Mas Paspas, Mas Hilum, Mas Limpyo - Bag-ong Makina sa Aircraft

Kini nahimo nga aron mabag-o ang daghan sa aviation, dili nimo kinahanglan pangitaon ang mga bag-ong propeller, futuristic nga disenyo o mga materyales sa kawanangan. Igo na ang paggamit sa usa ka medyo yano nga mekanikal nga transmission ...

Kini mao ang usa sa labing importante nga mga inobasyon sa bag-ohay nga mga tuig. Gitugotan sa mga geared turbofan motors (GTF) ang compressor ug fan nga magtuyok sa lainlaing mga tulin. Ang fan drive gear nagtuyok uban sa fan shaft apan nagbulag sa fan motor gikan sa ubos nga pressure compressor ug turbine. Ang fan nagtuyok sa mas hinay nga tulin, samtang ang compressor ug low pressure turbine naglihok sa mas taas nga tulin. Ang matag module sa makina mahimong molihok sa labing taas nga kahusayan. Pagkahuman sa 20 ka tuig nga paggasto sa R&D ug R&D nga hapit $1000 bilyon, ang Pratt & Whitney PurePower PW2016G turbofan nga pamilya nag-operate pipila ka tuig ang milabay ug kaylap nga gipaila sa komersyal nga ayroplano sukad XNUMX.

Ang modernong turbofan nga mga makina makamugna og duso sa duha ka paagi. Una, ang mga compressor ug combustion chamber nahimutang sa kinauyokan niini. Sa atubangan adunay usa ka fan nga, nga gimaneho sa kinauyokan, nagdumala sa hangin pinaagi sa mga bypass chamber sa palibot sa motor core. Ang bypass ratio mao ang ratio sa gidaghanon sa hangin nga moagi sa kinauyokan ngadto sa gidaghanon sa hangin nga moagi niini. Sa kinatibuk-an, ang mas taas nga bypass ratio nagpasabot nga mas hilom, mas episyente ug mas gamhanan nga mga makina. Ang conventional turbofan nga mga makina adunay bypass ratio nga 9 ngadto sa 1. Pratt PurePower GTF nga mga makina adunay bypass ratio nga 12 ngadto sa 1.

Aron madugangan ang bypass ratio, ang mga tiggama sa motor kinahanglan nga dugangan ang gitas-on sa mga blades sa fan. Bisan pa, kung gipahaba, ang mga rotational speed nga makuha sa tumoy sa blade mahimong labi ka taas nga dili gusto nga mga vibrations ang mahitabo. Kinahanglan nimo ang mga blades sa fan aron mohinay, ug kana ang gamit sa gearbox. Ang ingon nga makina mahimong ingon ka taas sa 16 porsyento, sumala ni Pratt & Whitney. dako nga fuel ekonomiya ug 50 porsyento. gamay nga mga emisyon sa tambutso ug 75 porsyento. hilom. Bag-ohay lang, gipahibalo sa SWISS ug Air Baltic nga ang ilang GTF C-series nga mga makina sa jet naggamit bisan gamay nga gasolina kaysa gisaad sa tiggama.

PW1100G-JM nga makina sa linya sa produksiyon

Ginganlan sa magasin sa TIME ang makina nga PW1000G nga usa sa 50 ka labing hinungdanon nga mga imbensyon sa 2011 ug usa sa unom nga labing mahigalaon sa kalikopan nga mga imbensyon, tungod kay ang Pratt & Whitney PurePower gidesinyo nga mahimong mas limpyo, mas hilom, mas gamhanan ug mogamit og gamay nga sugnod kay sa kasamtangan nga mga makina sa jet. Niadtong 2016, si Richard Anderson, kanhi presidente sa Delta Air Lines, nagtawag sa makina nga "ang unang tinuod nga kabag-ohan" sukad nga gibag-o sa Boeing's Dreamliner ang composite construction.

Pagdaginot ug pagkunhod sa mga emisyon

Ang sektor sa komersyal nga abyasyon nagpagawas ug kapin sa 700 ka milyon ka toneladang carbon dioxide kada tuig. Bisan kung kini mga 2 porsyento lamang. global carbon dioxide emissions, adunay ebidensya nga ang greenhouse gases sa jet fuel adunay mas dako nga epekto sa atmospera samtang kini gipagawas sa mas taas nga mga dapit.

