Più veloce, più tranquillu, più pulitu - un novu mutore d'aviò

Risulta chì per cambià assai in l'aviazione, ùn avete micca bisognu di circà novi eliche, disinni futuristi o materiali spaziali. Hè abbastanza à aduprà una trasmissione manuale relativamente simplice ...

Questa hè una di l'innuvazioni più impurtanti in l'ultimi anni. I motori turbofan ingranati (GTF) permettenu à u compressore è u fan di rotà à diverse velocità. L'ingranaggio di u fan drive gira cù l'arburu di u fan, ma separa u mutore di u fan da u compressore di bassa pressione è a turbina. U fan gira à una velocità più bassa, mentre chì u compressore è a turbina di bassa pressione operanu à una velocità più alta. Ogni modulu di mutore pò funziunà à efficienza ottima. Dopu 20 anni di ricerca è sviluppu è circa $ 1000 miliardi in spese di ricerca è sviluppu, a famiglia Pratt & Whitney PurePower PW2016G di motori turbofan era pronta per u serviziu parechji anni fà è hè stata largamente aduttata in l'aviò cummerciale da u XNUMX.

I mutori turbofan muderni pruducenu spinta in dui maneri. Prima, i compressori è a camera di combustione sò situati in u so core. À u fronte hè un ventilatore chì, guidatu da u core, forza l'aria à traversu camere di bypass intornu à u core di u mutore. U rapportu di bypass hè u rapportu di a quantità di aria chì passa per u core à a quantità di l'aria chì passa per ellu. In generale, i rapporti di bypass più elevati significanu mutori più silenziu, più efficaci è più putenti. I motori turbofan cunvinziunali anu un rapportu di bypass di 9 à 1. I motori Pratt PurePower GTF anu un rapportu di bypass di 12 à 1.

Per aumentà u rapportu di bypass, i pruduttori di motori anu da aumentà a durata di e pale di fan. In ogni casu, quandu si stende, a velocità di rotazione ottenuta à a punta di a lama serà cusì alta chì si feranu vibrazioni indesevuli. Avete bisognu di e pale di u fanale per rallentà a velocità, è hè per quessa chì u gearbox hè. Sicondu Pratt & Whitney, un tali mutore pò ghjunghje sin'à 16 per centu. risparmiu di carburante più grande è 50 per centu. menu emissioni di scarico da 75 per centu. tranquillu. Ricertamenti, SWISS è Air Baltic anu annunziatu chì i so mutori jet GTF C-series cunsumanu ancu menu carburante di ciò chì u fabricatore prumesse.

Mutore PW1100G-JM nantu à a linea di produzzione

A rivista TIME hà chjamatu u mutore PW1000G unu di i 50 invenzioni più impurtanti di u 2011 è unu di i sei invenzioni più verdi perchè Pratt & Whitney PurePower hè pensatu per esse più pulitu, più silenziu, più putente è aduprà menu carburante chì i motori jet esistenti. In u 2016, Richard Anderson, allora presidente di Delta Air Lines, hà chjamatu u mutore "a prima vera innuvazione" dapoi u Dreamliner di Boeing hà rivoluzionatu a custruzzione composta.

Risparmiu è riduzzione di emissioni

U settore di l'aviazione cummerciale emette più di 700 milioni di tunnellate di diossidu di carbonu annu. Ancu s'ellu hè solu circa 2 per centu. emissioni glubale di diossidu di carbonu, ci hè evidenza chì i gasi di serra in u jet fuel anu un impattu maiò in l'atmosfera perchè sò liberati à altitudini più altu.

I principali produttori di motori s'impegnanu per risparmià carburante è riduce l'emissioni. U cuncurrente di Pratt CFM International hà introduttu recentemente u so propiu mutore avanzatu chjamatu LEAP, chì i funzionari di a cumpagnia dicenu chì dà risultati simili à u turbofan ingranatu attraversu diverse soluzioni. CFM dichjara chì cù una architettura turbofan tradiziunale, i stessi benefici ponu esse ottenuti senza u pesu aghjuntu è u trascinamentu di u drivetrain. LEAP usa materiali compositi ligeri è pale di fan di fibra di carbonu per ottene miglioramenti di l'efficienza energetica chì a cumpagnia dice chì sò paragunabili à quelli ottenuti cù u mutore Pratt & Whitney.

