Για να μειώσουν δραματικά την κατανάλωση καυσίμου και να βοηθήσουν τον κλάδο των αερομεταφορών να επιτύχει τους κλιματικούς της στόχους, οι κατασκευαστές κινητήρων αεροσκαφών αγωνίζονται για να αναπτύξουν μια νέα γενιά κινητήρων τζετ.
Στο επίκεντρο αυτής της προσπάθειας βρίσκεται ένας ριζοσπαστικός σχεδιασμός γνωστός ως κινητήρας «ανοιχτού στροβίλου – open fan», ο οποίος θα μπορούσε να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην τροφοδοσία της επόμενης γενιάς αεροσκαφών στενής ατράκτου από την Airbus και την Boeing.
Πρόκειται για τύπο αεριωθούμενου κινητήρα στον οποίο τα πτερύγια του ρότορα (fan) δεν περικλείονται από περίβλημα (nacelle), όπως συμβαίνει στους συμβατικούς κινητήρες turbofan. Αυτή η «ανοιχτή» αρχιτεκτονική (open fan architecture) έχει σχεδιαστεί για να προσφέρει μεγαλύτερη απόδοση καυσίμου και να μειώσει τις εκπομπές CO2. Η σχεδίαση αυτή μειώνει και το βάρος και την οπισθέλκουσα.
Η GE Aerospace, ένας από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές κινητήρων στον κόσμο, μαζί με τον Γάλλο συνεργάτη της Safran, αναπτύσσει εντατικά τεχνολογία open fan μέσω της κοινοπραξίας τους, CFM International. Τα τελευταία τρία χρόνια, οι μηχανικοί της GE έχουν βασιστεί σε μεγάλο βαθμό σε μερικούς από τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές στον κόσμο στο υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ για να μοντελοποιήσουν και να βελτιώσουν τη σύνθετη φυσική πίσω από τον σχεδιασμό.
Σταδιακή αλλαγή στις αερομεταφορές
Η CFM πιστεύει ότι η ιδέα open fan προσφέρει τις μεγαλύτερες δυνατότητες για μια «σταδιακή αλλαγή» στην απόδοση του κινητήρα, υποσχόμενη μείωση έως και 20% στην κατανάλωση καυσίμου σε σύγκριση με τους σημερινούς κινητήρες. Αυτή η βελτίωση θεωρείται κρίσιμη, καθώς η αεροπορική βιομηχανία επιδιώκει να επιτύχει μηδενικές εκπομπές έως το 2050, συνεχίζοντας παράλληλα να αναπτύσσεται.
Με την Airbus και την Boeing να σχεδιάζουν αντικαταστάσεις για τις οικογένειες αεροσκαφών A320 και 737 με τις μεγαλύτερες πωλήσεις προς τα τέλη της δεκαετίας του 2030, οι κατασκευαστές κινητήρων αντιμετωπίζουν πιέσεις για να επιτύχουν σημαντικά κέρδη απόδοσης, παρά τα μεγάλα χρονοδιαγράμματα ανάπτυξης.
Παρόλο που οι κινητήρες open fan δοκιμάστηκαν ήδη από τη δεκαετία του 1980, παρεμποδίζονταν από ζητήματα όπως ο υπερβολικός θόρυβος. Οι εξελίξεις στην υπολογιστική ισχύ επέτρεψαν στους μηχανικούς να επανασχεδιάσουν τα πτερύγια των ανεμιστήρων για να διαχειρίζονται καλύτερα τη ροή του αέρα ώστε να μειώνουν τον θόρυβο, καθιστώντας την ιδέα πιο βιώσιμη σήμερα.
Σύμφωνα με τους FT, ο διευθύνων σύμβουλος της Safran, Ολιβιέ Αντριέ, υποστηρίζει ότι η φυσική σαφώς ευνοεί τα σχέδια open fan έναντι των συμβατικών κλειστών κινητήρων όσον αφορά την καύση καυσίμου.
