Kasi, Utulivu, Safi - Injini Mpya ya Ndege

Inabadilika kuwa ili kubadilisha mengi katika anga, huna haja ya kutafuta propellers mpya, miundo ya futuristic au vifaa vya nafasi. Inatosha kutumia upitishaji rahisi wa mitambo ...

Hii ni moja ya uvumbuzi muhimu zaidi wa miaka ya hivi karibuni. Mitambo ya turbofan iliyoletwa (GTF) huruhusu kikandamizaji na feni kuzunguka kwa kasi tofauti. Gia ya kiendeshi cha feni huzungushwa na shaft ya feni lakini hutenganisha mtambo wa feni kutoka kwa kikandamizaji cha shinikizo la chini na turbine. Shabiki huzunguka kwa kasi ya polepole, wakati compressor na turbine ya shinikizo la chini hufanya kazi kwa kasi ya juu. Kila moduli ya injini inaweza kufanya kazi kwa ufanisi bora. Baada ya miaka 20 ya matumizi ya R&D na R&D ya karibu dola bilioni 1000, familia ya Pratt & Whitney PurePower PW2016G turbofan ilifanya kazi miaka michache iliyopita na imetambulishwa kwa kiasi kikubwa katika ndege za kibiashara tangu XNUMX.

Injini za kisasa za turbofan hutoa msukumo kwa njia mbili. Kwanza, compressors na chumba cha mwako iko kwenye msingi wake. Mbele ni shabiki ambayo, inayoendeshwa na msingi, inaongoza hewa kupitia vyumba vya bypass karibu na msingi wa motor. Uwiano wa bypass ni uwiano wa kiasi cha hewa kinachopita kwenye msingi kwa kiasi cha hewa kinachopita ndani yake. Kwa ujumla, uwiano wa juu wa bypass unamaanisha injini za utulivu, zenye ufanisi zaidi na zenye nguvu zaidi. Injini za kawaida za turbofan zina uwiano wa bypass wa 9 hadi 1. Injini za Pratt PurePower GTF zina uwiano wa bypass wa 12 hadi 1.

Ili kuongeza uwiano wa bypass, wazalishaji wa magari lazima waongeze urefu wa vile vya shabiki. Hata hivyo, wakati wa kupanuliwa, kasi ya mzunguko iliyopatikana mwishoni mwa blade itakuwa ya juu sana kwamba vibrations zisizohitajika zitatokea. Unahitaji visu vya feni ili kupunguza kasi, na ndivyo kisanduku cha gia kinavyotumika. Injini kama hiyo inaweza kuwa juu hadi asilimia 16, kulingana na Pratt & Whitney. uchumi mkubwa wa mafuta na asilimia 50. uzalishaji mdogo wa moshi na ni asilimia 75. kimya. Hivi majuzi, SWISS na Air Baltic zilitangaza kuwa injini zao za jeti za mfululizo wa GTF C hutumia hata mafuta kidogo kuliko ahadi za mtengenezaji.

Injini ya PW1100G-JM kwenye mstari wa uzalishaji

Jarida la TIME liliita injini ya PW1000G kuwa moja ya uvumbuzi 50 muhimu zaidi wa 2011 na moja ya uvumbuzi sita ambao ni rafiki wa mazingira, kwani Pratt & Whitney PurePower imeundwa kuwa safi, tulivu, yenye nguvu zaidi na kutumia mafuta kidogo kuliko injini za ndege zilizopo. Mnamo mwaka wa 2016, Richard Anderson, aliyekuwa rais wa Delta Air Lines, aliita injini hiyo "ubunifu wa kwanza wa kweli" tangu Dreamliner ya Boeing ifanye mapinduzi ya ujenzi wa mchanganyiko.

Akiba na kupunguza uzalishaji

Sekta ya anga ya kibiashara hutoa zaidi ya tani milioni 700 za kaboni dioksidi kila mwaka. Ingawa ni karibu asilimia 2 tu. uzalishaji wa kaboni dioksidi duniani, kuna ushahidi kwamba gesi chafu katika mafuta ya ndege zina athari kubwa katika angahewa kama zinatolewa kwenye miinuko ya juu.