Ang mga dagkong tiggama sa makina nangita aron makadaginot sa gasolina ug makunhuran ang mga emisyon. Ang kakompetensya sa Pratt nga CFM International bag-o lang nagpaila sa kaugalingon nga advanced nga makina nga gitawag nga LEAP, nga giingon sa mga opisyal sa kompanya nga naghatag parehas nga mga sangputanan sa usa ka gipunting nga turbofan sa gasto sa ubang mga solusyon. Giangkon sa CFM nga sa usa ka tradisyonal nga turbofan nga arkitektura, ang parehas nga mga benepisyo mahimong makab-ot kung wala’y dugang nga gibug-aton ug pag-drag sa powertrain. Ang LEAP naggamit sa gaan nga composite nga mga materyales ug carbon fiber fan blades aron makab-ot ang mga pagpaayo sa episyente sa enerhiya nga giingon sa kompanya nga ikatandi sa mga nakuha sa makina nga Pratt & Whitney.

Hangtod karon, ang mga order alang sa mga makina sa Airbus alang sa A320neo halos parehas nga gibahin tali sa CFM ug Pratt & Whitney. Ikasubo alang sa ulahi nga kompanya, ang mga motor nga PurePower nagpahinabog mga problema sa mga tiggamit. Ang una nga nagpakita karong tuiga, kung ang dili patas nga pagpabugnaw sa mga makina sa GTF sa Qatar Airways Airbus A320neo natala. Ang dili patas nga pagpabugnaw mahimong mosangpot sa deformation ug friction sa mga bahin, ug sa samang higayon makadugang sa oras tali sa mga flight. Ingon usa ka sangputanan, ang eroplano nakahinapos nga ang mga makina wala makatuman sa mga kinahanglanon sa operasyon. Wala madugay pagkahuman, gisuspinde sa mga awtoridad sa aviation sa India ang mga biyahe sa 11 ka Airbus A320neo nga ayroplano nga gipadagan sa mga makina sa PurePower GTF. Sumala sa Economic Times, ang desisyon miabut human ang Airbus GTF-powered aircraft nag-antus sa tulo ka mga kapakyasan sa makina sulod sa duha ka semana. Gipakamenos ni Pratt & Whitney kini nga mga kalisdanan, nga nag-ingon nga kini dali nga mabuntog.

Airbus electronic fan

Ang laing higante sa natad sa mga makina sa ayroplano, Rolls-Royce, nagpalambo sa kaugalingon nga Power Gearbox, nga sa 2025 makunhuran ang konsumo sa gasolina sa dagkong mga turbofan sa 25%. kon itandi sa mas karaan nga mga modelo sa iladong Trent engine range. Kini, siyempre, nagpasabut nga usa ka bag-ong kompetisyon sa disenyo sa Pratt & Whitney.

Ang mga British naghunahuna usab bahin sa ubang mga matang sa kabag-ohan. Atol sa bag-o nga Singapore Airshow, gilusad sa Rolls-Royce ang IntelligentEngine Initiative, nga nagtumong sa pagpalambo sa mga makina sa intelihente nga ayroplano nga mas luwas ug mas episyente pinaagi sa abilidad sa pagpakigsulti sa usag usa ug pinaagi sa suporta nga network. Pinaagi sa paghatag ug padayon nga two-way nga komunikasyon sa makina ug uban pang bahin sa ekosistema sa serbisyo, ang makina makahimo sa pagsulbad sa mga problema sa dili pa kini mahitabo ug makakat-on unsaon pagpauswag sa performance. Makakat-on usab sila gikan sa kasaysayan sa ilang trabaho ug uban pang mga makina, ug sa kadaghanan kinahanglan pa nila nga ayohon ang ilang kaugalingon sa pagbiyahe.

Ang pagmaneho nanginahanglan mas maayo nga mga baterya

Ang Aviation Vision 2050 sa European Commission nanawagan alang sa pagkunhod sa mga emisyon sa CO.₂ sa 75 porsyento, nitrogen oxides sa 90 porsyento. ug kasaba sa 65 porsyento. Dili kini makab-ot sa kasamtangan nga mga teknolohiya. Ang elektrisidad ug hybrid-electric propulsion nga mga sistema sa pagkakaron nakita nga usa sa labing gisaad nga mga teknolohiya aron matubag kini nga mga hagit.

