უფრო სწრაფი, მშვიდი, სუფთა - ახალი თვითმფრინავის ძრავა
გამოდის, რომ ავიაციაში ბევრი რამის შესაცვლელად არ გჭირდებათ ახალი პროპელერების, ფუტურისტული დიზაინის ან კოსმოსური მასალების ძებნა. საკმარისია შედარებით მარტივი მექანიკური ტრანსმისიის გამოყენება ...
ეს არის ბოლო წლების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი სიახლე. გადაცემათა კოლოფის ტურბოფენის ძრავები (GTF) კომპრესორს და ვენტილატორის საშუალებას აძლევს ბრუნონ სხვადასხვა სიჩქარით. ვენტილატორის ამძრავი მექანიზმი ბრუნავს ვენტილატორის ლილვით, მაგრამ გამოყოფს ვენტილატორის ძრავას დაბალი წნევის კომპრესორისგან და ტურბინისგან. ვენტილატორი ბრუნავს უფრო ნელი სიჩქარით, ხოლო კომპრესორი და დაბალი წნევის ტურბინა მუშაობენ უფრო მაღალი სიჩქარით. ძრავის თითოეულ მოდულს შეუძლია იმუშაოს ოპტიმალური ეფექტურობით. დაახლოებით 20 მილიარდი დოლარის 1000 წლიანი R&D და R&D დახარჯვის შემდეგ, Pratt & Whitney PurePower PW2016G ტურბოფენის ოჯახი რამდენიმე წლის წინ ამოქმედდა და მასიურად დაინერგა კომერციულ თვითმფრინავებში XNUMX წლიდან.
თანამედროვე ტურბოფენის ძრავები აწარმოებენ ბიძგს ორი გზით. პირველ რიგში, კომპრესორები და წვის კამერა განლაგებულია მის ბირთვში. წინა მხარეს არის ვენტილატორი, რომელიც ბირთვით ამოძრავებს ჰაერს ძრავის ბირთვის გარშემო შემოვლითი კამერების გავლით. შემოვლითი თანაფარდობა არის ბირთვში გამავალი ჰაერის თანაფარდობა მასში გამავალი ჰაერის რაოდენობასთან. ზოგადად, უფრო მაღალი შემოვლითი კოეფიციენტი ნიშნავს უფრო ჩუმ, უფრო ეფექტურ და უფრო ძლიერ ძრავებს. ჩვეულებრივი ტურბოფენის ძრავებს აქვთ შემოვლითი კოეფიციენტი 9-დან 1-მდე. Pratt PurePower GTF ძრავებს აქვთ შემოვლითი კოეფიციენტი 12-დან 1-მდე.
შემოვლითი კოეფიციენტის გასაზრდელად, ძრავის მწარმოებლებმა უნდა გაზარდონ ვენტილატორის პირების სიგრძე. თუმცა, წაგრძელებისას, დანის ბოლოს მიღებული ბრუნვის სიჩქარე იმდენად მაღალი იქნება, რომ მოხდება არასასურველი ვიბრაციები. სიჩქარის შესანელებლად გჭირდებათ ვენტილატორის პირები და სწორედ ამისთვის არის განკუთვნილი გადაცემათა კოლოფი. Pratt & Whitney-ის თანახმად, ასეთი ძრავა შეიძლება იყოს 16 პროცენტამდე. საწვავის დიდი ეკონომია და 50 პროცენტი. ნაკლები გამონაბოლქვი გამონაბოლქვი და არის 75 პროცენტი. მშვიდი. ახლახან SWISS-მა და Air Baltic-მა განაცხადეს, რომ მათი GTF C-სერიის რეაქტიული ძრავები მოიხმარენ იმაზე ნაკლებ საწვავს, ვიდრე მწარმოებელი გვპირდება.
