ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Počinje nova era motora za zrakoplove

Tiši i ekonomičniji motori zrakoplova su na vidiku, no postavlja se pitanje jesu li njihove dobre strane dovoljno dobre da prevladaju vlastite boljke.

Dva najznačajnija elementa zrakoplova svakako su njegova krila i motori, jer su upravo oni ono što zrakoplovima omogućuje da se vinu u zrak. Motori potiskuju zrakoplov prema naprijed, dok ga krila potiskuju prema gore.

U početku su se na zrakoplove ugrađivali motori s unutarnjim izgaranjem, koje je za potrebe zrakoplovstva modificirao Charlie Taylor. No prava je revolucija u avijaciji započela tek genijalnim izumom britanskog inženjera Franka Whittlea - motorom na mlazni pogon.

Newton i zakoni fizike

Motori na mlazni pogon dosad su već prošli kroz dvije razvojne faze, no u potrazi za boljim, ekonomičnijim i tišim motorima, došlo je vrijeme i za treću fazu.

Ovi motori, rad kojih se temelji na trećem Newtonovom zakonu fizike (zakon akcije i reakcije), dolaze u dvije osnovne izvedbe - s propelerom i s ventilatorom. Iako su propeleri u početku bili dominantna izvedba, moderni zrakoplovi pokretani su gotovo isključivo mlaznim motorima s ventilatorom, osim onih manjih, gdje propeleri još uvijek nisu rijetka pojava.

Tijekom prve faze, mlazni su motori usisavali zrak u kompresor, tlačili ga i zagrijavali na visoke temperature te ga palili iskrom, nakon čega je vruća smjesa goriva i zraka bila istisnuta na stražnjoj strani motora. Iako količinski mala, ova je smjesa imala ogromnu brzinu, što je rezultiralo dovoljno velikim potiskom da se avion otisne u zrak (sila je masa pomnožena ubrzanjem).

U drugoj je fazi na ulaznu stranu mlaznog motora dodan ventilator, koji je omogućio veći usis zraka i time potencijalno veći potisak. No za razliku od prvih mlaznih motora, kod kojih je sav usisani zrak prolazio kroz kompresor, kod novih je motora poveći dio tog zraka prolazio s vanjske strane kompresora, smanjujući time potrošnju goriva i buku motora.

Snaga je u malim stvarima

Iako je zrak koji prolazi oko kompresora sporiji od onog koji prolazi kroz kompresor, količinski ga je znatno više, što rezultira time da značajan dio potiska dolazi upravo od ovog nestlačenog zraka. Najnoviji motori toliko su usavršeni da je ovaj omjer gotovo 9:1 u korist nestlačenog zraka. Ovako visok omjer postignut je stalnim povećanjem promjera ulaza motora i time dužine lopatica ventilatora.

Problem velikih motora je brzina vrha tih lopatica, koja gotovo doseže brzinu zvuka (330 m/s, op.a). Ubrzavanje iznad brzine zvuka moglo bi stvoriti opasne vibracije te je stoga potrebno pronaći novo rješenje za nadolazeće generacije zrakoplova.

Pratt & Whitney, jedan od 3 vodeća proizvođača motora za zrakoplove u svijetu, rješenje vidi u setu zupčanika između ventilatora i kompresora. Zupčanici bi omogućili da se ventilator vrti sporije od kompresora i turbine, što za posljedicu ima mogućnost korištenja većeg ventilatora.

Veći ventilator znači i veći potisak uz istu potrošnju goriva. Uz omjer zraka izvan i unutar kompresora 12:1, PurePower motor, razvijan od strane Pratt & Whitney kompanije posljednjih dvadesetak godina, uz trošak od oko 10 milijardi američkih dolara, nudi tiši rad, veći domet i oko 15% manju potrošnju goriva. I godišnju uštedu zrakoplovnim kompanijama od oko 1.5 milijuna američkih dolara po zrakoplovu.

Qatar Airways bila je prva kompanija kojoj su trebali biti dostavljeni prvi zrakoplovi s novim motorima, Airbus A320neo, no čini se kako će čast ipak pripasti Lufthansi. Strah je da bi sporije hlađenje motora sa zupčanicima moglo usporiti promet na aerodromima, no Prat & Whitney tvrdi da novi motori više nego zadovoljavaju sve kriterije.

Tržište podijeljeno

Druga dva velika proizvođača motora za zrakoplove, Rolls-Royce i General Electric, vjeruju kako je moguće poboljšati motore bez posezanja za zupčanicima. Da tržište još nije dalo prednost niti jednoj tehnologiji, govori i činjenica da će jedna trećina Airbus A320neo zrakoplova biti isporučena s PurePower motorima, jedna s Lead motorima (novi motori General Electric-a), dok se za jednu trećinu još ne zna.

Prat & Whitney nije ograničen samo na Airbus, pa je započeo pregovore i s drugim, (manjim) proizvođačima zrakoplova, poput Bombardier, Embraer i Mitsubishi Reginal Jet kompanija.

Koja će od novih tehnologija mlaznih motora prevladati ostaje vidjeti, no korištenje zupčanika veliki je rizik, kako tehnološki, tako i financijski. No, kako znamo, samo oni koji riskiraju, na kraju i profitiraju.

Izvor: Economist

Podijeli.