Adunay duha ka lingkuranan nga electric light aircraft sa merkado. Ang upat ka lingkuranan nga hybrid-electric nga mga sakyanan anaa sa kapunawpunawan. Gitagna sa NASA nga sa sayong bahin sa 20s, kini nga matang sa mubo nga paghakot nga siyam ka lingkoranan nga mga eroplano magdala sa mga serbisyo sa aviation balik sa gagmay nga mga komunidad. Sa Europe ug sa US, ang mga siyentipiko nagtuo nga sa 2030 posible nga magtukod usa ka hybrid-electric nga ayroplano nga adunay kapasidad nga hangtod sa 100 ka mga lingkuranan. Bisan pa, kinahanglan ang hinungdanon nga pag-uswag sa natad sa pagtipig sa enerhiya.

Sa pagkakaron, ang densidad sa enerhiya sa mga baterya dili igo. Apan, kining tanan mahimong mausab. Ang boss sa Tesla nga si Elon Musk miingon nga sa higayon nga ang mga baterya makahimo sa pagprodyus og 400 watt-hours kada kilo, ug ang ratio sa cell power ngadto sa kinatibuk-ang gibug-aton mao ang 0,7-0,8, ang electric transcontinental airliner mahimong usa ka "lisud nga alternatibo." Gikonsiderar nga ang mga baterya sa lithium-ion nakahimo sa pagkab-ot sa usa ka densidad sa enerhiya nga 113 Wh / kg kaniadtong 1994, 202 Wh / kg kaniadtong 2004, ug karon makaabut sa mga 300 Wh / kg, mahimo’g hunahunaon nga sa sunod nga dekada sila. moabot sa lebel 400 Wh/kg.

Kitty Hawk electric two-seater air taxi project

Ang Airbus, Rolls-Royce ug Siemens bag-o lang nakigtambayayong sa pagpalambo sa E-Fan X flying demonstrator, nga usa ka mahinungdanong lakang sa unahan sa commercial aircraft hybrid-electric propulsion. Ang E-Fan X hybrid electric nga demonstrasyon sa teknolohiya gilauman nga -Fan X molupad sa 2020 pagkahuman sa usa ka halapad nga kampanya sa pagsulay sa yuta. Sa unang hugna, ang BAe 146 mopuli sa usa sa upat ka makina nga adunay XNUMX-megawatt electric motor. Pagkahuman, giplano nga ilisan ang ikaduha nga turbine sa usa ka de-koryenteng motor pagkahuman gipakita ang pagkahamtong sa sistema.

Ang Airbus ang mahimong responsable sa kinatibuk-ang panagsama ingon man ang hybrid nga electric propulsion ug arkitektura sa pagkontrol sa baterya ug ang panagsama niini sa mga sistema sa pagkontrol sa paglupad. Ang Rolls-Royce maoy responsable sa gas turbine engine, XNUMX-megawatt generator ug power electronics. Uban sa Airbus, ang Rolls-Royce magtrabaho usab sa pagpahiangay sa mga fans sa kasamtangan nga Siemens nacelle ug electric motor. Ang Siemens mosuplay og XNUMX MW electric motors ug electronic power controller, ingon man inverter, converter ug power distribution system.

Daghang mga research center sa tibuok kalibutan ang nagtrabaho sa electric aircraft, lakip ang NASA, nga nagtukod sa X-57 Maxwell. Ang Kitty Hawk electric two-seater air taxi project ug daghang uban pang mga istruktura sa dagkong mga sentro, kompanya o gagmay nga mga start-up gipalambo usab.

Gihatag nga ang kasagaran nga kinabuhi sa mga pasahero ug mga kargamento nga ayroplano mga 21 ug 33 ka tuig, matag usa, bisan kung ang tanan nga mga bag-ong eroplano nga gihimo ugma kay de-kuryente, mokabat ug duha ngadto sa tulo ka dekada aron ma-phase out ang fossil-fuel-powered nga ayroplano.

Busa dili kini molihok dayon. Samtang, ang biofuels makapagaan sa palibot sa sektor sa aviation. Nakatabang sila sa pagpakunhod sa carbon dioxide emissions sa 36-85 porsyento. Bisan pa sa kamatuoran nga ang biofuel mixtures alang sa mga makina sa jet gipamatud-an sa 2009, ang industriya sa aviation wala magdali sa pagpatuman sa mga kausaban. Adunay pipila ka mga teknolohikal nga mga babag ug mga hagit nga nalangkit sa pagdala sa produksiyon sa biofuel ngadto sa lebel sa industriya, apan ang nag-unang pagpugong mao ang presyo - nagkinahanglan kini og laing napulo ka tuig aron makab-ot ang pagkaparehas sa fossil fuels.

