مستقبل أولترا - هيغ - بيجي توربفان إنجينز في الطيران الطويل

مستقبل أولترا - هاي - بيباز توربفان في الطيران الطويل

وتقف الطائرات ذات الفتحة الطويلة في مفترق طرق، وتزيد تكاليف الوقود وتشديد أنظمة الانبعاثات، والطلب على الركاب في رحلات أكثر هدوءاً، وتدفع شركات التصنيع إلى إعادة التفكير في تصميم المحركات، ومن بين أكثر التكنولوجيات تحولاً في الأفق هي محركات النقل الجوي فوق المرتفع (UHB) التي تعدها هذه المركبات بتخفيض حروق الوقود بواسطة أرقام مضاعفة(10).

ما هي أولترا هيج بيباز توربفان إنجينز؟

وفهما للاضطرابات الناجمة عن اليورانيوم العالي التربفان، يساعد على الإدراك أولاً للهيكل الأساسي للتوربفان، ففي توربفان، يرتفع المروحة الكبيرة في الجبهات الأمامية في الهواء، ويزيد جزء من الزهرة " الأساسية " من الشاحن، والمضخم، والتربوين إلى توليد الدافع، بينما تتعدى نسبة التجويف المتبقية على القاع، وتتدفق عبر ممر حول المحرك(1).

ويصبح المروحة في هذه النسب منتجاً للدفع المهيمن، ويتوفر المحرك الأساسي أساساً لحمل المروحة، التي تنقل كمية هائلة من الهواء في أقل سرعة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة في الدفع، حيث يولد الهواء أبطأ من العجلات العالية السرعة، ويزيد من كفاءة المفرقعات التي تنمو فيها محرك الطائرة المروحة إلى 130 محركاً.

كما أن محركات الطائرات المروحية من طراز UHB تتضمن سمات متقدمة مثل هياكل توربفان الموجهة، ورموز المروحيات المتغيرة، وحالات المعجبين المركبة، ويتيح التصميم الموجه للمروحة التناوب على أساس أبطأ وأمثل سرعة من الاضطرابات المنخفضة الضغط، وتحسين الكفاءة، والحد من عدد المحركات المضغوطة والمراحل الاضطراباتية.

المزايا للطيران الطويل الأجل

تحسين كفاءة الوقود

أما المحرك الرئيسي لمحركات الطائرات فوق البنفسجية فهو اقتصاد الوقود، إذ يمكن للمحرك الذي يتراوح بين 12 و1 درجة أن يحرق الوقود بنسبة 10 إلى 15 في المائة أقل من محرك 9:1، وارتفاع النسب يدفع الوفورات إلى 20 في المائة أو أكثر، وبالنسبة للرحلات الجوية الطويلة التي تستهلك آلاف غالونات من وقود الطائرات لكل رحلة، فإن التخفيض بنسبة 10 في المائة يمكن أن يترجم إلى ملايين الدولارات في المدخرات السنوية لكل طائرة.

المنافع البيئية

وقد التزمت صناعة الطيران بانبعاثات كربونات صافية الـ 050 بحلول عام 2050 من خلال مبادرات مثل CORSIA وخط الطريق المستدام لوقود الطيران، وفي حين أن القوات المسلحة السودانية ستؤدي دورا، فإن تحسين كفاءة المحرك الحرارية والدافعة هو أكثر المستويات إلحاحا، وتخفض محركات الـ UHB ثاني أكسيد الكربون لكل ميل من الركاب بنسبة 15 إلى 20 في المائة مقارنة بالمحركات التي تحل محلها.

تخفيض عدد الأفراد

ولا تزال الضوضاء المجتمعية حول المطارات تشكل تحديا كبيرا في العلاقات التنظيمية والعامة، حيث إن محركات الهاب الكبدي تكون أكثر هدوءا لأن المروحة تحرك كميات كبيرة من الهواء في أقل سرعة، مما يقلل الضجيج - المصدر المهيمن أثناء الإقلاع، بالإضافة إلى أن تصميمات المروحة المتقدمة ذات المقاييس الجيوبائية المشبوهة وأجهزة التصفير الصوتية في المنطقة البحرية من الضوضاء المخففة(20).

القدرات الموسعة على الراينج والحمولة

وتترجم كفاءة الوقود بدرجة أكبر إلى طاقة أطول أو أعلى من الحمولة، إذ إن شركة طيران تطير بطائرة بوينغ 777X بمحركات جي 9اكس (نسبة السفر إلى 10:1) تشهد بالفعل ميزة وقود بنسبة 10 في المائة على الـ 777-300 وحدة خفض الانبعاثات، وقد تؤدي محركات الجيل القادم من هذه المركبات إلى زيادة ذلك، مما يسمح للطائرات بأن تطير طرقا مثل لندن - بيرت أو نيويورك - سينغابور غير متوقفة على أساس كامل من حيث توجد حاجة إلى نقل الركاب.