Finu a data, l'ordine di u mutore di l'Airbus per l'A320neo sò spartuti quasi uguali trà CFM è Pratt & Whitney. Sfurtunatamente per l'ultima cumpagnia, i motori PurePower causanu prublemi per l'utilizatori. U primu apparsu quist'annu quandu u raffreddamentu irregolare di i mutori GTF in l'Airbus A320neo di Qatar Airways hè statu registratu. U rinfrescante irregulare pò purtà à a deformazione è a friczione di e parti, è à u stessu tempu aumentà u tempu trà i voli. In u risultatu, a compagnia aerea hà cunclusu chì i mutori ùn anu micca risponde à i requisiti operativi. Pocu dopu, l'autorità di l'aviazione indiana anu sbarcatu 11 aerei Airbus A320neo alimentati da motori PurePower GTF. A decisione hè stata presa dopu chì l'aeronautica di l'Airbus GTF hà avutu un fallimentu di u mutore trè volte in duie settimane, u Economic Times hà dettu. Pratt & Whitney minimizza queste sfide, dicendu chì sò faciuli di superà.

Ventilatore elettronicu Airbusa

Un altru giant di i motori di l'aeronautica, Rolls-Royce, sviluppa u so propiu Power Gearbox, chì da u 2025 riducerà u cunsumu di carburante in i grandi turbofan di 25%. paragunatu à i mudelli più vechji di a famosa linea di motori Trent. Questu, sicuru, significa un novu cuncorsu di design Pratt & Whitney.

I britannichi pensanu à altri tipi d'innuvazione. Durante u recente Singapore Airshow, Rolls-Royce hà lanciatu l'iniziativa IntelligentEngine, chì hà u scopu di sviluppà mutori d'aviò intelligenti chì sò più sicuri è più efficaci per pudè cumunicà cù l'altri è attraversu una reta di supportu tecnicu. Fornendu una cumunicazione bidirezionale cuntinuu cù u mutore è altre parti di l'ecosistema di serviziu, u mutore pò risolve i prublemi prima ch'elli accadenu è amparà à migliurà u rendiment. Amparanu ancu da a storia di u so travagliu è di l'altri motori, è, in generale, anu da esse ancu riparà nantu à a mosca.

L'accionamentu elettricu hà bisognu di batterie megliu

L'Aviation Vision 2050 di a Cummissione Europea parla di riduce l'emissioni di CO.₂ da 75 per centu, ossidi di nitrogenu da 90 per centu. è u rumore da 65 per centu. Ùn ponu esse ottenuti cù e tecnulugia esistenti. I motori elettrici è ibridi-elettrichi sò attualmente visti cum'è una di e tecnulugia più promettenti per affruntà queste sfide.

Ci sò aerei ligeri elettrici à dui posti in u mercatu. I vitture hibridi-elettriche di quattru posti sò in l'orizzonte. A NASA predice chì l'aerei di linea di nove posti di corta corsa di stu tipu riporteranu i servizii di l'aviazione à e piccule cumunità à i primi anni 20. In l'Europa è in i Stati Uniti, i scientisti crèdenu chì da u 2030 hè pussibule di custruisce un aviò hibridu-elettricu cù una capacità di 100 posti. Tuttavia, un prugressu significativu serà necessariu in u almacenamentu di energia.

Attualmente, a densità energetica di e batterie ùn hè micca abbastanza. Tuttavia, tuttu questu puderia cambià. U capu di Tesla, Elon Musk, hà dettu chì una volta chì e batterie sò capaci di pruduce 400 watt-ora per kilogramu è u rapportu di a putenza di a cellula à u pesu tutale hè 0,7-0,8, un aereo transcontinentale elettricu diventerà una "alternativa sofisticata". Cunsiderendu chì e batterie di lithium-ion anu pussutu ghjunghje à densità d'energia di 113 Wh/kg in u 1994, 202 Wh/kg in u 2004, è sò avà capaci di ghjunghje à circa 300 Wh/kg, si pò suppone chì ghjunghjeranu à livelli in u 400. a prossima dicada XNUMX Wh/kg.

Prughjettu di taxi aereo elettrico di Kitty Hawk à dui posti

Airbus, Rolls-Royce è Siemens s'associu di pocu tempu per sviluppà u dimostratore volante E-Fan X, chì rapprisentarà un avanzatu significativu in a propulsione ibrida-elettrica per l'aviò cummerciale. A tecnulugia elettrica hibrida di l'E-Fan X hè prevista per esse dimustrata. U Fan X volarà in 2020 dopu una campagna cumpleta di teste in terra. In a prima tappa, u BAe 146 rimpiazzà unu di i so quattru mutori cù un mutore elettricu di dui megawatt. In seguitu, hè previstu di rimpiazzà a seconda turbina cù un mutore elettricu dopu avè dimustratu a maturità di u sistema.

Airbus serà rispunsevuli di l'integrazione generale è di l'architettura di cuntrollu per a propulsione elettrica hibrida è e batterie, è ancu di a so integrazione cù i sistemi di cuntrollu di volu. Rolls-Royce serà rispunsevuli di u mutore di turbina di gas, u generatore di dui megawatt è l'elettronica di putenza. Rolls-Royce hà da travaglià ancu cù Airbus per adattà i ventilatori à a nacelle Siemens esistenti è u mutore elettricu. Siemens furnisce i mutori elettrici di dui megawatt è u controller di putenza elettronica, è ancu l'inverter, u cunvertitore è u sistema di distribuzione di energia.

