Najnowocześniejsza technologia silników odrzutowych

Chociaż Connecticut może nie być znany jako wylęgarnia produkcji, prawda jest taka, że ​​stan ten jest domem dla niektórych z największych graczy w branży, w tym Kaman, Praxair, Sikorsky, Gerber Scientific i wielu innych.

Jedna z tych firm — Pratt & Whitney — zaprezentowała niedawno przełomową rodzinę silników odrzutowych.

Noah Webster, człowiek odpowiedzialny za słowniki Websterów i były mieszkaniec Connecticut, określił ten obszar jako oszczędny i przemysłowy. Być może nie jest więc zaskakujące, że te cechy uosabiają również produkcję nowej rodziny silników odrzutowych Pratt & Whitney Pure Power. Ten innowacyjny kawałek inżynierii kosztował P&W ponad 10 miliardów dolarów, a jego opracowanie zajęło ponad 30 lat. Na szczęście to zobowiązanie ma się opłacić.

PurePower PW1000G: o 16 procent bardziej oszczędny i o 75 procent cichszy

Silnik PurePower PW1000G jest dokładnie tym, co zamówił wiecznie zacofany przemysł lotniczy. Działa czyściej, szczuplej i ciszej niż wszystko, co było wcześniej. Po pierwsze, jego spalanie paliwa jest o 16 procent mniejsze niż w jakimkolwiek innym silniku na rynku, a przy paliwie do silników odrzutowych, które obecnie wynosi około 3 USD za galon, oszczędności wynoszą prawie 1,2 miliona USD na samolot rocznie.

Wykorzystuje również konstrukcję komory spalania, która zapewnia emisje o 50% niższe niż normy emisji CAEP/6, które są najostrzejszym standardem w branży. A jeśli jesteś podobny do mnie i mieszkasz pod trasami lotów głównych lotnisk, to redukcja hałasu naziemnego o 75% z pewnością będzie prezentem.

PurePower opiera się na przekładniowej konstrukcji turbowentylatorowej, co nie jest nową koncepcją. Jednak do tej pory nikt nie był w stanie zbudować wystarczająco dużego, aby sprostać wysokim wymaganiom ciągu w branży komercyjnych linii lotniczych. A dzięki legendarnej niezawodności silników P&W, nie nękają go również problemy z niezawodnością, powszechne wśród wielu wcześniejszych konstrukcji turbowentylatorowych z przekładniami.

Jak dotąd nowa konstrukcja P&W może zapewnić do 40 000 funtów ciągu. Dzięki temu silniki PurePower obejmują cały rynek samolotów wąskokadłubowych. Gwarantowany sukces tego silnika z pewnością przełoży się na jego ekspansję na rynek szerokokadłubowy. Ponieważ badania projektowe dla tej aplikacji już istnieją, to tylko kwestia czasu, zanim płatnicy pociągną za spust.

Oczywiście wiele szczegółów technicznych jest zastrzeżonych. W rzeczywistości tajemnica otaczająca silnik jest tak ścisła, że ​​można by się spodziewać, że na konferencji prasowej w tle zobaczysz palącego papierosa z Archiwum X. Nawet moje kontakty w East Hartford jako senator przed wielką ławą przysięgłych są małomówne. Jednak wciąż jest wystarczająco dużo dobrych informacji, aby zrobić wrażenie na najbardziej wymagających przekładniach.

Dla niewtajemniczonych, turbowentylator z przekładnią to, jak sama nazwa wskazuje, silnik turbowentylatorowy z napędem zębatym. W przypadku PurePower napęd pozwala głównemu wentylatorowi obracać się o 30 procent wolniej niż konwencjonalne turbowentylatory. Do tej pory napęd zębaty był powodem, dla którego projekt nigdy nie trafił na większą skalę. Ta przeszkoda została rozwiązana dzięki opracowaniu przez P&W wysoce niezawodnej, lekkiej skrzyni biegów, o której mówi się, że posiada najnowocześniejszy system smarowania - główny powód jej niezawodności i wydajności. Jednak napęd zębaty to tylko jeden z trików, które P&W ma w zanadrzu. Większy wentylator główny o niższej prędkości oznacza, że ​​sprężarka niskiego ciśnienia (LPC) pracuje z większą prędkością, wymagając mniejszej liczby stopni. Turbofans zazwyczaj wymagają sześciu lub siedmiu stopni LPC; PurePower wykorzystuje tylko trzy. To redukcja 1500 ostrzy. Większa prędkość obrotowa oznacza również, że powietrze wchodzące do sprężarki wysokociśnieniowej (HPC) porusza się pod jeszcze większym ciśnieniem. Osiem stopni HPC jest również znacznie mniej niż zwykle spotykanych w standardowym turbowentylatorze.

