مستقبل القفزة فوق العالي نسبة الغازات في توربينات في التجارة الطيران

مستقبل شركة Ultra-High Bypass Gas Turbines في الطيران التجاري

وتقف صناعة الطيران التجارية على مفترق طرق حرجة، حيث يتوقع أن تضاعف السفر الجوي العالمي خلال العقدين القادمين، وتواجه شركات الطيران والمصنعين ضغوطا شديدة للحد من حروق الوقود، وانخفاض الانبعاثات، وتقليص آثار الضوضاء، وأحد أكثر التكنولوجيات تحولا التي تعالج هذه المطالب هو نسبة التجاوزات العالية التي تُستخدم في تصميم أجهزة التحكم بالغاز، وتصبح هذه المحركات التي تحرك أحجاما كبيرة من التحولات حول الجوهر.

ما هي "أولتا هيج بيباج" "النسبيو غاز توربينز"؟

ويتكون محرك توربان في أبسطه من جوهر )الكاتب، والمحرقة، والتربة( ومروحة كبيرة في المقدمة، ويسحب المروح في الهواء؛ ويدخل جزء في صميم الاحتراق، بينما يتجاوز الباقي القاع ويعجل بالعودة إلى الاتجاه الإنتاجي، بينما تبلغ نسبة التجاوزات في الهواء ما يتجاوز الرقم الضيق للخلية ١.

ولتحقيق هذه النسب، يزيد المصممون بشكل كبير من حجم المروحة بينما يتقلصون من النواة بالمقارنة بإطار المروحة، وقد يكون مروحة محرك UHBR 3-4 متراً عبره - أكبر من حجم ضخ العديد من الطائرات الإقليمية، مما يؤدي إلى ارتفاع كبير جداً في تدفق الهواء البطيء، وهو ما يمثل في جوهره أكثر كفاءة في توليد الدفع من سرعة أصغر في سرعة تدفق العادم.

How the Bypass Ratio Affects Performance

وتؤثر نسبة التفاف مباشرة على ثلاثة مقاييس رئيسية: استهلاك معين من الوقود، والضوضاء، وهبوط الرؤوس، ويخفض معدل سرعة العادم، مما يحسن من كفاءة الحركات الدافعة )القدرة التي تحول بها المحرك الطاقة إلى دفعة للأمام( ونظرا لأن حرق الوقود يتناسب تقريبا مع أوقات الدفع السريع، ويخفض سرعة الازدحام عن طريق زيادة تدفق الازدواج من الوقود

رسوم ثانوية Ultra-High Bypass Ratio Engines

كفاءة الوقود غير المتوقعة

أما المحرك الرئيسي لتنمية الطائرات غير المصفحة فهو اقتصاد الوقود، بالمقارنة بالمحركات التي كانت موجودة في التسعينات (BPR:5:1)، فإن تصميمات الطائرات من طراز UHBR تحقق نسبة تتراوح بين 15 و25 في المائة من مركبات الكربون الصغيرة الحجم، وتتيح في مسارات تشغيل الطائرات ذات الترددات الكبيرة الطويلة مثل نيويورك إلى طوكيو أو لندن إلى سنغافورة، التي تترجم إلى ملايين الدولارات في المدخرات السنوية لكل طائرة، ويأتي التحسن من ارتفاع نسبة المركبات إلى ارتفاع معدل الضغط الإجمالي،

انخفاض الانبعاثات وتأثيرها البيئي

ونظرا لأن محركات الأشعة فوق البنفسجية تحرق الوقود أقل من كل كيلومتر، فإنها تنتج بصورة تناسبية ثاني أكسيد الكربون (CO2). وينتج انخفاض بنسبة 15 في المائة في حروق الوقود انخفاضا مباشرا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وعلاوة على ذلك، فإن انخفاض درجات حرارة العادم وزيادة الاحتراق بالزي الرسمي يمكن أن يقلل من تكوين أكسيد النيتروجين (NOx) الذي يسهم في تركيبة الأوزون على مستوى الأرض وفي تكوين محركات محرك متطورة، مثل خط الأساس(ب)