PW1100G-JM ძრავა საწარმოო ხაზზე
ჟურნალმა TIME დაასახელა PW1000G ძრავა 50 წლის 2011 ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოგონებიდან ერთ-ერთ და ეკოლოგიურად სუფთა ექვსი გამოგონებიდან ერთ-ერთი, რადგან Pratt & Whitney PurePower შექმნილია იმისათვის, რომ იყოს უფრო სუფთა, მშვიდი, უფრო ძლიერი და გამოიყენოს ნაკლები საწვავი, ვიდრე არსებული რეაქტიული ძრავები. 2016 წელს რიჩარდ ანდერსონმა, დელტა ავიახაზების მაშინდელმა პრეზიდენტმა, უწოდა ძრავას „პირველი ნამდვილი ინოვაცია“ მას შემდეგ, რაც Boeing-ის Dreamliner-მა მოახდინა რევოლუცია კომპოზიციურ მშენებლობაში.
დანაზოგი და ემისიის შემცირება
კომერციული ავიაციის სექტორი ყოველწლიურად გამოყოფს 700 მილიონ ტონაზე მეტ ნახშირორჟანგს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მხოლოდ 2 პროცენტია. ნახშირორჟანგის გლობალური გამონაბოლქვი, არსებობს მტკიცებულება, რომ თვითმფრინავის საწვავში სათბურის გაზები უფრო მეტ გავლენას ახდენს ატმოსფეროზე, რადგან ისინი გამოიყოფა მაღალ სიმაღლეებზე.
ძრავების ძირითადი მწარმოებლები ცდილობენ დაზოგონ საწვავი და შეამცირონ გამონაბოლქვი. Pratt-ის კონკურენტმა CFM International-მა ცოტა ხნის წინ წარმოადგინა საკუთარი მოწინავე ძრავა სახელწოდებით LEAP, რომელიც კომპანიის ოფიციალური პირების თქმით, მსგავს შედეგებს აწვდის გადაცემის ტურბოფენს სხვა გადაწყვეტილებების ხარჯზე. CFM ირწმუნება, რომ ტრადიციული ტურბოფენის არქიტექტურაში, იგივე უპირატესობების მიღწევა შესაძლებელია ელექტროგადამცემი სისტემის დამატებითი წონისა და წევის გარეშე. LEAP იყენებს მსუბუქ კომპოზიციურ მასალებს და ნახშირბადის ბოჭკოვანი ვენტილატორის პირებს ენერგოეფექტურობის გაუმჯობესების მისაღწევად, რაც კომპანიის თქმით, შედარებულია Pratt & Whitney-ის ძრავით მიღწეულთან.
დღეისათვის Airbus-ის ძრავების შეკვეთები A320neo-სთვის დაახლოებით თანაბრად იყოფა CFM-სა და Pratt & Whitney-ს შორის. სამწუხაროდ ამ უკანასკნელი კომპანიისთვის, PurePower ძრავები პრობლემებს უქმნის მომხმარებლებს. პირველი გამოჩნდა წელს, როდესაც GTF ძრავების არათანაბარი გაგრილება დაფიქსირდა Qatar Airways Airbus A320neo-ში. არათანაბარი გაგრილებამ შეიძლება გამოიწვიოს ნაწილების დეფორმაცია და ხახუნი და ამავდროულად გაზარდოს ფრენებს შორის დრო. შედეგად, ავიაკომპანიამ დაასკვნა, რომ ძრავები არ აკმაყოფილებდნენ საოპერაციო მოთხოვნებს. ამის შემდეგ მალევე, ინდოეთის საავიაციო ხელისუფლებამ შეაჩერა 11 Airbus A320neo თვითმფრინავის ფრენა PurePower GTF ძრავებით. Economic Times-ის ცნობით, გადაწყვეტილება მას შემდეგ მიიღეს, რაც Airbus GTF-ზე მომუშავე თვითმფრინავმა ორი კვირის განმავლობაში სამი ძრავა განიცადა. Pratt & Whitney ამცირებს ამ სირთულეებს და ამბობს, რომ მათი გადალახვა ადვილია.
Airbus ელექტრონული ვენტილატორი
თვითმფრინავის ძრავების სფეროში კიდევ ერთი გიგანტი Rolls-Royce ავითარებს საკუთარ Power Gearbox-ს, რომელიც 2025 წლისთვის 25%-ით შეამცირებს საწვავის მოხმარებას დიდ ტურბოფენებში. Trent-ის ცნობილი ძრავის დიაპაზონის ძველ მოდელებთან შედარებით. ეს, რა თქმა უნდა, ნიშნავს Pratt & Whitney-ის დიზაინის ახალ კონკურსს.
