ما هو فتح روتور إينجينز؟

والمحركات الدوارة المفتوحة، المعروفة أيضا باسم المعجبين غير المختطفين، تمثل خروجا جذريا عن التراب العالي التجويف الذي يهيمن على الطيران التجاري اليوم، خلافا للتربفان التقليدي، حيث يقوم ناسيل كبير بربط شفرة المروحة، فإن محركا دائريا مفتوحا يترك زوجا من الصفوف الصاريفة المضادة للصدمات، ويزيل نتيجة الدفعات الكبيرة التي تولدها الدفعات الوعية، مما يسمح بالتك.

وهذا المفهوم ليس جديداً، ففي الثمانينات، قام مصانعو المحركات مثل الجنرالات الكهربائية والبروت وويتني باختبار تصميمات رواد مفتوحة خلال أزمة النفط، ولكن الوقود الرخيص والتحديات المستمرة في الضوضاء قد ألغت التكنولوجيا، واليوم، فإن الحاجة الملحة إلى إزالة الكربون قد أعادت الاهتمام، كما أن الأدوات الحاسوبية الحديثة والمواد المركبة المتقدمة، وتقنيات التشكيل المصفوفة المصفّرة الجديدة قد جعلت من المحركات عملية إلى حد أبعد.

ونظرا لعدم وجود ناسيل لاحتواء المروحة، فإن جوهر المحرك نفسه يمكن أن يكون أصغر وأخف، فالدوار المفتوح يعمل بمعدل ضغط أقل من المروحة المتحركة، مما يقلل من استهلاك الوقود، غير أن الافتقار إلى قناة يعني أن المحرك يجب أن يوضع بعناية على الحاسوب الجوي، وغالبا ما يكون مركبا في مؤخرة الصمام أو على الأجنحة التي تحمل مقياسا مصمما لتقليل التفاعل الصارخ والهيكل.

المنافع البيئية

والمزايا البيئية الرئيسية لمحركات الرواد المفتوحة هي انخفاض كبير في حروق الوقود، وتشير الدراسات الصناعية وبرامج المتظاهرين إلى أن الدوار المفتوح الحديث يمكن أن يقلل استهلاك الوقود بنسبة 20 إلى 30 في المائة مقارنة بأكفأ توربانات اليوم، مثل محركات التركس وشبكة جيناكس، وهذا يترجم مباشرة إلى تخفيض متناسب في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وبما أن الطيران يمثل نحو 2.5 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، وهو تغيير في التكنولوجيا يخفض الوقود.

وبالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، فإن استهلاك الوقود المنخفض يعني عددا أقل من أكسيد النيتروجين (NOx) وخامسا يُطلق في الجو العلوي، كما أن جوهر محرك الدوار المفتوح يعمل في درجة حرارة أقل من التوربين لأن المروحة تحتاج إلى طاقة أقل مما يقلل من تكوين أكسيد النيتروز الحراري، كما أن نسبة الضغط الأصغر تسمح للمحرك بإدارة السائل المزود بالكهرباء، مما يقلل من إنتاج الروسيت.

ولا تزال الضجة تمثل تحدياً، ولكنها ليست مشكلة، إذ كان المتظاهرون الدوارون المفتوحون في وقت مبكر من الثمانينات صاخباً، مما أدى إلى ظهور " مضخة " غير مقبولة بالنسبة للمجتمعات المحلية في المطار، وقد أحرز المهندسون اليوم تقدماً ملحوظاً، حيث إن استخدام معايير متطورة في مجال الفضاء الإلكتروني، والفصل غير المتساوي، وتقنيات الإلغاء النشطة للضوضاء، أحدث أنواعاً من أنواع الضوضاءات المفتوحة التي تنتج عنها

دورة الحياة الانبعاثات والاستدامة

فبعد الانبعاثات التشغيلية المباشرة، توفر محركات الدوار المفتوحة دورة حياة أكثر استدامة، وتستخدم مواد خام أقل من ذلك لأن هناك ناتيل كبيرة أو موصلاً للدبابات أو خطاً صوتياً يتطلب عادةً ألومنيوم، ومركبات، وعناصر أرضية نادرة، كما أن انخفاض وزن المحرك يقلل أيضاً من البصمة الكربونية للصناعة والنقل، وعلاوة على ذلك، يمكن تصميم اللوحات نفسها من أجل إعادة تدوير مركب النهائي.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، تواجه محركات الدوار المفتوحة مجموعة من العقبات التقنية والاقتصادية والتنظيمية التي يجب حلها قبل اعتماد تجاري واسع النطاق، وهذه التحديات ليست تافهة، ولكن هذه التحديات تعالجها بنشاط وكالة ناسا وبرنامج الطيران النظيف التابع للاتحاد الأوروبي، ونظم إدارة المحركات.