تخفيض كبير في عدد الأفراد

ولا تزال الضوضاء المجتمعية حول المطارات تشكل تحدياً رئيسياً في مجالي التنظيم والرسوم العامة، إذ إن محركات اليورانيوم العالي التحلل تنتج في جوهرها ضوضاء أقل من سرعة العادم، وهي المصدر الرئيسي للزرار أثناء الإقلاع، كما أن المعجبين الأكبر يسمحون بتباطؤ سرعة المروحة في اتجاه معين، مما يقلل من الضجيج النسوي والضجيج الحساسة في المطارات (المرتفعة على إمكانية الازلة))

تحسين أداء الصدأ والأداء الحاد

وعلى الرغم من المساحة الجبهية الكبيرة للمحركات التي تستخدمها الطائرات فوق البنفسجية، فإنها توفر نسب عالية من الدافع إلى الوزن عند بلوغ الحد الأمثل، وقدرة المروح على نقل كميات هائلة من الهواء تعني أن المحرك يمكن أن ينتج دفعا كبيرا حتى على ارتفاعات عالية حيث تكون كثافة الهواء منخفضة - نظاما تكافح فيه المحركات القديمة، مما يؤدي إلى تحسين أداء الرحلات الجوية، مما يتيح للطائرات أن تطير على ارتفاع أعلى وأكثر كفاءة من حيث الوقود، مع الحفاظ على هوامشات.

تطور معدلات التجاوزات في الطيران التجاري

)أ( من أجل تقدير ما تم توجيهه من محركات اليورانيوم-الثانية/الثانية( )الثانية عشرة إلى الثانية عشرة من القرن الثالث( )الثانية عشرة من النص الإنكليزي(

والآن، فإن محركات مثل Rolls-Royce UltraFan (تستهدف BPR 15:1) و) GE.XA100 (للعسكريين ولكن مع الرؤوس المدنية) تمثل الحدود التالية.

التكنولوجيات الرئيسية التي تمكن من تشغيل محركات UHBR

المواد والتدوينات المتقدمة

ويستلزم تشغيل درجات الحرارة في التركبينية التي تتجاوز 000 2 كيلوغرام (100 1 كيلوغرام) والضغوط فوق 60 الغلاف الجوي أداء ماديا استثنائيا، وتعتمد محركات اليورانيوم-البرو على المصفوفات الخزفية، التي تشكل ثلث وزن السكك الحديدية ويمكن أن تصمد درجات الحرارة المرتفعة دون التبريد النشط.

Power Gearboxes and Geared Fan Architecture

ويستخدم جهاز توليد الطاقة الكهربائية في توربوفان، وهو جهاز من المحركات ذات السرعة العالية، ويستخدم جهاز الترميز السريع في نفس نظام ريبل ف، ويستخدم جهازاً من نوع " ويد رول ف " ، ويستخدم جهازاً من المحركات ذات السرعة العالية، ويستخدم جهازاً من نوع " العجلات " ، ويستخدم جهازاً من أدوات التنظيف ذات السرعة العالية، ويستخدم جهازاً متأصلياً متأه، ويبياً متأه، ويبياً.

Variable-Pitch Fan Blades

ومن أجل زيادة تحسين الأداء خارج التصميم، تضم بعض محركات الطائرات المروحية المتغيرة، وبتعديل الزاوية الملتوية، يمكن للمحرك أن يحقق أقصى قدر من كفاءة المعجبين أثناء الإقلاع والتسلق والرحلة السياحية والنسب، مما يلغي الحاجة إلى آلية عكسية (تعكس دلو أو كاكاديم) لأن المتغير يمكن أن يعكس اتجاه تدفق الهواء ببساطة.