ბრიტანელები სხვა სახის ინოვაციებზეც ფიქრობენ. სინგაპურის ბოლო საჰაერო შოუს დროს Rolls-Royce-მა წამოიწყო IntelligentEngine Initiative, რომელიც მიზნად ისახავს ინტელექტუალური თვითმფრინავის ძრავების განვითარებას, რომლებიც უფრო უსაფრთხო და ეფექტურია ერთმანეთთან კომუნიკაციისა და დამხმარე ქსელის მეშვეობით. უწყვეტი ორმხრივი კომუნიკაციის უზრუნველყოფით ძრავთან და მომსახურების ეკოსისტემის სხვა ნაწილებთან, ძრავა შეძლებს პრობლემების გადაჭრას მათ წარმოშობამდე და ისწავლის მუშაობის გაუმჯობესებას. ისინი ასევე ისწავლიდნენ თავიანთი მუშაობის ისტორიიდან და სხვა ძრავებიდან და, ზოგადად, მოგზაურობის დროსაც კი მოუწევდათ საკუთარი თავის შეკეთება.
Drive სჭირდება უკეთესი ბატარეები
ევროკომისიის საავიაციო ხედვა 2050 მოითხოვს CO ემისიების შემცირებას.2 75 პროცენტით, აზოტის ოქსიდები 90 პროცენტით. და ხმაური 65 პროცენტით. მათი მიღწევა არსებული ტექნოლოგიებით შეუძლებელია. ელექტრო და ჰიბრიდ-ელექტრული მამოძრავებელი სისტემები ამჟამად განიხილება, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული ტექნოლოგია ამ გამოწვევების დასაძლევად.
ბაზარზე არის ორი ადგილიანი ელექტრო მსუბუქი თვითმფრინავი. ჰორიზონტზეა ოთხადგილიანი ჰიბრიდულ-ელექტრული მანქანები. NASA პროგნოზირებს, რომ 20-იანი წლების დასაწყისში, ამ ტიპის მოკლე მანძილი, ცხრა ადგილიანი თვითმფრინავი საავიაციო მომსახურებას დაუბრუნებს პატარა თემებს. როგორც ევროპაში, ასევე აშშ-ში მეცნიერები თვლიან, რომ 2030 წლისთვის შესაძლებელია 100 ადგილიანი ტევადობის ჰიბრიდულ-ელექტრული თვითმფრინავის შექმნა. თუმცა, მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნება საჭირო ენერგიის შენახვის სფეროში.
ამჟამად, ბატარეების ენერგიის სიმკვრივე უბრალოდ არ არის საკმარისი. თუმცა, ეს ყველაფერი შეიძლება შეიცვალოს. Tesla-ს უფროსმა ელონ მასკმა თქვა, რომ მას შემდეგ, რაც ბატარეებს შეუძლიათ გამოიმუშაონ 400 ვატ-საათი თითო კილოგრამზე, ხოლო უჯრედის სიმძლავრის თანაფარდობა მთლიან წონასთან იქნება 0,7-0,8, ელექტრო ტრანსკონტინენტური თვითმფრინავი გახდება "რთული ალტერნატივა". იმის გათვალისწინებით, რომ ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შეუძლიათ მიაღწიონ ენერგიის სიმკვრივეს 113 Wh/kg 1994 წელს, 202 Wh/kg 2004 წელს და ახლა შეუძლიათ მიაღწიონ დაახლოებით 300 Wh/kg-ს, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მომდევნო ათწლეულის განმავლობაში ისინი მიაღწევს 400 Wh/kg დონეს.
