ایرباس آزمایش موتورهای فنباز را آغاز میکند تا هوانوردی به کاهش مصرف سوخت برسد
ایرباس توافق کرده است که رهبری آزمایش پروازی یک مفهوم موتور جت فنباز را بر عهده بگیرد؛ مفهومی که در چارچوب برنامه رایز، یعنی نوآوری تحولآفرین برای موتورهای پایدار، توسعه یافته است. این معماری که از سوی سیافام اینترنشنال، سرمایهگذاری مشترک جیای اروسپیس و سفران ایرکرفت انجینز، طراحی شده، پرههای فن را از داخل ناسل محافظ بیرون میآورد تا نسبت کنارگذر افزایش یابد، پسا کاهش پیدا کند و مصرف سوخت بهطور چشمگیری کم شود. در جهانی که پیشبینی میشود طی ۲۰ سال آینده به حدود ۴۰ هزار هواپیمای تجاری جدید نیاز داشته باشد، آن هم عمدتا از نوع تکراهرو، نوآوریهایی از این دست میتوانند نسل بعدی جتهای باریکپیکر را دگرگون کنند.
در آزمایشها تاکنون چه اتفاقی افتاده است؟
پس از اجرای اولیه نمونه آزمایشی در تونل باد، که بیش از دو سال پیش انجام شد، سیافام و سفران بهصورت کمسروصدا روند اعتبارسنجی را شتاب دادند. بر اساس تازهترین بهروزرسانیهای جیای اروسپیس، مهندسان بیش از ۳۵۰ آزمایش قطعه و بیش از ۳۰۰۰ چرخه دوام را روی بخشهای اصلی موتور تکمیل کردهاند. قرارگیری در تونل باد بهتنهایی حدود ۲۰۰ ساعت زمان برد و این برنامه شامل نخستین آزمایشهای بلع گردوغبار در تاریخ پروژههای سیافام بود؛ گامی کلیدی، زیرا در این طراحی سختافزار فن مستقیما در معرض جریان هوا قرار میگیرد.
کارزار آزمایشی ساختاریافته از اعتبارسنجی قطعات منفرد به بررسی دوام در سطح ماژول و سامانه منتقل شد. تاکنون هیچ عقبگرد عمومی اعلام نشده است؛ در عوض، این کنسرسیوم اکنون به نمایشگر پروازی تا پایان دهه چشم دوخته و با ایرباس همکاری میکند تا این پیشرانه را روی یک بدنه واقعی هواپیما نصب و یکپارچه کند.
موتور فنباز چه تفاوتی دارد و چرا مهم است؟
موتورهای توربوفن سنتی، فنهای بزرگ را درون یک ناسل دایرهای جای میدهند. نسبت کنارگذر بالاتر، یعنی هوای بیشتری در اطراف هسته موتور نسبت به داخل آن عبور کند، نقش مرکزی در بهبود بازده حرارتی و کاهش مصرف سوخت دارد. اما قطر ناسل و آیرودینامیک هواپیما محدودیتهای عملی برای اندازه فن ایجاد میکنند. معماری فنباز با قرار دادن پرههای بزرگ فن در جریان آزاد هوا از این محدودیت عبور میکند و امکان دستیابی به قطر مؤثر بسیار بزرگتر فن را بدون ناسلهای نامتناسب یا سنگینتر فراهم میسازد.
مزایا شامل موارد زیر است:
- نسبت کنارگذر بالاتر و کاهش مصرف سوخت ویژه
- کاهش پسای خارجی از طریق هدایت جریان هوا پیرامون هستهای فشرده
- دمای پایینتر هسته موتور و احتمال افزایش عمر قطعات
- مسیرهای خروج آسانتر برای ذرات، آوار و گردوغبار، که فرسایش و تشکیل رسوب را کاهش میدهد
هدف سیافام در برنامه رایز بلندپروازانه است: کاهش حدود ۲۰ درصدی دیاکسید کربن و مصرف سوخت در مقایسه با کارآمدترین موتورهای تکراهروی امروزی. مهندسان پیشبینی میکنند که در صورت ترکیب این فناوری با سوخت پایدار هوانوردی یا هیدروژن، کاهش انتشار در کل چرخه عمر بسیار عمیقتر شود؛ سناریوهای صنعتی در مسیرهای ایدهآل از کاهش تا ۸۰ درصدی سخن میگویند.
مواد، معماری و شباهتها با فناوری خودرو
نمایشگر موتور فنباز از پرههای فن کامپوزیتی فیبرکربنی، آلیاژهای فلزی و قطعات سرامیکی در اطراف هستهای فشرده و پربازده استفاده میکند. این انتخابها بازتاب روندهای رایج در قوای محرکه خودروهای پرعملکرد هستند: کامپوزیتهای سبک برای کاهش جرم، آلیاژهای پیشرفته برای مقاومت حرارتی و سرامیکها برای قطعات دما بالا.
علاقهمندان خودرو و موتوراسپرت این بدهبستانهای مهندسی را بهخوبی میشناسند: افزایش پیچیدگی در یکپارچهسازی قطعات و خنککاری، یعنی مدیریت حرارتی، در برابر جهشی بزرگ در بازده. این ایده شبیه رویکرد طراحان خودروهای مدرن است که موتورهای کوچکشده و پرخوران را با پشتیبانی الکتریکی ترکیب میکنند؛ در اینجا نیز طراحان توربوفن، سامانههای کمکی هیبریدی برقی را برای پشتیبانی در برخی مراحل پرواز بررسی میکنند.