Dla HPC innowacja rządzi dniem. System wykorzystuje mniej stopni, składających się z wirników z integralnymi łopatkami lub IBR, zamiast oddzielnych łopatek i tarcz sprężarki. Znany również jako bliski, jest to jednoczęściowy wirnik z tarczą i łopatami zintegrowanymi w jedną strukturę. W komorze spalania zastosowano również system pływaka w pierścieniowej komorze spalania. Ta technologia została już wdrożona w silnikach P&W stosowanych w F-22 Raptor: składa się z szeregu izolowanych termicznie paneli wykonanych z odpornego na utlenianie materiału o wysokiej zawartości kobaltu. Po stronie turbiny są jeszcze większe korzyści. Turbina niskociśnieniowa (LPT) wymaga tylko trzech stopni, w przeciwieństwie do dziewięciu wymaganych we wcześniejszych projektach P&W. To oznacza o 3500 mniej łopatek wentylatora.

Dno wentylatora PurePower Top Standard

Mówiąc o łopatkach wentylatora, jest jeszcze jeden sekret godny Mulder & Scully: P&W używa nowej hybrydowej metalicznej struktury pustych łopatek wentylatora opracowanej za żelaznymi drzwiami w East Hartford. Jak można się było spodziewać, metody produkcji i skład pozostają tajemnicą.

Wydrążone łopatki wentylatora to cecha charakterystyczna firmy P&W — innowacyjna konstrukcja zmniejsza wagę łopatek przy zachowaniu takiej samej wytrzymałości, jak w przypadku znacznie cięższych jednostek.

Wszystko, co wiadomo o łopatkach turbin firmy P&W, to to, że składają się one z superstopów, z powłokami termoizolacyjnymi i zaawansowaną funkcją chłodzenia, opracowaną dla F-35 Lightning. Te cechy sprawiają, że HPT PurePower działa szybciej i goręcej niż cokolwiek innego. Kiedy zapytałem przyjaciela, jak gorąco, wszystko, co mogłem uzyskać, to wzruszenie ramion i odpowiedź „naprawdę gorąco”. Ok, więc dowiem się, kiedy będzie przestarzały.

Łopaty PurePower HPT zapożyczone z F-35

PurePower HPT wykorzystuje łopaty opracowane dla silnika P&W F135 zastosowanego w F-35. Ten silnik jest rekordzistą świata pod względem najgorętszej komory spalania i turbiny w historii.

Niskie emisje NOx tego silnika są nieodłączną częścią HPT i komory spalania; odpowiada również za 75-procentową redukcję hałasu.

Komora spalania, nazwana TalonX, została zaprojektowana we współpracy z NASA i opiera się na bogatym, ubogim w gaszeniu cyklu spalania agencji kosmicznej. W tej konstrukcji emisje są kontrolowane przez strefę gaszenia stojana pierwszego stopnia przed łopatkami HPT pierwszego stopnia.

Nadrzędną zaletą wszystkich tych innowacji jest znacznie mniej ruchomych części. Mniej części oznacza mniej konserwacji i więcej godzin w powietrzu. Dla branży lotniczej zwrot z inwestycji jest oczywisty. Kolejną rzeczą do rozważenia jest to, że jest to zupełnie nowy silnik; nawet przy nieodłącznej płochliwości branży lotniczej, P&W ma już zamówienia na 7000 jednostek pochodzących od ponad 70 klientów w ponad 30 krajach.

Przezorność, zaangażowanie i wytrwałość Pratt & Whitney symbolizują cechy, które zbudowały amerykański przemysł iz pewnością przywrócą P&W do prymatu w przemyśle lotniczym.

Aby być na bieżąco z tym, co dzieje się w branży, zapisz się do naszego newslettera.