Kitty Hawk ელექტრო ორადგილიანი საჰაერო ტაქსის პროექტი
Airbus-მა, Rolls-Royce-მა და Siemens-მა ცოტა ხნის წინ თანამშრომლობდნენ E-Fan X მფრინავი დემონსტრატორის შესაქმნელად, რაც მნიშვნელოვანი წინგადადგმული ნაბიჯი იქნება კომერციული თვითმფრინავების ჰიბრიდულ-ელექტრო ძრავაში. E-Fan X ჰიბრიდული ელექტროტექნოლოგიის დემონსტრირება, სავარაუდოდ, იქნება - Fan X გაფრინდება 2020 წელს სახმელეთო ტესტირების ფართო კამპანიის შემდეგ. პირველ ეტაპზე BAe 146 ოთხი ძრავიდან ერთს XNUMX მეგავატიანი ელექტროძრავით შეცვლის. შემდგომში იგეგმება მეორე ტურბინის ელექტროძრავით შეცვლა სისტემის სიმწიფის დემონსტრირების შემდეგ.
Airbus პასუხისმგებელი იქნება მთლიანი ინტეგრაციისთვის, ასევე ჰიბრიდული ელექტროძრავის და ბატარეის მართვის არქიტექტურაზე და მის ინტეგრაციაზე ფრენის მართვის სისტემებთან. Rolls-Royce იქნება პასუხისმგებელი გაზის ტურბინის ძრავზე, XNUMX მეგავატიან გენერატორზე და ენერგეტიკულ ელექტრონიკაზე. Airbus-თან ერთად Rolls-Royce ასევე იმუშავებს გულშემატკივრების ადაპტაციაზე Siemens-ის არსებულ ნაცელთან და ელექტროძრავასთან. Siemens მიაწოდებს XNUMX მეგავატი სიმძლავრის ელექტროძრავებს და ელექტროენერგიის კონტროლერს, ასევე ინვერტორს, გადამყვანს და ელექტროენერგიის განაწილების სისტემას.
მსოფლიოს მრავალი კვლევითი ცენტრი მუშაობს ელექტრო თვითმფრინავებზე, მათ შორის NASA, რომელიც აშენებს X-57 Maxwell-ს. ასევე ვითარდება Kitty Hawk ელექტრო ორადგილიანი საჰაერო ტაქსის პროექტი და მსხვილი ცენტრების, კომპანიების თუ მცირე სტარტაპების მრავალი სხვა სტრუქტურა.
იმის გათვალისწინებით, რომ სამგზავრო და სატვირთო თვითმფრინავების საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 21 და 33 წელია, მაშინაც კი, თუ ხვალ წარმოებული ყველა ახალი თვითმფრინავი მთლიანად ელექტროენერგია, წიაღისეული საწვავზე მომუშავე თვითმფრინავების ეტაპობრივად გაუქმებას ორი-სამი ათეული წელი დასჭირდება.
ასე რომ, ის სწრაფად არ იმუშავებს. იმავდროულად, ბიოსაწვავს შეუძლია შეამსუბუქოს გარემო საავიაციო სექტორში. ისინი ხელს უწყობენ ნახშირორჟანგის ემისიების შემცირებას 36-85 პროცენტით. იმისდა მიუხედავად, რომ რეაქტიული ძრავებისთვის ბიოსაწვავის ნარევები სერტიფიცირებული იყო ჯერ კიდევ 2009 წელს, საავიაციო ინდუსტრია არ ჩქარობს ცვლილებების განხორციელებას. ბიოსაწვავის წარმოების ინდუსტრიულ დონემდე მიყვანასთან დაკავშირებული რამდენიმე ტექნოლოგიური დაბრკოლება და გამოწვევაა, მაგრამ მთავარი შემაკავებელი ფაქტორი ფასია - წიაღისეული საწვავთან თანასწორობის მიღწევას კიდევ ათი წელი სჭირდება.
ნაბიჯი შევიდა მომავალში
ამავდროულად, ლაბორატორიები მუშაობენ თვითმფრინავის ძრავის უფრო ფუტურისტულ კონცეფციებზე. ჯერჯერობით, მაგალითად, პლაზმური ძრავა არ ჟღერს ძალიან რეალისტურად, მაგრამ არ არის გამორიცხული, რომ სამეცნიერო ნაშრომები გადაიზარდოს რაიმე საინტერესო და სასარგებლო. პლაზმური მამოძრავებელი საშუალებები ელექტრომაგნიტური ველების შესაქმნელად იყენებენ ელექტროენერგიას. ისინი შეკუმშავს და აღაგზნებს გაზს, როგორიცაა ჰაერი ან არგონი, პლაზმაში - ცხელ, მკვრივ, იონიზებულ მდგომარეობაში. მათ კვლევას ახლა მივყავართ კოსმოსში თანამგზავრების გაშვების იდეამდე. თუმცა, ბერკანტ გოკსელს ბერლინის ტექნიკური უნივერსიტეტიდან და მის გუნდს სურთ თვითმფრინავებზე პლაზმური ამძრავების დაყენება.