برقیسازی، سامانههای هیبریدی و یکپارچهسازی سیستم
رایز فقط درباره پرههای نمایان نیست. سیافام همچنین با ناسا همکاری کرده است تا نمایشگرهای زمینی یک معماری هیبریدی برقی برای هواپیمای باریکپیکر را آزمایش کند؛ معماریای که موتورهای الکتریکی را با یک توربوفن با نسبت کنارگذر بالا یکپارچه میسازد. این آزمایشها راهبردهای کنترلی و ادغام موتور الکتریکی را اعتبارسنجی کردند؛ فناوریهایی که میتوانند در کنار چیدمان فنباز به کار روند و افزایش توان گذرا، بهبود بازده حرکت روی زمین یا کاهش مصرف سوخت در اوجگیری را ممکن کنند.
از نگاه سامانههای وسیله نقلیه، ترکیب موتور فنباز با کمک الکتریکی مشابه قوای محرکه هیبریدی در خودروهاست: هسته احتراقی بازده پرواز کروز را تأمین میکند، در حالی که سامانههای الکتریکی اوجهای توان و عملیات کمسرعت را مدیریت میکنند و در نتیجه اقتصاد سوخت کلی بهبود مییابد و آلایندگی کاهش پیدا میکند.
عملکرد، نگهداری و جایگاه در بازار
اعداد دقیق عملکرد، فراتر از اهداف اصلی مربوط به مصرف سوخت و انتشار آلایندهها، هنوز در حال تکامل است؛ زیرا پرههای فنباز هنوز با یک هسته دارای گواهی پرواز روی هواپیمای واقعی جفت نشدهاند. با این حال، کارهای اولیه آزمایشگاهی و تونل باد نشان میدهد:
- بهبود چشمگیر اقتصاد سوخت در هواپیماهای تکراهرو
- امکان کاهش هزینههای نگهداری در برخی بخشها به دلیل کاهش تجمع رسوب
- نیاز به رژیمهای تازه نگهداری و بازرسی، زیرا پرههای خارجی در برابر آسیب ناشی از جسم خارجی به شکلی متفاوت از فنهای محصور قرار میگیرند
برای شرکتهای هواپیمایی و سازندگان، جایگاهسازی بازار اهمیت حیاتی خواهد داشت. پذیرندگان اولیه میتوانند از صرفهجویی بزرگ عملیاتی و اعتبار پایداری زیستمحیطی سخن بگویند؛ مزیتهایی قدرتمند در بازاری که نوسان قیمت سوخت، مقررات انتشار آلایندهها و انتظار مسافران برای سفر سبزتر آن را هدایت میکند.
پیامدهای صنعتی و زمانبندی
اگر آزمایشهای پروازی در ادامه این دهه کارایی این مفهوم را ثابت کند، موتورهای فنباز میتوانند در دهه ۲۰۳۰ وارد برنامههای صدور گواهی و ورود به خدمت شوند؛ زمانی که با چرخه نوسازی ناوگان بسیاری از خطوط هوایی همزمان است. همین زمانبندی، فناوری را از نظر تجاری مهم میکند: جتهای تکراهرو ستون فقرات شبکههای کوتاهبرد تا میانبرد جهان هستند و هر بهبود معنادار در بازده، در مقیاس خطوط هوایی مستقیما به کاهش هزینه و کربن تبدیل میشود.
این حرکت همچنین نشان میدهد نوآوری در هوافضا بیش از پیش بازتاب روندهای بخش خودرو است: استفاده میانرشتهای از کامپوزیتهای سبک، برقیسازی، هیبریدیسازی و تمرکز پررنگتر بر انتشار آلایندهها در چرخه عمر.
نکات کلیدی
- مفهوم فنباز رایز در مقایسه با بهترین موتورهای تکراهروی امروزی، کاهش مصرف سوخت تا حدود ۲۰ درصد را ارائه میدهد و در ترکیب با سوخت پایدار هوانوردی یا هیدروژن، کاهش عمیقتری در انتشار آلایندهها ممکن میشود.
- برنامه آزمایشی سیافام بیش از ۳۵۰ آزمایش، حدود ۳۰۰۰ چرخه دوام و ۲۰۰ ساعت حضور در تونل باد را ثبت کرده است؛ ایرباس به پیشبرد مسیر تا نمایش پروازی کمک خواهد کرد.
- مواد بهکاررفته و کار روی کنترل هیبریدی برقی، شباهت روشنی با روندهای مدرن قوای محرکه خودرو دارد: مواد سبکتر، مدیریت حرارتی و کمک برقی.
مهندسان تأکید میکنند: این بازگشت به عقب به سوی ملخها نیست، بلکه بازاندیشی در شیوه جابهجایی حجم زیادی از هوا با بازده بالاتر است. برای دوستداران خودرو که بدهبستانهای مهندسی را درک میکنند، داستان موتور فنباز یادآور دیگری است که پیشرانش وارد عصری تازه شده؛ عصری که در آن آیرودینامیک، علم مواد و برقیسازی به هم میرسند.
ما برنامه رایز را با دقت دنبال خواهیم کرد، در حالی که نمونههای تونل باد جای خود را به نمایشهای پروازی میدهند. وقتی موتورهای فنباز از سختافزار آزمایشگاهی به پیشرانههای دارای گواهی روی جتهای تجاری تبدیل شوند، اثرات موجی آن در سراسر صنعت هوانوردی احساس خواهد شد؛ و حتی در گفتوگوهای طراحی که میان مهندسان دنیای هوافضا و خودرو مشترک است.
Discussion
Leave a Comment