Lakang ngadto sa Umaabot

Sa parehas nga oras, ang mga lab nagtrabaho sa medyo mas futuristic nga mga konsepto sa makina sa ayroplano. Sa pagkakaron, pananglitan, ang usa ka makina sa plasma dili kaayo realistiko, apan dili isalikway nga ang siyentipikong mga buhat mahimong usa ka butang nga makapaikag ug mapuslanon. Ang mga plasma thruster naggamit ug elektrisidad aron makamugna ug electromagnetic field. Ilang gi-compress ug gipukaw ang usa ka gas, sama sa hangin o argon, ngadto sa usa ka plasma—usa ka init, dasok, ionized nga kahimtang. Ang ilang panukiduki karon nagdala sa ideya sa paglansad sa mga satelayt sa kawanangan (ion thrusters). Bisan pa, gusto ni Berkant Goeksel sa Teknikal nga Unibersidad sa Berlin ug sa iyang koponan nga magbutang mga plasma thrusters sa mga eroplano.

Ang katuyoan sa panukiduki mao ang paghimo og usa ka air-jet plasma nga makina nga magamit alang sa duha nga pag-takeoff ug taas nga mga flight. Ang mga makina sa plasma jet kasagarang gidesinyo aron maglihok sa usa ka vacuum o ubos nga presyur nga atmospera diin gikinahanglan ang suplay sa gas. Bisan pa, gisulayan sa team ni Göksel ang usa ka aparato nga makahimo sa pag-operate sa hangin sa usa ka presyur sa usa ka atmospera. "Ang among mga nozzle sa plasma makaabot sa katulin nga hangtod sa 20 kilometros matag segundo," ingon ni Göckel sa serye sa komperensya sa Journal of Physics.

SABER nga makina sa hypersonic nga sakyanan sa umaabot

Sa pagsugod, gisulayan sa team ang mga miniature thruster nga 80 milimetro ang gitas-on. Alang sa usa ka gamay nga ayroplano, kini moabot sa usa ka libo sa kung unsa ang giisip sa team nga posible. Ang pinakadako nga limitasyon, siyempre, mao ang kakulang sa mga lightweight nga baterya. Gikonsiderar usab sa mga siyentista ang hybrid nga ayroplano, diin ang usa ka plasma nga makina ikombinar sa internal nga pagkasunog nga mga makina o mga rocket.

Kung maghisgot kita bahin sa mga bag-ong konsepto sa jet engine, dili naton kalimtan ang SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) nga gihimo sa Reaction Engines Limited. Gituohan nga kini usa ka makina nga naglihok sa atmospera ug sa vacuum, nga nagdagan sa likido nga hydrogen. Sa inisyal nga yugto sa pagkalagiw, ang oxidizer mahimong hangin gikan sa atmospera (sama sa conventional jet engine), ug gikan sa gitas-on nga 26 km (diin ang barko moabot sa gikusgon nga 5 ka milyon ka tuig) - liquid oxygen. Human sa pagbalhin ngadto sa rocket mode, kini makaabot sa gikusgon nga hangtod sa Mach 25.

Ang HorizonX, ang puhunan sa Boeing nga nalambigit sa proyekto, wala pa makadesisyon kung giunsa kini magamit sa SABER, gawas nga kini nagpaabut nga "gamiton ang rebolusyonaryong teknolohiya aron matabangan ang Boeing sa pagpangita niini alang sa supersonic nga paglupad."

Ang RAMJET ug scramjet (supersonic jet engine nga adunay combustion chamber) dugay na nga anaa sa mga ngabil sa mga fans sa high-speed aviation. Sa pagkakaron, sila giugmad nag-una alang sa militar nga mga katuyoan. Bisan pa, ingon sa gitudlo sa kasaysayan sa aviation, kung unsa ang masulayan sa kasundalohan maadto sa sibil nga aviation. Ang gikinahanglan mao ang gamay nga pasensya.

Rolls Royce Intelligent Engine Video:

Rolls-Royce | Kabag-ohan sa IntelligentEngine