الأيروديناميات المتقدمة والتخفيف من حدة النواة

وتستلزم رموز المظاهرات المصممة للطائرات غير المصفحة ثلاثية الأبعاد ديناميات متطورة للسائل المحوسب والهيروفولات ذات الأنف المنخفض، وتواجه البقع الملوّنة والمطهرة ومفاهيم ابتلاع الطوابق الحدودية خسائر وضجيجية، وتخفض أجهزة التصفير الصوتية داخل المجمعات المصورة للناجم، وتواجه أجهزة التزييف في الضوضاء العادمة.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

التكامل والإطار الجوي

إن مقياس المحركات الهائلة للطائرات فوق البنفسجية - التي كثيرا ما تكون أكبر من صمامات الطائرات - يتطلب تعديلات كبيرة في إطار الطائرات، وبالنسبة للمحركات التي ترفع جوا، يعني ذلك معدات هبوط أثقل لتوفير التطهير الأرضي )الحدائق التي ترتفع في ال ٧٧٧ مع محركها جي - ٩(، ومن أجل تركيب أجهزة التعبئة، يجب أن تصبح المحركات ذات الرؤوس ذات الارتفاعية أكبر.

تكاليف التصنيع والصيانة

وتحتوي محركات الطائرات فوق البنفسجية على مئات المكونات المعقدة والدقيقة التي يتم صنعها من السبيكات والمركبات الغريبة، وتزيد تكلفة التصنيع لكل محرك كثيرا عن تكلفة الأجيال السابقة - ويقال إن " جي 9كس " تكلف أكثر من 40 مليون دولار للوحدة، كما أن الصيانة والإصلاح والإصلاح والإصلاحات والإصلاحات أكثر تكلفة نظرا لضرورة وجود أدوات متخصصة، وتقنيات مهرة، وطول فترات الاحتياز.

البنية التحتية والمطارات

وقد لا تلائم محركات الطائرات الكبيرة من طراز UHBR معدات الدعم الأرضية الموجودة في المطار، مثل القضبان المتحركة، والجسور الداخلية، وشاحنات إزالة الألغام، كما أن ارتفاع مستويات الدفع يمكن أن يفجر الحطام في كابينة أو يلحق أضرارا بالهياكل المجاورة، وقد تحتاج المطارات إلى تعزيز السطح المائي، وتوسيع نطاق عمليات التخليص على الطرق التاكسي، والاستثمار في وحدات الطاقة الأرضية الجديدة، وستتطلب الوكالات التنظيمية مثل القوات المسلحة الاتحادية ووكالة الفضاء الأوروبية شهادات مقاومة

الإدارة الحرارية والتبريد

ومع ارتفاع معدلات الضغط عموما، يصبح الهواء المستخرج من المضغط ساخنا للغاية، ويمكن أن يتجاوز ذلك حدود النظم التقليدية التي تستخدم في الضغط على الكابينات ومضادات القمح، إذ يلزم أن تكون نظم الإدارة الحرارية المتقدمة، مثل آلات الدراجات الجوية أو مبادلات الحرارة المخصصة، لتهدئة الهواء النزيف قبل دخول الطائرة، وبالمثل، يجب التحكم بعناية في هواء التبريد التربيني، مع استخدام ممرات داخلية مضافة.

الأثر البيئي والاستدامة

وقد التزمت صناعة الطيران بانبعاثات الكربون الصافية بمقدار 2050 في إطار فريق العمل المعني بالنقل [FAG]]، وتخفض محركات اليورانيوم-البرو جزء حاسم من هذا الطريق، إلى جانب الوقود المستدام للطيران والهيدروجين والكهرباء بنسبة تتراوح بين 15 و20 في المائة من كفاءة الوقود، مما يقلل بشكل مباشر من حجم المواد الكيميائية المتوافقة مع هذه المادة.