الضجة والتأشيرة

إن التضليل هو أكثر العائق الذي يشار إليه، فرغم أن تصميمات الشفرة الحديثة أكثر هدوءاً من النماذج الأولية للثمانينات، فإن القضبان المفتوحة لا تزال تولد ضوضاء أكثر من المعجبين المختطفين، ولا سيما في سرعة الهواء المنخفضة وخلال الإقلاع، كما أن التفاعل بين صفائح الثرثرة المضادة للصدمات ينتج نبضات ضغط دورية يمكن أن تبدو مثل "منشار"

التعقيد الهندسي والاستمرارية

كما أن أي دوارة مفتوحة تعمل تحت حمولات حرائق مركزية وهروبية، ويجب أن تكون هذه الشفرة خفيفة ومع ذلك متسمة بالقدر الكافي لمقاومة الرعي والزلاج، كما أن المواد المركبة مثل البوليمرات المروحية التي تعمل في إطار من الكربون، بالإضافة إلى المتغيرات التي تصيب التيتانيوم في مقاومة التحات، هي التيارات الأمامية الحالية، ولكن هذه الأشكال الكبيرة والمتذبة والثلاثة من التغير لا تزال صعبة.

شهادات المنشأ

(ب) أن تكون عملية التصديق على محرك مفتوح للدوار عملية متعددة السنوات تتطلب معايير جديدة لصلاحية الطيران، ولدى وكالة الطيران الاتحادية ووكالة الطاقة الأسترالية أنظمة قائمة لأجهزة الدفع ومحركات الاضطرابات، ولكن الدوار المفتوح لا يلائم أي فئة من الفئات، كما أن أنظمة الاحتواء المصفوف تشكل تحدياً: إذا كانت المحركات تعمل بالصوت، فلا يجب أن يسمح لها باختراق الصمام أو صهاريج الوقود.

تركيبة الحاسوب الجوي

ويقصد بمقياس الطوابق المفتوحة )حتى ٤ - ٥ متر( أنه لا يمكن تركيبه تحت جناح طائرة صغيرة دون أن يضرب الأرض أو يتطلب معدات هبوط طويلة جدا، بل إن أكثر التركيبات عملية هي في السطو، على غرار محركات الفول السوداني V2500 و CFM56 على متن الطائرة MD-80، ويحدث هذا الموقع انحرافات هيكلية أكبر:

مقارنة مع تكنولوجيات التبشير الأخرى

ومن المفيد، لفهم المكان الذي يناسب فيه المتناوبون المفتوحون، مقارنة بينهم وبين خيارات أخرى للطيران المستدام.

  • () Turbofans:] Currentoriented turbofans (e.g., Prat & Whitney GTF) achieve about 16% better fuel efficiency than the previous generation. Open rotors promise additional gains of 10-15% over the GTF, but at the cost of higher noise and integration complexity. For long-haul routes, the open rotor’s advantage
  • Turboprops:] Turboprops are highly efficient at low speeds and short distances but lose efficiency above Mach 0.6.
  • (ب) إن انتشار البطاريات الكهربائية في البطاريات يفتقر حالياً إلى كثافة الطاقة اللازمة للرحلات التجارية التي تتجاوز بضع مئات من الكيلومترات، ويمكن أن تمتد نظم الطاقة الكهربائية من هذا النطاق، ولكن وزن السيارات الكهربائية والبطاريات يعوض بعض المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة.
  • ]Hydrogen Combustion:] Hydrogen combustion motors produce no CO2, but storing hydrogen requires either high-pressure tanks (bulky) or cryogenic temperatures (energy- intensive)

