miðar að því að þróa greindar flugvélahreyfla sem eru öruggari og skilvirkari með getu til að eiga samskipti sín á milli og í gegnum stuðningsnet. Með því að veita stöðuga tvíhliða samskipti við vélina og aðra hluta þjónustuvistkerfisins mun vélin geta leyst vandamál áður en þau koma upp og læra hvernig á að bæta afköst. Þeir myndu líka læra af sögu vinnu sinnar og annarra véla og í stórum dráttum þyrftu þeir jafnvel að gera við sig á ferðinni.

Drive þarf betri rafhlöður

Flugsýn framkvæmdastjórnar Evrópusambandsins 2050 kallar á minnkun á koltvísýringslosun.₂ um 75 prósent, köfnunarefnisoxíð um 90 prósent. og hávaði um 65 prósent. Þeim er ekki hægt að ná með núverandi tækni. Rafknúin og tvinnrafknúin knúningskerfi eru nú talin ein vænlegasta tæknin til að mæta þessum áskorunum.

Á markaðnum eru tveggja sæta rafmagns létt flugvél. Fjögurra sæta tvinn-rafbílar eru á sjóndeildarhringnum. NASA spáir því að snemma á 20. áratugnum muni þessi tegund af stuttflugum, níu sæta farþegaþotu koma flugþjónustu aftur til smærri byggðarlaga. Bæði í Evrópu og Bandaríkjunum telja vísindamenn að árið 2030 sé hægt að smíða tvinnrafmagnsflugvél með allt að 100 sætarými. Hins vegar er þörf á verulegum framförum á sviði orkugeymslu.

Eins og er er orkuþéttleiki rafhlaðna einfaldlega ekki nóg. Allt þetta gæti þó breyst. Elon Musk, yfirmaður Tesla, sagði að þegar rafhlöðurnar eru færar um að framleiða 400 wattstundir á hvert kíló, og hlutfall frumuafls af heildarþyngd er 0,7-0,8, muni rafknúna þvermeginlandsfarþegaþotan verða „erfiður valkostur“. Miðað við að litíumjónarafhlöður gátu náð orkuþéttleika upp á 113 Wh/kg árið 1994, 202 Wh/kg árið 2004, og geta nú náð um 300 Wh/kg, má gera ráð fyrir að á næsta áratug mun ná stigi 400 Wh/kg.

Kitty Hawk rafmagns tveggja sæta flugleigubílaverkefni

Airbus, Rolls-Royce og Siemens gengu nýlega í samstarf um að þróa E-Fan X fljúgandi sýnishornið, sem mun vera mikilvægt framfaraskref í tvinnrafmagnsdrifningu atvinnuflugvéla. Búist er við að E-Fan X hybrid raftæknisýning verði -Fan X mun fljúga árið 2020 eftir umfangsmikla tilraunaherferð á jörðu niðri. Í fyrsta áfanga mun BAe 146 skipta um eina af fjórum vélunum fyrir XNUMX MW rafmótor. Í framhaldi af því er fyrirhugað að skipta út annarri túrbínu fyrir rafmótor eftir að hafa sýnt fram á þroska kerfisins.

Airbus mun bera ábyrgð á heildarsamþættingunni sem og tvinn rafknúningi og rafhlöðustýringu og samþættingu þess við flugstýringarkerfi. Rolls-Royce mun bera ábyrgð á gastúrbínuvélinni, XNUMX megavatta rafalanum og rafeindabúnaðinum. Ásamt Airbus mun Rolls-Royce einnig vinna að því að aðlaga vifturnar að núverandi Siemens gondol og rafmótor. Siemens mun útvega XNUMX MW rafmótora og rafeindaaflstýringu, auk inverter, breytir og orkudreifingarkerfi.

Margar rannsóknarmiðstöðvar um allan heim vinna að rafmagnsflugvélum, þar á meðal NASA, sem er að smíða X-57 Maxwell. Kitty Hawk rafmagns tveggja sæta flugleigubílaverkefnið og mörg önnur mannvirki stórra miðstöðvar, fyrirtækja eða lítilla sprotafyrirtækja eru einnig í þróun.