Watengenezaji wakuu wa injini wanatafuta kuokoa mafuta na kupunguza uzalishaji. Mshindani wa Pratt CFM International hivi majuzi ilianzisha injini yake ya hali ya juu inayoitwa LEAP, ambayo maafisa wa kampuni wanasema inatoa matokeo sawa na turbofan iliyolengwa kwa gharama ya suluhisho zingine. CFM inadai kuwa katika usanifu wa kitamaduni wa turbofan, manufaa sawa yanaweza kupatikana bila uzito ulioongezwa na kuvuta kwa treni ya nguvu. LEAP hutumia vifaa vyenye uzani vyepesi na vile vile vya feni za kaboni ili kufikia maboresho ya ufanisi wa nishati ambayo kampuni inasema yanalinganishwa na yale yaliyofikiwa na injini ya Pratt & Whitney.

Kufikia sasa, maagizo ya injini za Airbus kwa A320neo yamegawanywa takriban sawa kati ya CFM na Pratt & Whitney. Kwa bahati mbaya kwa kampuni ya mwisho, injini za PurePower zinasababisha shida kwa watumiaji. Ya kwanza ilionekana mwaka huu, wakati upoaji usio sawa wa injini za GTF ulirekodiwa katika Qatar Airways Airbus A320neo. Baridi isiyo na usawa inaweza kusababisha deformation na msuguano wa sehemu, na wakati huo huo kuongeza muda kati ya ndege. Kama matokeo, shirika la ndege lilihitimisha kuwa injini hazikidhi mahitaji ya kufanya kazi. Muda mfupi baadaye, mamlaka ya usafiri wa anga ya India ilisimamisha safari za ndege 11 za Airbus A320neo zinazoendeshwa na injini za PurePower GTF. Kulingana na gazeti la Economic Times, uamuzi huo ulikuja baada ya ndege inayotumia Airbus GTF kupata hitilafu tatu za injini katika muda wa wiki mbili. Pratt & Whitney wanapuuza matatizo haya, akisema ni rahisi kushinda.

Shabiki wa kielektroniki wa Airbus

Mwingine mkubwa katika uwanja wa injini za ndege, Rolls-Royce, anatengeneza Power Gearbox yake, ambayo ifikapo 2025 itapunguza matumizi ya mafuta katika turbofans kubwa kwa 25%. ikilinganishwa na mifano ya zamani ya aina inayojulikana ya injini ya Trent. Hii, bila shaka, inamaanisha shindano jipya la muundo wa Pratt & Whitney.

Waingereza pia wanafikiria juu ya aina zingine za uvumbuzi. Wakati wa onyesho la hivi majuzi la Singapore Airshow, Rolls-Royce ilizindua IntelligentEngine Initiative, ambayo inalenga kuendeleza injini za ndege zenye usalama na ufanisi zaidi kupitia uwezo wa kuwasiliana na kila mmoja na kupitia mtandao wa usaidizi. Kwa kutoa mawasiliano endelevu ya njia mbili na injini na sehemu nyingine za mfumo ikolojia wa huduma, injini itaweza kutatua matatizo kabla hayajatokea na kujifunza jinsi ya kuboresha utendakazi. Pia wangejifunza kutokana na historia ya kazi zao na injini nyingine, na kwa kiasi kikubwa wangelazimika kujirekebisha wakiwa safarini.

Hifadhi inahitaji betri bora zaidi

Dira ya Usafiri wa Anga ya Tume ya Ulaya 2050 inataka kupunguzwa kwa uzalishaji wa CO.₂ kwa asilimia 75, oksidi za nitrojeni kwa asilimia 90. na kelele kwa asilimia 65. Hawawezi kufikiwa na teknolojia zilizopo. Mifumo ya umeme na mseto-umeme ya mseto kwa sasa inaonekana kama mojawapo ya teknolojia ya kuahidi kukabiliana na changamoto hizi.

