محرك طائرة بدوار مفتوح: فرصة ضائعة لروسيا
أمثلة على وضع محرك طائرة مروحي توربيني واعد.
فتح الدوار
أحلام المديرين من طيران من الصعب للغاية الحفاظ على الصناعة في حدود الآداب العامة. في الخارج ، يعتقدون بجدية أنه بحلول عام 2050 ، سيصبح الطيران العالمي محايدًا للكربون ، أي أن الطائرات لن تنتج ثاني أكسيد الكربون الزائد على الإطلاق. بتعبير أدق ، لن تختفي الانبعاثات في أي مكان ، ولكن سيتم تعويضها بأنواع جديدة من الوقود ، وكذلك عن طريق الالتقاط المباشر لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
قصة يبدو سخيفًا بعض الشيء - على مدى السنوات الخمس الماضية ، زاد الطيران العالمي من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار الثلث2. على الرغم من ذلك ، تبنت منظمة الطيران المدني الدولي (المعروفة باسم ICAO) قرارًا في سبتمبر الماضي يقضي على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
الآن يبدو الأمر رائعًا بعض الشيء ، خاصة في ضوء العملية الروسية الخاصة والعقوبات الدولية. ببساطة ، ما علاقة هذا بروسيا الحديثة؟
الحقيقة هي أن الطيران السيئ السمعة المحايد للكربون ، مهما كان شكله ، سوف يستولي عاجلاً أم آجلاً على مطارات العالم. وقد يتضح أن MS-21 و SSJ-100 الجديد في غضون خمسة عشر أو عشرين عامًا لن يُسمح لهما بدخول مطارات الصين وتركيا. ستكون المحركات "قذرة" للغاية. كل ما تبقى هو شراء معدات طائرات في الخارج ، وهو أمر مستبعد للغاية ، أو إطلاق حاملات طائرات من دول صديقة.
تخطط منظمة الطيران المدني الدولي للتخلص التدريجي من انبعاثات الكربون أكثر من مرة - ومن المقرر التشديد التالي للمعايير في عامي 2026 و 2037. إن التطلع إلى المستقبل مهمة غير مجدية ، لكن السفر الجوي ينمو بنسبة 3-5 في المائة كل عام ، وهو ما سيزيد بحلول عام 2050 من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محركات الطائرات بمقدار 3 إلى 3,5 مرة مقارنة بعام 2020.
لا ينبغي التفكير بجدية في محركات الهيدروجين المحايدة الكربون والمحركات الكهربائية المزودة بمراوح - فهذه تصميمات ثورية للغاية. المستقبل بالتأكيد للحلول التطورية التي ستسمح على الأقل بالاقتراب جزئيًا من أوهام منظمة الطيران المدني الدولي. واحد من هؤلاء ، بالطبع ، هو محرك الطائرة المروحي التوربيني أو propfan ، وهو منتج معقد لتطور المحرك التوربيني.
الميزة الرئيسية لـ "الدوار المفتوح" لـ CFM International هو الصف الثاني الثابت للشفرات.
تاريخيًا ، ارتبط ظهور البروبفان بأزمة النفط في السبعينيات ، مما دفع بناة المحركات إلى البحث عن مخططات اقتصادية. يختلف البروبفان المفتوح عن المحرك التوربيني الكلاسيكي بعدد كبير من الشفرات وشكل خاص.
إذا كان ذلك متوافقًا تمامًا مع الكتاب المدرسي ، فيمكن اعتبار البرغي أداة حماية إذا كان هناك أكثر من ثمانية شفرات ، وتبدو مثل السيوف في المخطط. هذا يسمح لك بتقليل السرعة ، حتى لا تصل إلى سرعات تفوق سرعة الصوت ، مما يؤدي إلى "تأثير القفل" ، أي انخفاض حاد في الكفاءة. من خلال زيادة عدد الشفرات ، ليست هناك حاجة لزيادة قطر المروحة ، وهو أمر مفيد لتخطيط الطائرة.