Í ljósi þess að meðallíftími farþega- og flutningaflugvéla er um 21 ár og 33 ár, í sömu röð, jafnvel þótt allar nýjar flugvélar sem framleiddar eru á morgun séu allar rafknúnar, myndi það taka tvo til þrjá áratugi að hætta jarðefnaeldsneytisknúnum flugvélum í áföngum.

Svo það virkar ekki fljótt. Á sama tíma getur lífeldsneyti létt umhverfið í fluggeiranum. Þeir hjálpa til við að draga úr losun koltvísýrings um 36-85 prósent. Þrátt fyrir að lífeldsneytisblöndur fyrir þotuhreyfla hafi verið vottaðar árið 2009 er flugiðnaðurinn ekkert að flýta sér að innleiða breytingar. Það eru fáar tæknilegar hindranir og áskoranir sem fylgja því að koma lífeldsneytisframleiðslu á iðnaðarstig, en helsta fælingin er verðið - það tekur tíu ár í viðbót að ná jöfnuði við jarðefnaeldsneyti.

Stígðu inn í framtíðina

Á sama tíma eru rannsóknarstofur að vinna að framúrstefnulegri hugmyndafræði flugvélahreyfla. Enn sem komið er hljómar plasmavél til dæmis ekki mjög raunhæf, en ekki er hægt að útiloka að vísindaverk þróist í eitthvað áhugavert og gagnlegt. Plasma thrusters nota rafmagn til að búa til rafsegulsvið. Þeir þjappa saman og örva gas, eins og loft eða argon, í plasma - heitt, þétt, jónað ástand. Rannsóknir þeirra leiða nú til hugmyndar um að skjóta gervihnöttum í geimnum (jónaþrýstitæki). Hins vegar vilja Berkant Goeksel frá Tækniháskólanum í Berlín og teymi hans setja plasmaþrýstivélar í flugvélar.

Markmið rannsóknarinnar er að þróa loftþotuplasmahreyfil sem gæti nýst bæði í flugtak og háhæðarflug. Plasmaþotuhreyflar eru venjulega hönnuð til að starfa í lofttæmi eða lágþrýstingslofti þar sem gas er krafist. Hins vegar prófaði teymi Göksel tæki sem getur starfað í lofti við einn loftþrýsting. „Plasmastútarnir okkar geta náð allt að 20 kílómetra hraða á sekúndu,“ segir Göckel í ráðstefnuröðinni Journal of Physics.

SABER vél í háhljóðfarartæki framtíðarinnar

Til að byrja með prófaði teymið 80 millimetra langa skrúfuvélar. Fyrir litla flugvél mun þetta vera allt að þúsund af því sem liðið telur mögulegt. Stærsta takmörkunin er auðvitað skortur á léttum rafhlöðum. Vísindamennirnir eru einnig að íhuga tvinnflugvélar, þar sem plasmavél yrði sameinuð með brunahreyflum eða eldflaugum.

Þegar við tölum um nýstárlegar þotuhreyflahugmyndir skulum við ekki gleyma SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) þróuð af Reaction Engines Limited. Gert er ráð fyrir að um sé að ræða vél sem starfar bæði í andrúmslofti og í lofttæmi sem gengur fyrir fljótandi vetni. Á upphafsstigi flugsins verður oxunarefnið loft úr andrúmsloftinu (eins og í hefðbundnum þotuhreyflum), og frá 26 km hæð (þar sem skipið nær 5 milljón ára hraða) - fljótandi súrefni. Eftir að hafa skipt yfir í eldflaugastillingu mun það ná allt að 25 Mach hraða.

HorizonX, fjárfestingararmur Boeing sem tekur þátt í verkefninu, hefur enn ekki ákveðið hvernig SABER gæti notað það, nema að það býst við að "nota byltingarkennda tækni til að hjálpa Boeing í leit sinni að háhljóðsflugi."

RAMJET og scramjet (ofurþotuvél með brunahólfi) hafa lengi verið á vörum aðdáenda háhraðaflugs. Sem stendur eru þau aðallega þróuð í hernaðarlegum tilgangi. Hins vegar, eins og saga flugsins kennir, mun það sem verður prófað í hernum fara til almenningsflugs. Allt sem þarf er smá þolinmæði.

Rolls Royce Intelligent Engine myndband:

Rolls-Royce | Nýsköpun í IntelligentEngine