კვლევის მიზანია საჰაერო რეაქტიული პლაზმური ძრავის შემუშავება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც აფრენისთვის, ასევე მაღალ სიმაღლეზე ფრენისთვის. პლაზმური ჭავლები, როგორც წესი, შექმნილია ვაკუუმში ან დაბალი წნევის ატმოსფეროში მუშაობისთვის, სადაც საჭიროა გაზის მიწოდება. თუმცა, გოკსელის გუნდმა გამოსცადა მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია ჰაერში მუშაობა ერთი ატმოსფეროს წნევით. „ჩვენს პლაზმურ საქშენებს შეუძლიათ მიაღწიონ სიჩქარეს 20 კილომეტრამდე წამში“, - ამბობს გოკელი Journal of Physics კონფერენციების სერიაში.
SABER ძრავა მომავლის ჰიპერბგერით მანქანაში
დასაწყისისთვის, გუნდმა გამოსცადა მინიატურული 80 მილიმეტრის სიგრძის მინიატურული ძრავები. პატარა თვითმფრინავისთვის ეს იქნება ათასამდე, რასაც გუნდი მიიჩნევს შესაძლებლად. ყველაზე დიდი შეზღუდვა, რა თქმა უნდა, არის მსუბუქი ბატარეების ნაკლებობა. მეცნიერები ასევე განიხილავენ ჰიბრიდულ თვითმფრინავებს, რომლებშიც პლაზმური ძრავა შერწყმულია შიდა წვის ძრავებთან ან რაკეტებთან.
როდესაც ვსაუბრობთ რეაქტიული ძრავის ინოვაციურ კონცეფციებზე, არ დავივიწყოთ SABER (Synergistic Air- Breathing Rocket Engine) მიერ შემუშავებული Reaction Engines Limited. ვარაუდობენ, რომ ეს იქნება ძრავა, რომელიც მუშაობს როგორც ატმოსფეროში, ასევე ვაკუუმში, რომელიც მუშაობს თხევად წყალბადზე. ფრენის საწყის ეტაპზე ოქსიდიზატორი იქნება ჰაერი ატმოსფეროდან (როგორც ჩვეულებრივ რეაქტიულ ძრავებში), ხოლო 26 კმ სიმაღლიდან (სადაც გემი 5 მილიონ წელს აღწევს სიჩქარეს) - თხევადი ჟანგბადი. რაკეტის რეჟიმზე გადასვლის შემდეგ ის 25 მაჰამდე სიჩქარეს მიაღწევს.
HorizonX-მა, Boeing-ის საინვესტიციო ჯგუფმა, რომელიც ჩართულია პროექტში, ჯერ არ გადაუწყვეტია, თუ როგორ გამოიყენებს SABER-ს, გარდა იმისა, რომ მოელის, რომ „რევოლუციური ტექნოლოგიების გამოყენებას Boeing-ს ზებგერითი ფრენის ძიებაში დაეხმარება“.
RAMJET და scramjet (ზებგერითი რეაქტიული ძრავა წვის კამერით) დიდი ხანია დგას მაღალსიჩქარიანი ავიაციის მოყვარულთა ტუჩებზე. ამჟამად ისინი ძირითადად სამხედრო მიზნებისთვისაა განვითარებული. თუმცა, როგორც ავიაციის ისტორია გვასწავლის, რაც ჯარში გამოცდება, სამოქალაქო ავიაციას წავა. სულ ცოტა მოთმინებაა საჭირო.
Rolls Royce Intelligent Engine ვიდეო:
Rolls-Royce | ინოვაცია IntelligentEngine-ში