على الورق ، تسمح لك المروحة المفتوحة بتوفير ما يصل إلى 20-30 في المائة من الوقود ، مع تساوي كل الأشياء الأخرى. يتم تحقيق ذلك فقط من خلال مستوى ضوضاء كبير. على سبيل المثال ، المحرك التوربيني D-27 ، الذي تم تطويره في أواخر الثمانينيات في مكتب التقدم للتصميم في زابوروجي ، والذي حصل في عام 80 بالكاد على شهادة النوع للضوضاء على الأرض ، ممتاز. كان من المفترض أن يتم تركيب المحرك تحت جناح النقل An-2005.
لم تكن الطائرة ولا المحرك على قيد الحياة لفترة طويلة. تمامًا كما لم يعد NK-93 على قيد الحياة - تم تطوير محرك طائرة ذات مروحة توربينية مغطاة للنقل العسكري الواعد Il-106 في مجمع Samara العلمي والتقني الذي سمي باسمه. كوزنتسوفا.
قد يبدو من الخارج أن المحرك ينتمي إلى محرك نفاث ، فقط بدرجة عالية من الالتفافية. لكن هذا ليس كذلك - المروحة الأمامية بها ثماني شفرات ، والثانية بها عشرة ، والتي تحول المنتج تلقائيًا إلى فئة مراوح توربينية.
NK-93 (أعلى) و D-27
كان من المفترض أن يقلل الغطاء العملاق المحيط بالمروحة من مستويات الضوضاء.
المشكلة الرئيسية في محرك بقوة دفع 18 طن هو قطره ثلاثة أمتار ، مما يجعل من الضروري إعادة النظر بجدية في تصميم الطائرة.
مهما كان الأمر ، فإن روسيا لا تجري حاليًا أعمال تطوير على NK-93 أو نظيرتها ، ناهيك عن إعادة التفكير في تصميم D-27 المحلي. لا يتجاوز موضوع الدوار المفتوح أو المروحة المفتوحة أو البروبفان البحث النظري.
أثناء تواجده في الخارج ، تلقى الكثير من الاهتمام.
ترتفع
اضطر شرط تقليل استهلاك الوقود ، ونتيجة لذلك ، للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، في الخارج لاستدعاء الدوار المفتوح.
منذ صيف عام 2021 ، تعمل الشركة الفرنسية الأمريكية CFM International على مشروع الابتكار الثوري للمحركات المستدامة (RISE). الهدف الطموح هو تقليل استهلاك الوقود بنسبة 20 بالمائة مقارنة بالنظراء الأكثر اقتصادا في الفئة. يقترح المهندسون تطوير منتج معياري قادر على العمل على الهيدروجين ، وكذلك بمروحة مدفوعة بمحرك كهربائي.
تخلى المطورون عن مخطط التشغيل الآلي الذي يكمن وراء جميع أنظمة propfan والمروحة المفتوحة التي تم تطويرها مسبقًا. تم تدوير زوج من المراوح على نفس محور المحرك في اتجاهات مختلفة ، مما زاد من قوة الدفع ، ولكنه زاد بشكل كبير من الضوضاء الديناميكية الهوائية.
هكذا كان الأمر مع D-27 ، ومع NK-93 المغطى ، ومع GE36 الأمريكية و P&W Allison 578-DX ذوي الخبرة.
استطرادا صغيرا.
تأسست CFM International في عام 1974 من قبل شركتين - GE Aviation الأمريكية و Snecma الفرنسية ، وهي شركة تابعة لشركة Safran. لطالما كان لدى الفرنسيين رغبة خاصة في الحلول الغريبة ، ولم يكن "المروحة المفتوحة" استثناءً.
اختبار "المروحة المفتوحة" الذي أجرته شركة Safran في عام 2017. لم تدخل في السلسلة ، على الرغم من أنها وفرت في استهلاك الوقود بنسبة 15٪
في عام 2017 ، أكمل سافران العمل في محرك الدفع التوربيني لمشروع SAGE 2 ، وقد تم الاعتراف بالتصميم على أنه ناجح ، لكن ظروف السوق لم تبشر بنجاح السوق - كانت حلول الإيكاو المحايدة للكربون لا تزال بعيدة. على الرغم من أن 15 في المائة من الكيروسين الذي تم توفيره أثار إعجاب الكثيرين.