Η Airbus συνεργάζεται με την CFM σε ένα μοντέλο επίδειξης ανοιχτού «ανεμιστήρα» και σχεδιάζει να πραγματοποιήσει δοκιμαστικές πτήσεις χρησιμοποιώντας ένα τροποποιημένο A380 προς το τέλος της δεκαετίας. Αυτές οι δοκιμές θα βοηθήσουν στην τελική απόφαση της Airbus σχετικά με τον τρόπο τροφοδοσίας της επόμενης γενιάς αεροσκαφών της. Ωστόσο, η Airbus δεν έχει δεσμευτεί σε καμία αρχιτεκτονική ενός μόνο κινητήρα και συνεχίζει να αξιολογεί ανταγωνιστικές προτάσεις.
Άλλοι είναι πιο επιφυλακτικοί
Οι κατασκευαστές κινητήρων είναι πιο επιφυλακτικοί. Η Rolls-Royce, η οποία επικεντρώνεται σε αεροσκάφη ευρείας ατράκτου, αναπτύσσει τον κινητήρα UltraFan, έναν πιο παραδοσιακό σχεδιασμό με αγωγούς, με δοκιμές εδάφους να αναμένονται γύρω στο 2028. Ενώ είναι εξοικειωμένη με τις έννοιες ανοιχτού ρότορα, η Rolls-Royce κατέληξε στο συμπέρασμα ότι δεν αποτελούν τη σωστή λύση για την επόμενη γενιά αεροσκαφών, επικαλούμενη ανησυχίες για την ασφάλεια και την πιστοποίηση. Η Pratt & Whitney, που ανήκει στην RTX, επιδιώκει επίσης μια βελτιωμένη έκδοση του κινητήρα turbofan με γρανάζια. Τα στελέχη της υποστηρίζουν ότι η εγκατάσταση, ο θόρυβος, η ενσωμάτωση και οι βιομηχανικές προκλήσεις των κινητήρων open fan αυξάνουν τους κινδύνους εκτέλεσης και μειώνουν τα συνολικά οφέλη τους.
Οι ειδικοί του κλάδου σημειώνουν ότι οι αεροπορικές εταιρείες απαιτούν όχι μόνο καλύτερη απόδοση καυσίμου – συνήθως βελτίωση περίπου 15% – αλλά και χαμηλότερο κόστος συντήρησης.
Τα τρέχοντα μοντέλα κινητήρων έχουν υποφέρει από προβλήματα ανθεκτικότητας που έχουν διαταράξει τις παραδόσεις αεροσκαφών και έχουν αυξήσει το κόστος για τις αεροπορικές εταιρείες. Η GE αναφέρει ότι ενσωματώνει μαθήματα από αυτά τα ζητήματα στην έρευνά της για τους ανοιχτούς κινητήρες, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών πρώιμης ανθεκτικότητας και εισόδου σκόνης, σύμφωνα με τους FT.
Οι κινητήρες open fan θέτουν πρόσθετες προκλήσεις σχεδιασμού, ιδίως όσον αφορά την ασφάλεια. Χωρίς προστατευτικό περίβλημα, τα αεροσκάφη θα χρειάζονταν ενισχυμένες δομές για προστασία από πιθανές βλάβες των πτερυγίων του ρότορα. Η τοποθέτηση του κινητήρα αποτελεί επίσης σημαντική παράμετρο. Η Airbus μελετά διαμορφώσεις τόσο στα φτερά όσο και πίσω στην άτρακτο, αν και οι αναλυτές υποδεικνύουν ότι πιο αντισυμβατικά σχέδια αεροσκαφών, όπως τα μικτά σώματα πτερυγίων με κινητήρες τοποθετημένους στο πίσω μέρος, μπορεί να είναι απαραίτητα για την αντιμετώπιση ανησυχιών σχετικά με τον θόρυβο και την πιστοποίηση.
Προς το παρόν, η GE και η Safran τονίζουν ότι βελτιώνουν τις τεχνολογίες αντί να δεσμεύονται για την πλήρη ανάπτυξη κινητήρων. Τελικά, η απόφαση θα βαρύνει την Airbus και την Boeing, οι οποίες δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά να μείνουν πίσω από τους ανταγωνιστές τους στην οικονομία καυσίμου. Τα στελέχη της GE παραμένουν αισιόδοξα ότι μόλις αποδειχθεί η ασφάλεια και η απόδοση, οι κινητήρες ανοιχτού ανεμιστήρα -αν και οπτικά αντισυμβατικοί- θα μπορούσαν να γίνουν το νέο βιομηχανικό πρότυπο.