turbofan jet motorlarının gelişimi havacılık haline geldi, hava yolculuğu daha hızlı, daha verimli ve daha önce hiç olmadığı kadar sürdürülebilir hale geldi.Şu anki motorların ilk ham prototiplerinden ve önümüzdeki propulsion sistemlerine kadar görünüyor.

Turbofan Teknolojisinin Kökenleri

En erken jet motorları turbojets idi, bu da sadece yüksek seviyeli bir akıştan uzaklaştırır ve yüksek hızlarda basit ve etkili olsa da, turbojetler doğal olarak subsonik hızlarda verimsizdir ve önemli bir gürültü mühendisleri yakında ana motordaki bir fanla birlikte yuvarlanmayı başardılar ve daha düşük bir hızda daha büyük bir hava kütleli bir hava akışına hareket ederek.

Birleşik Krallık'ta ilk ciddi çalışma, ABD'de, Sir Frank Whittle'ın ekibi, Almanya'da, Hans von Ohain'in da benzer fikirleri araştırdığı sırada, 1950'lerin bu pratik turbofanların üretimine girmesiyle birlikte başladı.

Atlantik'te Pratt & Whitney JT3D turbofan'ı geliştirdi, JT3C turbojet'i bir türeledi ve Boeing 707 ve Douglas DC-8'i takip edecek olan yüksek frekanslı devrim için sahneyi atladı.

Erken Tasarımlar ve Zorluklar

İlk turbofans nesli başarılı bir şekilde, birkaç dışlanmış zorlukla karşı karşıya kaldı. Bypass oranları düşüktü (tipik olarak 0.3:1 ve 2.0:1) çünkü daha yüksek oranlar daha büyük, daha ağır fan diskler ve daha güçlü bant yapıları gerektiriyordu. 1960'ların malzemeleri -muhtemelen alüminyum ve çelik alaşımları - sınırlı fan çapında ve rotasyon hızıydı.

Gürültü özellikle akut bir problemdi. Yüksek basınçlı jet egzozları çekirdekten şiddetli bir şekilde serin fan havasıyla, yoğun hear-katlı gürültüyü protesto eden toplumlar ve 1960'ların sonlarında, gelişmiş tedavilerin zemin çalışmasını sağladılar. Motor üreticileri akustik ketenleri tanıtarak yanıt verdi ve daha uzun nacelller gürültüyü kaynakta azalttı.

Bir başka büyük meydan okuma, fanın mekanik tasarımıydı. Erken hayranlar ağır ve yorgunluğa eğilimli olan sağlam metal bıçakları kullandı. Aerodinamik kayıplar, fan ipucu ve kök üstü daha da yüksek seviyelere taşımaya başladı.

Turbofan Motorlarında Modern Yenilikler

Bugünün büyük turbofan motorları 10:1 veya daha yüksek oranlarda, fan çapında 130 inç (3.3 m) aşarak elde ederler. Bu motorlar malzeme bilimi, aerodinamik ve dijital kontrolleri harikadır. Onları mümkün kılan yenilikler dört temel alana gruplanabilir: gelişmiş malzemeler, değişken geometri, dijital kontroller ve azaltım.

Gelişmiş malzemeler ve İmalat

Belki de en dramatik gelişme malzemelerde olmuştur. Modern fan bıçakları genellikle karbon-fibre-reinforced kompozitlerden yapılır, örneğin GE90 ve GEnx motorlarında geliştirilen hafif kompozit bıçaklar. Bu bıçaklar hem metal öncekilerinden daha güçlü hem de daha hafiftir, daha büyük bir fan çapları orantılı bir ağırlık cezası olmadan hayatta kalır.

Motor çekirdeğinin içinde, türbin bıçakları, seramik malzemelerin erime noktasını aşarak karşı karşıya kalır. Bu teknolojiler, 1700 °C'nin üzerindeki tek kristal dökümün bir kombinasyonudur - bu da metali zayıflatan tahıl sınırlarını ortadan kaldırır - ve betonu iç soğutma pasajlarını hangi kompresörün hava akışlarını azaltır.

Katkı üretimi (3D baskı) şimdi 20 ila 1 arasında parça sayını azaltmak için kullanılıyor ve RollsRoyce Trent 1000 daha önce makineye katkı sağlamadı. Örneğin, GE'nin LEAP motoru, 20 ila 1 arasında parça sayısını azaltan 3D baskılı yakıt nozlarını kullanıyor ve daha az ağırlık veriyor.

Geometri ve Gelişmiş Aerodinamik

Değişken fan bıçakları henüz yaygın değildir, ancak değişken inlet kılavuz vanes ve değişkeni Rotary'deki vanes standarttır.Bu motorun farklı uçuş aşamaları için hava akışı ayarlamasına izin verir, çalışma zarfı boyunca marj ve verimliliği artırır.

Bir dişli turbofan kavramı, Pratt & Whitney tarafından PW1000G (PurePower) ailesi tarafından yönlendirilen, mimaride bir adım değişikliği temsil eder. fan ve düşük basınçlı türbin arasında bir azalma işlemine ek olarak, turbofan artık yüksek, aerodinamik olarak en uygun bir hızda çalışır.

Full Authority Digital Engine Control (FADEC)

Modern turbofans, FADEC sistemleri tarafından yönetilir ve her şeyi pompalanan pozisyondan gaz ısısını çıkarmaya olanak sağlar. FADEC yakıt akışını, değişken geometriyi ayarlar ve uçuş başına milyonlarca kez kanama sağlar, optimal performans, güvenilirlik ve azaltım pilot iş yükü sağlar. Ayrıca, bakım ihtiyaçlarını tahmin etmek için sağlık değerlendirme yapan veri, bakımsız zemin süresini kısaltmasına izin verir.