والآن تعود CFM International إلى الموضوع ، ولكن هذه المرة تقرر التخلي عن دائرة الدافع والمروحة الثانية على المحور. بدلاً من الدوار الثاني ، توجد دوارات توجيه ثابتة يمكنها فقط تغيير درجة صوتها. كما هو مخطط ، يجب أن يقلل هذا بشكل كبير من اضطرابات تدفق الهواء خلف الدوار الرئيسي.
من المقرر أن تبدأ اختبارات مقعد محرك الطائرة لمشروع RISE في وقت مبكر من عام 2026.
تم تصميم مروحة مفتوحة بقطر أربعة أمتار. هذا ، بالمناسبة ، مرحبًا بكل المشككين الذين دفنوا NK-93 المحلية بمقطعها العرضي البالغ ثلاثة أمتار. لنفترض أن محرك الطائرة لن يصلح لأي مكان. الفرنسيون والأمريكيون يفكرون بشكل مختلف. وفقًا للحسابات ، يجب أن يوفر محرك RISE بقوة دفع تبلغ 13,6 طنًا للناقل نفس ماخ 0,8 مثل المحركات التوربينية عالية الالتفافية التقليدية.
يجب أن يصبح العملاق A-380 مختبرًا طائرًا لـ RISE
الشيء الأكثر غرابة في التاريخ هو الناقل المزعوم لمحرك طائرة واعد.
وافقت CFM International مع شركة Airbus ، وأرسلوا طائرة A-380 كاملة إلى صانعي المحركات. هذه طائرة عملاقة ذات طابقين بأربعة محركات ، وتحمل لقب أكبر طائرة ركاب في العالم. على الرغم من أنه لم يعد ينتج بكميات كبيرة. وتحت جناحها يخططون لتعليق أول محرك تجريبي للطائرة والتحليق في السماء. تقريبًا نفس NK-93 أتقن العمل في الهواء مع مختبر الطيران المحلي IL-76LL في جوكوفسكي.
لأسباب غير معروفة ، تخلى واضعو المشروع عن منصة بوينج 747 للطيران. على الرغم من أن "الجامبوجيت" مزودة أيضًا بأربعة محركات ، مما يضمن الأمان في حالة فشل النموذج الأولي. من السابق لأوانه الحديث عن استخدام "مروحة مفتوحة" في طائرة ذات جسم عريض - فهي ببساطة لا تملك قوة دفع كافية لذلك. يشمل المستهلكون النموذجيون شركة Fokker و Bombardier الإقليمية.
من الناحية المفاهيمية ، لا يُنظر إلى وضع المحركات الضخمة تحت الجناح ، ولكن في المقدمة أعلى قليلاً من حافة الجناح. أو في الذيل ، وهو مفيد بشكل خاص من حيث تقليل الضوضاء في مقصورة الركاب. بالطبع ، المخطط الأكثر تفضيلاً هو الجناح العالي ، كما هو الحال في عائلات An و Il-76.
كما ترون ، قد تصبح طائرات النقل العسكرية حاملة لمحرك طائرات واعد.
على الرغم من الطبيعة المدنية الأولية لمحرك الطائرات ، من الواضح أن RISE سيجد مكانه تحت أجنحة طائرات النقل العسكرية. خاصة إذا تمكن المطورون من الوفاء بوعودهم بشأن سرعات الطيران. مع تساوي جميع العوامل الأخرى ، لن يرفض حتى الجيش توفير استهلاك الوقود بنسبة 20 في المائة.
أضاعت روسيا فرصة أن تكون من بين رواد العالم في تطوير محركات الطائرات ذات المروحة التوربينية. في الغرب ، من الواضح أنهم ينتهزون زمام المبادرة في تخصص ضيق إلى حد ما ، والذي قد يستحوذ في المستقبل على السوق بأكملها.
لكن لم نفقد كل شيء - قبل القبول المخطط له في سلسلة RISE ، لا تزال هناك ثماني إلى عشر سنوات. خلال هذا الوقت ، هناك كل فرصة للحاق بالغرب وتحقيق التكافؤ معه. والعقوبات المفروضة على المهندسين الروس لا تفيد إلا هنا.
معلومات