أثر المناخ أنظمة التغيير المتعلقة بمهندسي الطائرات التصميم والتنمية

Background of Climate Change Regulations

وقد كانت صناعة الفضاء الجوي منذ فترة طويلة عاملا حاسما في الربط العالمي والنمو الاقتصادي، ولكنها تسهم أيضا إسهاما كبيرا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغيرها من انبعاثات غازات الدفيئة، وقد قامت الهيئات الدولية والحكومات الوطنية، خلال العقد الماضي، بتشديد السياسات البيئية التي تستهدف الطيران، ووضعت منظمة الطيران المدني الدولي خطة الحد من مخاطر الكربون وخفضها للطيران الدولي في عام 2016، التي تهدف إلى الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الطموحة من الرحلات الجوية الدولية في عام 2020.

Effects on Jet Engine Design

وقد أعاد الضغط التنظيمي تشكيل كل جانب تقريبا من جوانب هيكل محركات الطائرات، حيث أعطى المصممون الآن الأولوية لكفاءة الوقود وخفض الانبعاثات كعائق أولية، إلى جانب القياسات التقليدية مثل نسبة الدفع إلى الوزن، والقدرة على الاستمرار، وتكاليف الصيانة، وتبحث الأقسام الفرعية التالية مجالات التحول الرئيسية.

المواد المتقدمة والخفيفة

ولتحسين استهلاك الوقود المحدد، تحول المهندسون إلى مواد متطورة ذات وزن خفيف يمكن أن تصمد أمام درجات الحرارة والضغوط القصوى.() وتستبدل مركبات المصفوفة السيرامية بمواد النيكل الخارقة في مكونات البوليفورينات، مثل شلالات التربين والشاحنات، وتخفض وزنها بنسبة 30 في المائة وتتيح درجات حرارة تشغيل أعلى مما يؤدي إلى تحسين كفاءة استخدام مركبات التايلاند (TiberA weight).

تكنولوجيا التعبئة للانبعاثات المنخفضة

وتصبح هذه الحرق الأنظف محوراً للامتثال التنظيمي، وقد انتقلت الصناعة من الحرق التقليدي، والضغط السريع، ومحرقة الطحالب إلى محرقة متقدمة، ونظم احتراق مطورة، وتخفض مستويات التكوينات الفرعية للشعلة في منطقة النيتروجين (التقنية الخاصة بأجهزة التحلل المنخفض) إلى أدنى حد ممكن.

مهندس: توربفانز مطروح وما بعده

وقد أدت الطلبات التنظيمية إلى تحول في هيكل المحرك، حيث أن التربفان الموجه، الذي يتجلى في سلسلة " ويتني " PW1000G التي تصدرها شركة برات، يزيل المروحية من التربين المنخفض الكساد عن طريق مجموعة معدات كوكبية، ويسمح هذا بالتناوب بسرعة أبطأ وأكثر كفاءة في حين أن المحركات المتحركة تتجه نحو سرعة أعلى.

الابتكارات التي تدفعها الأنظمة

وقد عجلت المعايير البيئية المتشددة في البحث في التكنولوجيات التي تتجاوز التحسينات التدريجية، ويسعى المصانع ومؤسسات البحوث بنشاط إلى إيجاد حلول مسببة للاضطرابات.

الهجين والكهرباء

ويجري تطوير نظم الدفع الكهربائية والكهربائية التابعة للاتحاد الأوروبي من أجل الطائرات الإقليمية والقصيرة من أجل القضاء على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المباشرة أثناء الطيران، كما أن متظاهرا ماكسويل من طراز X-57، وخطة أليس الإلكترونية من الانحراف، هما مثالان مبكران، وفي حين أن نطاق كثافة الطاقة الحالية في البطاريات، فإن البنايات الهجينة - التي تُجمع بين توربين الغاز وبين السيارات - يمكن أن تقلل من استهلاك الوقود بنسبة 30 إلى 50.