The Future of Open Rotor Technology

وقد أصبح المسار إلى محركات الرواد المفتوحة التجارية أكثر وضوحاً، كما أن برنامج الطيران المسؤول بيئياً التابع للرابطة والمبادرة الأوروبية بشأن السماء النظيفة 2 قد مولا بحوثاً واسعة النطاق، وفي عام 2021، أطلق الفريق العامل المعني بالفضاء الجوي برنامجه ] المتظاهر المفتوح إلى المروحة ، مع خطط لاختبار محرك كامل في منتصف العشرينات، وهو مشروع مشترك بين مؤسسة الفاو الدولية.

(أ) درست الطائرات مفاهيم الدوار المفتوحة لخلفها لأسرة A320، المعروفة باسم " A320 التالية " أو " ZeroE " () Airbus ZEROe، وهي تشمل الآن مفهوماً للدوار مفتوحاً من أربعة محركات يحرق الهيدروجين، بينما يُظهر أن تشكيلة الدفع المفتوحة تعتبر قابلة للنجاح في الوقت نفسه.

المواد والابتكارات الصناعية

وللتغلب على تحديات التحمل والتكاليف، يتحول الباحثون إلى التصنيع المضاف والمركبات المتقدمة. ويمكن أن تؤدي الأجزاء المعدنية ذات الطابع 3D إلى خفض عدد المكونات في آلية التبادلات الجاهزة، وأن تتيح قنوات التبريد الداخلية المعقدة في التربين العالي الضغط، وأن تؤدي عمليات نقل الألياف الآلية إلى إنتاج عالي الجودة وذوي الأثر المنخفض من الخرسانة الكبيرة.

الانجازات المتعلقة بخفض الانبعاثات

تقنية واعدة هي "صفيفة" مراقبة الضوضاء، حيث يُدخل المتكلّمون المجهريون في موجات مضادة للنووية أو البولون التي تلغي النغمات المميزة للدوار، و الأخرى "المُتطوّرة الصاروخية" مثل ريش البوم، التي تُحطّم تواتراً كبيراً إلى أصوات أقلّ هدوءاً.

الآثار الاقتصادية للخطوط الجوية

وبالنسبة للخطوط الجوية، فإن الجذب الرئيسي لمحركات الدوار المفتوحة سيكون أقل من تكاليف الوقود، ففي سيناريو يمكن أن تبلغ فيه أسعار النفط الخام 80-100 دولار للبرميل الواحد، فإن تخفيض حروق الوقود بنسبة 25 في المائة يمكن أن يترجم إلى وفورات كبيرة لكل طائرة في السنة، أي ملايين الدولارات، ولكن هذه الوفورات يجب أن تُقيَّد على تكاليف الصيانة المرتفعة، ولدى المتسابقين أجزاء أكثر تحريك (آلية تغيير الغبار، صفين من الصاريف) من أجل توفير خدمات الصيانة التنافسية.

خاتمة

إن محركات الدوار المفتوحة ليست رصاصة فضية للأثر المناخي للطيران، ولكنها واحدة من أكثر المحركات قوة المتاحة في النموذج الحالي للتربين الغازي، إذ إن إمكاناتها لقطع استهلاك الوقود بنسبة ٢٠ إلى ٣٠ في المائة لا تضاهيها أي تحسن تطوري آخر، والتكنولوجيا أقرب بكثير من نظم الدفع البديلة مثل خلايا الوقود الهيدروجينية أو الطائرات الكهربائية الكاملة.

إن التزام صناعة الطيران بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصافية بحلول عام ٢٠٥٠ يتطلب حافظة من الحلول: الوقود المستدام للطيران، والكفاءة التشغيلية، وتعويضات الكربون، وتصميمات جديدة للإطار الجوي، ويمكن لمحركات الرواد المفتوحة أن تحقق مكاسب مباشرة وملموسة في الكفاءة دون انتظار ثورة في الطاقة الهيدروجينية أو الكهربائية، ونظرا لأن محركات المتظاهرين تتطور إلى السماء والأطر التنظيمية، فإن الدوار المفتوح سيتحول إلى ملامح لدى وصول الجيل الضيق والصغير.