Gürültü Azaltım Teknolojileri

Uçak gürültüleri, Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü (ICAO) ve FAA. Turbofan üreticilerinin Aşama 4 ve Aşama 5 (Chapter 14) gürültü limitleri ile tanışmaları için bir cephane geliştirdiler. Chevrons - nacelle ve çekirdek egzoz kenarlarında çok yönlü desenler - sıcak ve soğuk akışların karıştırılması, jet gürültüyü azaltmak için bir çözüm geliştirdiler.

Hava çerçevesinde motor yerleştirme de önemlidir. Boeing 787 ve Airbus A350 gibi modern geniş ölçekli uçaklarda, trafik daha da dramatik bir şekilde arttı.

Ticari Havacılıkta Etkisi

Düşük uçlu motorlardan gelen değişim, bu kazançtan sorumlu turbofanlar ile şu anda mümkün: BoeingX gibi modern ikiz havayolu şirketi, dört ila 50 yıl önce gerekli olan yolcu taşıma kapasitesine sahip olan 16.000 km.

Düşük yakıtlar doğrudan karbon dioksit emisyonlarını azaltır. Aynı zamanda, yanma teknolojisindeki gelişmeler, turbofanların %80'ine kadar, turbofanların erken turbofanlarla kıyasla % 80'e kadar azaltılmalıdır ve katılımcı emisyonlar daha iyi yakıt atomizasyon yoluyla azaltılmıştır.

Ekonomik etki eşit derecede önemlidir. Düşük yakıt maliyetleri ve daha yüksek dağıtım güvenilirliği, havayoluların daha ucuz fiyatlar sunabilmesine izin verdi, hava seyahatini demokratikleştirmek için yılda 100 milyondan fazla büyüdü - turbofan'ın verimliliği olmadan bir büyüme mümkün olurdu.

Turbofan Teknolojisinin Geleceği

Altı on yıl boyunca rafineriye rağmen, turbofan motorları hala gelişme için oda var. Araştırma ve geliştirme çabaları üç cepheye yoğunlaşıyor: artan atlama oranı daha da fazla, sürdürülebilir havacılık yakıtlarını (SAF) entegre etmek ve hibrid elektrikli veya tam elektrikli mimarlıkları araştırmak.

Ultra-HighBypass-Ratio (UH-BR) Tasarımlar

CFM International RISE (Revolutionary Innovation for Sustainable Engines) programı ve Pratt & Whitney GTF Avantajı, hedef indirme oranları 15:1 ila 20:1 arasında daha büyük hayranlar elde etmek için, motor üreticilerin daha açık bir şekilde bir marka haline getirilmesi – çok kısa, stilize edilmiş bir fanatik olarak kalması ve 20 $ 'a girebilmeleri için.

Alternatif mimariler, düşük basınçlı kompresörün kilo ve parça saymasına izin vermek için kullanılan turbofan içerir: Seramik matrix kompozitler (CMC) zaten shrouds ve liners'da kullanılır ve geri dönüş parçalarına göre daha yüksek türbin sıcaklıklarına izin verebilir.

Sürdürülebilir Havacılık Yakıtları ve Hidrojen

Soğutma yakıtları (SAF) atık yağlarından elde edilen temiz hava yakıtları, tarımsal kalıntıları veya sentetik süreçler, geleneksel jet yakıtına kıyasla% 80 oranında yaşam döngüsü CO2 emisyonlarını azaltabilir. Turbofans bugün SAF karışımlarıyla tamamen uyumlu ve birçok havayolu şirketi SAF kullanımı artırmak için kararlıdır.

Hidrojen yanması daha radikal bir seçenek. Airbus, hidrojen destekli bir uçak için planlar açıkladı, bu da yüksek sıcaklıklarda NOx'i yakmaya yardımcı olabilir ve kontrol eden komplikeli hidrojen, AE2100 motorda da hidrojen yakmasını gerektirir.

Hybrid-Elektrik Propulsion

Hibrit elektrikli sistemler, bir jeneratörü sürmek için bir gaz türbini kullanır, bu da kameraları kullanan elektrikli motorlara güç verir. Bu, düşük basınçlı türbinden gelen fanı ikiye katlar, Aura Aero ve Kalp Havacılık Uzayı dahil olmak üzere her bileşeni en iyi şekilde çalıştırmasına izin verir. E-Fan X projesi, Airbus, Rolls-Royce ve Siemens arasında bir işbirliği, programdan 2 MW hibrit elektrikli güç kullanarak 2020'de sona ermiş.

Büyük havayolu şirketleri için tam elektrikli uçuş, batarya enerji yoğunluk sınırları nedeniyle uzak bir umut olsa da, hibrit elektrikli sistemler 2030'ların sonlarında 50-100 koltuk uçak için hazır olabilir. Bu tasarımlar hala pompanın çoğu için turbofan çekirdeğine güvenebilirdi, ancak elektrikli motor yakıt yakma ve gürültüyü azaltacaktır.

turbofan jet motorunun evrimi çok fazla. 1940'ların ilk fan fikirlerinin, yarının gelişmiş dişli ve açık kaynaklı kavramlarına göre, her nesil bana verimli gelişmeler verdi ve çevresel performans için.