الوقود المستدام للطيران

وتستلزم الولايات الدائمة لوقود الطائرات المستمد من زيوت النفايات، والنفايات الصلبة البلدية، والمخلفات الزراعية، أو المركب من الهيدروجين الأخضر، وضبطت ثاني أكسيد الكربون، وحلاً متسرباً يمكن أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من دورة الحياة بنسبة تصل إلى 80 في المائة مقارنة بوقود الطائرات التقليدية، وتشهد المحركات المحركات المزودة برخصة بالعمل على نحو 50 في المائة من متجانسات القوى العاملة في القطاع الخاص، وتعمل شركات تصنيع على تحقيق توافق 100 في المائة في إطار برنامج الأغذية العالمي.

تحسين كفاءة المهندسين من خلال الديناميكية الهوائية وعلم الدم الحراري

وبالإضافة إلى المواد والهيكل، أدت الأنظمة إلى حفز التكريرات الهوائية والارتفاع في الحرارة، كما أن ارتفاع نسب التفافية (حتى 12:1 للمحركات الحديثة) يزيد من كفاءة المحركات الدافعة عن طريق الانتقال إلى جو أكثر في أقل سرعة، ويتيح تحقيق درجات الحرارة العالية في المحركات الحاسبية الشكلية المثلى مع انخفاض معدلات الطباعة الطفيلية().

التحديات والتوقعات المستقبلية

وعلى الرغم من هذه الابتكارات، فإن الطريق إلى الامتثال التنظيمي محفوف بالعقبات التقنية والاقتصادية، إذ أن تكاليف تطوير برامج المحرك الجديدة ترتفع إلى بلايين الدولارات، وفترة زمنية لإصدار الشهادات تمتد لعقد أو أكثر، وستظل المواد العالية التمرين ومركبات الكربون الكلورية فلورية باهظة التكلفة لإنتاجها، وتكثيف إنتاجها لتلبية الطلب المتوقع، يتطلب أن يلبى العرض الهائل من الاستثمار في رأس المال - في إطار القوة الخاصة، ما لا يقل عن 0.1 في المائة من الاستهلاك العالمي من الهياكل الأساسية للوقود.

ومع ذلك، لا يزال الزخم التنظيمي يتعزز، إذ أن شركة CORSIA تتحول من مرحلة طوعية إلى مرحلة إلزامية، وتقترح شركة " WG " التابعة للاتحاد الأوروبي " معايير أكثر تشدداً لثاني أكسيد الكربون، وحظراً فعالاً على الطائرات الجديدة التي تروحها الوقود الأحفوري فقط بحلول عام 2035، وتستجيب شركات تصنيع المحرك للعوامل العدوانية: أهداف " دحر - رويس " للانبعاثات الصافية بحلول عام 2050 من خلال مزيج من القوة الدولية للشحن الوقود

إن إدماج أنظمة تغير المناخ في تطوير محركات الطائرات ليس مجرد عملية امتثال؛ بل هو عامل حفاز للتحول التكنولوجي الأساسي، حيث أن السياسات تصبح أكثر صرامة، سيواصل قطاع الفضاء الجوي الابتكار، وسيتحرك نحو مستقبل يقل فيه إنتاج الطائرات ثاني أكسيد الكربون والثعبان النوسفيري لكل كيلومتر من الركاب، وهذا التطور أساسي لتحقيق الأهداف العالمية للمناخ المبينة في اتفاق باريس، وكفالة أن ينمو الطيران على نحو مستدام في العقود المقبلة.

]

" إن الإطار التنظيمي هو أقوى دافع واحد لتكنولوجيا المحرك النظيف، وبدونه، لن تكون الحوافز متسقة لتبرير الاستثمار في البنى الجديدة والوقود الراديكالية " - الدكتور آلان إبشتاين، نائب الرئيس السابق للتكنولوجيا في برات " ويتني ]FLT:1][

For further reading, consult the ICAO CORSIA page, the ]US Department of Energy’s SAF overview, and the Rolls-Royce net-zero roadmap.