التحديات والابتكارات التكنولوجية

الحجم والتكامل

إن أكبر تحد لمحركات الطائرات فوق البنفسجية هو حجمها المادي، ويعني مقياس المروحة الذي يتراوح بين 130 و150 بوصة أن المحرك لا يمكن أن يزيل الأرض إلا على معدات الهبوط الاعتيادية الواسعة النطاق، مما يدفع مصممي الطائرات إلى رفع المحركات فوق الجناح، واستخدام معدات الهبوط الأقصر، أو اعتماد تشكيلات جديدة مثل ناسيلات الطائرات التي تتجاوز أجنحتها أو التي ترتفع فيها الفول، ويضيف مثال على ذلك.

الوزن والمواد

كما أن المحركات التي تستخدمها شركة UHB تعتمد على مواد متقدمة لتحميل الوزن، كما أن المحركات المركبة التي تستخدم في صنعها هي التي تُحد من السائل المركب، وتُمكن من زيادة التركيز في المصفوفة المركبة التي تحملها شركة جيوب في النسيج، وتُحد من مستويات الحرارة العالية التي تُستخدم في الأشعة فوق البنفسجية، وتُحدث هذه المثانة في التصميمات المركبة.

Gearbox Reliability

وتحتاج تصميمات توربفان المزروعة إلى صندوق للعتاد الكواكبي يقلل سرعة المعجبين مقارنة بالتربين المنخفض الضغط، ويجب أن يتصدى هذا الصندوق لتصلب هائل يصل إلى ٠٠٠ ٣٠ حصان مقابل عشرات الآلاف من ساعات الخدمة، وتشهد شركة برات " ويتني " مشاكل في مجال الإسنان المبكر مع صندوق معدات PW1000G، مما يؤدي إلى إزالة المواد في الخدمة وصناعة المحركات الصقل.

Aerodynamics and Fan Blade Design

وفي نسب التجاوزات فوق المرتفعة، يجب أن يعمل المروحة بكفاءة عبر مجموعة واسعة من ظروف الطيران - من سيارة أجرة منخفضة السرعة إلى رحلات بحرية عالية الارتفاع، كما أن المروحيات المتميزة (على النحو المستخدم في " جي 9X " ) تتيح تعديل الزوايا المسدودة من أجل الأداء الأمثل، ولكن تضيف تعقيداً ووزناً.

الإدارة الحرارية

وتدل النسب المرتفعة على أن جزءا أكبر من الدافع يأتي من المروحة، ولكن يجب أن يظل المحرك الأساسي يعمل في درجات حرارة عالية من أجل الكفاءة الحرارية، كما أن إدارة الرفض الحراري من نظام النفط، وصناديق التروس، والعناصر الإلكترونية تصبح أكثر صعوبة مع زيادة كثافة المحرك، ويجري تطوير نظم متقدمة للإدارة الحرارية، بما في ذلك الزيت والوقود في إطار المغسلة الحرارية، لإبقاء درجات الحرارة في حدود آمنة.

التوقعات المستقبلية: برامج الهندسة الرئيسية

General Electric GE9X and Beyond

أما نظام " جي 9كس " العام، الذي يتحكم في السفينة " بوينغ 777X، فهو القائد الحالي بين الاضطرابات الكبيرة التي تبلغ نسبة التفافية 10:1، وهو يُعدّ نصلاً مركباً، وشظايا من طراز CMC، ونسبة ضغط إجمالية قدرها 27:1، غير أن الفريق قد بدأ بالفعل العمل على الجيل التالي " متظاهر " يمكن أن يصل إلى 12:1 أو أكثر.

رولز رويس أولترافان

وقد اتخذت شركة رولز رويس أشجع خطوة عامة مع متظاهرها من طراز Ultrafan، وهي تربفان موجه نحو نسبة تجويف تبلغ 15:1، ويستخدم المحركات مروحة مركبة ذات 3D من الديناميكية الهوائية، وتربين منخفض الضغط، وجهاز لتوليد الطاقة الكهربائية قادر على نقل أكثر من 000 70 كيلو متر مربع من المواد الكيميائية في المستقبل.