Kuna ndege za taa za umeme za viti viwili kwenye soko. Magari ya mseto-umeme ya viti vinne yapo kwenye upeo wa macho. NASA inatabiri kwamba katika miaka ya mapema ya 20, aina hii ya usafiri fupi, ya viti tisa itarejesha huduma za usafiri wa anga kwa jamii ndogo. Wote huko Uropa na Amerika, wanasayansi wanaamini kuwa ifikapo 2030 inawezekana kujenga ndege ya mseto-umeme yenye uwezo wa hadi viti 100. Hata hivyo, maendeleo makubwa yatahitajika katika uwanja wa hifadhi ya nishati.

Hivi sasa, wiani wa nishati ya betri haitoshi. Walakini, haya yote yanaweza kubadilika. Bosi wa Tesla Elon Musk alisema kwamba mara betri zitakapokuwa na uwezo wa kutoa saa 400 za wati kwa kilo, na uwiano wa nguvu ya seli kwa uzito wa jumla ni 0,7-0,8, ndege ya kielektroniki inayovuka bara itakuwa "mbadala ngumu." Kwa kuzingatia kwamba betri za lithiamu-ioni ziliweza kufikia msongamano wa nishati wa 113 Wh/kg mwaka 1994, 202 Wh/kg mwaka 2004, na sasa zinaweza kufikia takriban 300 Wh/kg, inaweza kudhaniwa kuwa ndani ya muongo mmoja ujao. itafikia kiwango cha 400 Wh / kg.

Mradi wa teksi ya hewa ya viti viwili ya Kitty Hawk ya umeme

Airbus, Rolls-Royce na Siemens hivi majuzi zilishirikiana kutengeneza kionyeshi cha kuruka cha E-Fan X, ambacho kitakuwa hatua muhimu mbele katika usogeshaji wa umeme wa mseto wa ndege za kibiashara. Onyesho la teknolojia ya mseto ya E-Fan X inayotarajiwa kuwa -Shabiki X itasafiri kwa ndege mnamo 2020 baada ya kampeni ya kina ya majaribio ya ardhini. Katika awamu ya kwanza, BAe 146 itachukua nafasi ya injini moja kati ya nne na injini ya umeme ya MW XNUMX. Baadaye, imepangwa kuchukua nafasi ya turbine ya pili na motor ya umeme baada ya kuonyesha ukomavu wa mfumo.

Airbus itawajibika kwa muunganisho wa jumla pamoja na uendelezaji wa umeme wa mseto na usanifu wa udhibiti wa betri na ushirikiano wake na mifumo ya udhibiti wa ndege. Rolls-Royce itawajibika kwa injini ya turbine ya gesi, jenereta ya megawati XNUMX na umeme wa umeme. Pamoja na Airbus, Rolls-Royce pia itafanya kazi kurekebisha feni kwa nacelle iliyopo ya Siemens na motor ya umeme. Siemens itatoa motors za umeme za MW XNUMX na mtawala wa umeme wa umeme, pamoja na inverter, kubadilisha fedha na mfumo wa usambazaji wa nguvu.

Vituo vingi vya utafiti kote ulimwenguni vinafanya kazi kwenye ndege za umeme, pamoja na NASA, ambayo inaunda X-57 Maxwell. Mradi wa teksi ya hewa ya viti viwili ya umeme ya Kitty Hawk na miundo mingine mingi ya vituo vikubwa, makampuni au vituo vidogo pia vinatengenezwa.

Ikizingatiwa kwamba muda wa wastani wa maisha wa ndege za abiria na mizigo ni takriban miaka 21 na 33, mtawalia, hata kama ndege zote mpya zinazozalishwa kesho ni za umeme, ingechukua miongo miwili hadi mitatu kukomesha ndege zinazotumia nishati ya mafuta.