وفيما يتجاوز ثاني أكسيد الكربون، فإن التأثيرات غير ثاني أكسيد الكربون - ولا سيما المخالفات والثدي - تحظى باهتمام متزايد، وقد تؤدي درجات حرارة العادم المنخفضة في المحركات إلى الحد من التكرار، في حين أن المكثفات المتقدمة تقطع النيتروجين من النيتروز، إلا أن بعض الدراسات تشير إلى أن المعجبين الكبار جداً يمكن أن يسببوا مزيداً من الاضطرابات، مما قد يؤثر على معايير فصل الطائرات.

الآثار الاقتصادية للخطوط الجوية والمصانع

وبالنسبة للخطوط الجوية، فإن قرار اعتماد الطائرات المجهزة بالطائرة غير المجهزة بالطائرات ينطوي على مقايضة معقدة، إذ يجب أن يُقيَّم ارتفاع سعر الشراء وتكاليف الصيانة على وفورات الوقود، التي تتوقف على أسعار النفط وهيكل الطرق، وفي الطرق الطويلة الأجل، يمكن أن تكون فترة السداد أقل من ثلاث إلى خمس سنوات، أما بالنسبة للعمليات القصيرة الأجل، فإن الفوائد تتناقص لأن المحركات تمضي وقتا أطول في ارتفاع تكاليف الإدارة الضريبية والتسلقة البيئية.

Manufacturers like Airbus and Boeing] are aligning their future aircraft programs around UHBR motors. Airbus’ next-aisle (like in the 2030s) will almost certainly be powered by an open-roduct or very

الابتكارات المستقبلية: ما بعد البنك الدولي للمهندسين

وفي حين أن المحركات التي يُحملها الاتحاد تمثل المستقبل القريب، فإن الصناعة تقوم بالفعل باستكشاف مفاهيم تدفع نسب التفاف إلى الحد النهائي لها، فبرنامج " ستي - تي - تي " (SFLT:0) " (SFLT:1) " (الابتكارات الثورية للمحركات المستدامة) يستهدف هيكلاً من المعجبين يتعدى 50:1.

ويمكن أيضاً أن تزيد النظم الكهربائية الهجينة من محركات اليورانيوم المنزف، وباستخدام محركات كهربائية لحمل المروحة أو مساعدة الجوهر أثناء ذروة التحميل، يمكن تخفيض حرق الوقود بقدر أكبر مع تمكين سيارات الأجرة ذات الانبعاثات الصفرية.

مسارات التنظيم والتصديق

وتحتاج أنواع المحركات الجديدة إلى الحصول على شهادات من وكالات مثل وكالة الفضاء الاتحادية )الجزء ٣٣( ووكالة الفضاء الأوروبية )CS-E(. أما بالنسبة لمحركات اليورانيوم العالي التحلل، فإن السمات الجديدة - صناديق الترس، ومراوح المتغيرات، والمركبات الكبيرة، والمواد المتقدمة - يجب اختبارها بدقة من أجل السلامة الهيكلية، وطرق الفشل، والتحمل، كما يجب أن تستوفي المحركات معايير الانبعاثات )الفرع ١٠/الفصل السادس عشر( ومتطلبات القبول )منظمة الدولية(.

International cooperation, such as the Clean Sky and IATA’s Sustainable Aviation Fuel] initiatives, helps harmonize standards and accelerate development. Governments also provide funding through programs like the EU’s Horizon Europe

خاتمة

أما بالنسبة لشركات النقل الجوي التي تعمل بالطائرة، فإن هذه المركبات لن تحقق سوى تحسن تدريجي في تصميم المحركات - فهي تمثل تحولا في النموذج الذي تولده الطائرات التجارية للدفع - إذ أن هذه المحركات ستوفر قدرا كبيرا من الطاقة الكهربائية في المناطق المنخفضة السرعة - وتخفض الانبعاثات، وتضع حدا للأهداف البيئية والاقتصادية لصناعة الطيران - بينما تظل التحديات في مجال تصنيع المعدات الطويلة(77).