Pratt " Whitney GTF Evolution

ولا يعتمد برنامج " بيتني " ، الذي يشكل الآن جزءا من برنامج " RTX " على نجاحه في قوة العمل العالمية، وتقوم الشركة بتطوير جيل جديد من هذه القوة بهدف تطبيقات ضيقة النطاق وطويلة الأجل، وستتضمن هذه الدراسة ارتفاعا في نسبة المحركات الالتفافية (12-13:1) والمحركات المتطورة المركبة، وتركيزة مصممة على الترددات المنخفضة الضغط، كما تتعاون شركة برايت مع شركة " ناسا "

CFM International Reverse GE/Safran Joint Venture

وتسيطر منظمة CFM الدولية، وهي مشروع مشترك بين الفريق العامل المعني بالتنوع البيولوجي والصفران، على سوق الشبهات بمحرك الشبكة (النسبة 11:1) بالنسبة للرحلة الطويلة، كانت إدارة المواد الكيميائية غير موجودة تاريخيا، غير أن شركة Safran بصدد وضع مفهوم واسع النطاق لمحرك UHB في إطار " Open Rotor " أو " Ultra-High Innovation Bypass with Varitrice.35

الأثر على الخطوط الجوية والمسافرين

انخفاض تكاليف التشغيل وتقلبات الوقود

وبالنسبة للخطوط الجوية، فإن اعتماد محركات الطائرات فوق البنفسجية هو استثمار وثقوب ضد تقلب أسعار الوقود، وقد تكون التكلفة الأولية لمحرك جديد أعلى من النماذج الحالية بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة، ولكن وفورات دورة الحياة الناجمة عن حروق الوقود تعوض ذلك بسهولة خلال بضع سنوات، كما يمكن للخطوط الجوية أن تضمن شروطا أفضل لتمويل الطائرات التي ثبتت كفاءة استخدامها، ويجب على مخططي الأسطول أن ينظروا في التدريب وقطع الغيار والهياكل الأساسية للتعهدات، ولكن قضية شركة النقل التجاري العامة مُجبرة على القيام بها.

الامتثال والاحتكار البيئي

فالضغوط التنظيمية التي تمارسها منظمة الطيران المدني الدولي، وضرائب الاتحاد الأوروبي على 55، والضرائب الوطنية على الكربون تجعل من الضروري وجود محركات منخفضة الانبعاثات، فالخطوط الجوية التي تعمل بطائرة من طراز UHB يمكن أن تسوق نفسها كشركات نقل " خضراء " ، ويمكن أن تُدفع أجرة من المسافرين المدركين للبيئة، كما أن تكاليف التعويض عن الكربون أقل عندما تكون انبعاثات خط الأساس أقل، وعلى سبيل المثال، فإن شركة طيران تعمل بخمسين من طراز A350 من الأطناًاًاً من الأطناً من الأطناً من الأطناًاً من الأطنان من مركبات ثاني أكسيد الكربون المركبة من ثاني أكسيد الكربون (A350 من طراز COHB)

تجربة المسافرين

كما أن سيارات النقل الجوي غير المباشر تنتج تقلبات منخفضة الترددات وأقل ارتفاعا في عدد الرحلات الجوية مما يقلل من الإهمال، كما أن انخفاض الضوضاء يعني أيضا انخفاض الحاجة إلى نظم صرف الضوضاء المباشرة النشطة في الصمامات، كما أن الركاب الذين يقتربون من الجناح سيلاحظون اختلافا كبيرا أثناء السحب والتسلق، بالإضافة إلى أن تحسين كفاءة استخدام الوقود قد يؤدي إلى انخفاض أسعار تذاكر السفر في المستقبل على مر الزمن.

الصيانة والاعتماد

وتطرح محركات الحامض النووي تحديات جديدة في مجال الصيانة، إذ إن مجموعة المعدات، إذا كانت موجودة، تتطلب إجراء إصلاح ورصد دوريين للحطام النفطي، أما شفرات التفاح المركبة، فهي أكثر عرضة للضرر الناجم عن ضربات الطيور أو الأجسام الأجنبية؛ ولا تزال إجراءات الإصلاح قيد التنقيح، غير أن ارتفاع نسبة التجاوزات يقلل من الضغوط الحرارية على النواة، التي يمكن أن تمتد من الزمن على الجناحين بين الهكلاء.

الاستنتاج: خط مستدام

إن محركات التربفان المتجهة عبر الحدود العالية تمثل أكثر التكنولوجيات واعدة في الأجل القريب للحد من البصمة البيئية للطيران مع تحسين الاقتصاد، حيث تبلغ معدلات السفر الالتفافية 20:1، فإن هذه المحركات ستجعل الرحلات الجوية الطويلة أكثر استدامة وهدوءا وأكثر تكلفة، ولا ينبغي معالجة الطريق دون عقبات - وزن، والتكامل، وموثوقية العتاد، وتكاليف التصنيع(35).

For further reading:] NASA’s ]HyTEC program explores advanced core technology. rolls-Royce provides technical specifications on the Ultrafan demonstrator.