Kwa hivyo haitafanya kazi haraka. Wakati huo huo, nishati ya mimea inaweza kupunguza mazingira katika sekta ya anga. Wanasaidia kupunguza utoaji wa hewa ukaa kwa asilimia 36-85. Licha ya ukweli kwamba mchanganyiko wa nishati ya mimea kwa injini za ndege zilithibitishwa mnamo 2009, tasnia ya anga haina haraka kutekeleza mabadiliko. Kuna vikwazo na changamoto chache za kiteknolojia zinazohusiana na kuleta uzalishaji wa nishatimimea katika viwango vya viwanda, lakini kikwazo kikuu ni bei - inachukua miaka kumi zaidi kufikia usawa na nishati ya kisukuku.

Ingia Katika Wakati Ujao

Wakati huo huo, maabara zinafanyia kazi dhana za injini za ndege za siku zijazo. Hadi sasa, kwa mfano, injini ya plasma haina sauti ya kweli sana, lakini haiwezi kutengwa kuwa kazi za kisayansi zitakua kitu cha kuvutia na muhimu. Visukuma vya plasma hutumia umeme kuunda sehemu za sumakuumeme. Wanakandamiza na kusisimua gesi, kama vile hewa au argon, ndani ya plasma - hali ya joto, mnene, yenye ionized. Utafiti wao sasa unaongoza kwa wazo la kuzindua satelaiti kwenye anga ya juu (visukuma vya ioni). Hata hivyo, Berkant Goeksel wa Chuo Kikuu cha Ufundi cha Berlin na timu yake wanataka kuweka wasukuma wa plasma kwenye ndege.

Madhumuni ya utafiti huo ni kutengeneza injini ya plasma ya ndege-hewa ambayo inaweza kutumika kwa safari za kupaa na za urefu wa juu. Injini za ndege za plasma kwa kawaida zimeundwa kufanya kazi katika hali ya utupu au shinikizo la chini ambapo usambazaji wa gesi unahitajika. Hata hivyo, timu ya Göksel ilijaribu kifaa chenye uwezo wa kufanya kazi hewani kwa shinikizo la angahewa moja. "Nozzles zetu za plasma zinaweza kufikia kasi ya hadi kilomita 20 kwa sekunde," Göckel anasema katika mfululizo wa mkutano wa Journal of Fizikia.

Injini ya SABER kwenye gari la hypersonic la siku zijazo

Kuanza, timu ilijaribu visukuma vidogo vyenye urefu wa milimita 80. Kwa ndege ndogo, hii itakuwa hadi elfu moja ya kile timu inaona kuwa inawezekana. Kikwazo kikubwa, bila shaka, ni ukosefu wa betri nyepesi. Wanasayansi hao pia wanazingatia ndege mseto, ambapo injini ya plasma itaunganishwa na injini za mwako wa ndani au roketi.

Tunapozungumza kuhusu dhana bunifu za injini ya ndege, tusisahau SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) iliyotengenezwa na Reaction Engines Limited. Inachukuliwa kuwa hii itakuwa injini inayofanya kazi katika anga na katika utupu, inayoendesha kwenye hidrojeni ya kioevu. Katika hatua ya awali ya kukimbia, oxidizer itakuwa hewa kutoka anga (kama katika injini za kawaida za ndege), na kutoka urefu wa kilomita 26 (ambapo meli hufikia kasi ya miaka milioni 5) - oksijeni ya kioevu. Baada ya kubadili hali ya roketi, itafikia kasi ya hadi Mach 25.

HorizonX, mkono wa uwekezaji wa Boeing unaohusika katika mradi huo, bado haujaamua jinsi SABER inaweza kuutumia, isipokuwa kwamba inatarajia "kutumia teknolojia ya kimapinduzi kusaidia Boeing katika harakati zake za kukimbia kwa kasi kubwa."

RAMJET na scramjet (injini ya ndege ya hali ya juu yenye chumba cha mwako) kwa muda mrefu imekuwa kwenye midomo ya mashabiki wa anga ya juu. Hivi sasa, zinatengenezwa hasa kwa madhumuni ya kijeshi. Walakini, kama historia ya anga inavyofundisha, kile kitakachojaribiwa katika jeshi kitaenda kwa anga ya kiraia. Yote inachukua ni uvumilivu kidogo.

Video ya Rolls Royce Intelligent Engine:

Rolls-Royce | Ubunifu katika IntelligentEngine