Parechji centri di ricerca in u mondu sò travagliendu in l'aviò elettricu, cumpresa a NASA, chì custruisce u X-57 Maxwell. Un prughjettu hè ancu sviluppatu per u taxi aereo elettrico di dui posti Kitty Hawk è parechje altre strutture di grandi centri, cumpagnie o picculi start-ups.

Dapoi chì a vita media di l'aerei di passageri è di carica hè di circa 21 è 33 anni rispettivamente, ancu s'è tutti i novi aerei pruduciuti dumani eranu tutti elettrici, ci vulerà da dui à trè decennii per eliminà gradualmente i piani alimentati da carburanti fossili.

Allora ùn hà micca travagliatu rapidamente. Intantu, i biocarburanti ponu migliurà l'ambiente in u settore di l'aviazione. Aiutanu à riduce l'emissioni di diossidu di carbonu da 36-85 per centu. Malgradu u fattu chì e miscele di biocarburanti per i mutori di jet sò stati certificati in u 2009, l'industria di l'aviazione ùn hè micca pressa per implementà cambiamenti. Ci sò pochi ostaculi tecnologichi è sfide per portà a produzzione di biocarburanti à i livelli industriali, ma u principale fattore limitante hè u costu - ci vole un altru dece anni per ottene a parità cù i combustibili fossili.

Passa in u futuru

À u listessu tempu, i laboratori travaglianu nantu à cuncetti un pocu più futuristici di mutori di l'aeronautica. Finu a ora, per esempiu, un mutore di plasma ùn pare micca assai realistu, ma ùn si pò micca escluditu chì i travaglii scientifichi si sviluppanu in qualcosa interessante è utile. I mutori di plasma utilizanu l'electricità per creà campi elettromagnetici. Cumpressanu è eccite ​​un gasu, cum'è l'aria o l'argon, in un plasma - un statu caldu, densu, ionizatu. A so ricerca porta avà à l'idea di lancià satelliti in u spaziu (propulsione ionica). Tuttavia, Berkant Göksel da l'Università Tecnica di Berlinu è a so squadra volenu installà i motori di plasma in l'aviò.

L'obiettivu di a ricerca hè di sviluppà un mutore di plasma chì respira l'aria chì puderia esse utilizatu per u decollo è u volu à alta altitudine. I mutori di jet di plasma sò generalmente pensati per operare in una atmosfera di vacuum o di bassa pressione induve hè necessariu un suministru di gas. Tuttavia, a squadra di Hoksel hà pruvatu un dispositivu chì puderia operare in l'aria à una pressione di una atmosfera. "I nostri ugelli di plasma ponu ghjunghje à velocità di finu à 20 chilometri per seconda", dice Goksel in a serie di cunferenze Journal of Physics.

Mutore SABRE in un veiculu ipersonicu di u futuru

Per principià, a squadra hà pruvatu propulsori in miniatura di 80 millimetri di longu. Per un picculu aviò, questu seria finu à un milla di ciò chì a squadra pensa chì hè pussibule. A limitazione più grande, sicuru, hè a mancanza di batterie ligeri. I scientisti anu ancu cunsiderà l'aeronautica hibrida, chì combina a propulsione di plasma cù mutori di combustione interna o razzi.

Quandu parlemu di cuncetti innovatori di mutori di jet, ùn pudemu micca scurdà di u mutore SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) sviluppatu da Reaction Engines Limited. Hè previstu chì questu serà un mutore chì opera sia in atmosfera sia in vacuum, alimentatu da l'idrogenu liquidu. In u stadiu iniziale di u volu, l'oxidizer serà l'aria da l'atmosfera (cum'è in i motori jet cunvinziunali), è da una altitudine di 26 km (induve a nave righjunghji una vitezza di 5 milioni d'anni) - ossigenu liquidu. Dopu avè cambiatu à u modu di cohettu, ghjunghjerà a velocità di finu à Mach 25.

HorizonX, u bracciu d'investimentu di Boeing implicatu in u prughjettu, ùn hà ancu determinatu cumu SABRE puderia usà, fora di ciò chì aspetta di "usà a tecnulugia di rivoluzione per aiutà Boeing in a so ricerca di volu supersonicu".

I motori Ramjet è i motori scramjet (motori supersonici cù una camera di combustione) sò longu nantu à i labbra di i fan di l'aviazione d'alta veloce. Attualmente, sò sviluppati principalmente per scopi militari. In ogni casu, cum'è a storia di l'aviazione insegna, ciò chì hè pruvatu in l'esercitu andrà à l'aviazione civile. Tuttu ciò chì ci vole hè un pocu di pacienza.

Video di Rolls Royce Intelligent Engine:

Rolls-Royce | Innovazione in IntelligentEngine