Propfan - Propfan

Musée aéronautique et mekansal Safran'da GE36'nın bir maketi

Bir propfan , aynı zamanda, bir adlandırılan açık rotor motor veya unducted fan (a karşı Kanallı fan ), bir tür uçak motoru hem kavramı benzer turbo-pervane ve turbo-fan hem de ama farklı. Tasarım, bir turbopropun yakıt ekonomisi ile bir turbofanın hızını ve performansını sunmayı amaçlamaktadır. Bir propfan tipik olarak, bir turbofanın baypas kompresörüne (fanın kendisi) benzer şekilde çok sayıda kısa, yüksek oranda bükülmüş kanatlarla tasarlanmıştır. Bu nedenle, propfan çeşitli şekillerde "kanalsız fan" (UDF) veya "ultra yüksek baypas (UHB) turbofan" olarak tanımlanmıştır.

Tanım

1970'lerde Hamilton Standard , propfanını " küçük çaplı, yüksek yüklü çok kanatlı değişken hatveli itici, ince gelişmiş kanat bölümlerine sahip süpürülmüş kanatlara sahip , kanatlar boyunca hava akışını geciktirmek ve böylece sıkıştırılabilirlik kayıplarını azaltmak için şekillendirilmiş bir nasel ile entegre edilmiş ve sıkıştırılabilirlik kayıplarını azaltacak şekilde tasarlanmıştır. bir türbin motoru ile çalışır ve tek aşamalı kullanılarak redüksiyon dişlisi yüksek performans elde edilir. "1982 yılında haftalık havacılık dergisi Uçuş Uluslararası 390-480 knot hızda cruised o 8-10 derece süpürüldü bıçakları olan bir pervane gibi propfan tanımlanan (saatte 450–550 mil; saatte 720–890 kilometre), ancak tanımı birkaç yıl sonra ters dönen propfanların ortaya çıkmasıyla gelişti.

1986'da İngiliz motor üreticisi Rolls-Royce , açık rotor terimini propfanın orijinal anlamı ile eşanlamlı olarak kullandı. Bu eylem, propfan motor tipini, adlarında propfan bulunan bir dizi kanallı motor teklifinden tanımlamaktı . 2000'li yıllara gelindiğinde, açık rotorlu (OR), araştırma ve haber raporlarında propfan teknolojisi için tercih edilen bir terim haline geldi ve ters dönen açık rotor (CROR) da zaman zaman tek dönüşlü propfanları ayırt etmek için kullanıldı. 2015 itibariyle, Avrupa Havacılık Güvenliği Ajansı (EASA) açık rotoru somut olarak (ancak geniş olarak) " bir kasa içine alınmayan bir türbin motoru fan aşaması " olarak tanımladı ; aksine, yalnızca açık rotorun çalışan bir tanımına sahipti. çağırmak motor (21. yüzyılda propfan için daha yaygın olarak kullanılan bir terim), " ters dönen fan aşamalarını içeren bir türbin motoru muhafazası içerisinde bulunmadığı. " motor kullanan gaz türbini bir örtülmemiş (açık) sürücü ters dönen pervane bir turboprop gibidir, ancak pervanenin tasarımı türbin tasarımına daha sıkı bir şekilde bağlıdır ve ikisi tek bir ünite olarak onaylanmıştır.

El-Sayed, kanat sayısı, kanat şekli, uç hızı, baypas oranı , Mach sayısı ve seyir yüksekliği gibi 11 farklı kritere göre turboproplar ve propfanlar arasında ayrım yapar .

Tarih

Alman havacılık mühendisleri , transonik hızlı uçaklarda sürtünmeyi azaltmak için süpürülmüş kanatları kullanma fikrini keşfetmeye başladıktan yaklaşık on yıl sonra , 1940'larda Hamilton Standard, motor pervanelerine benzer bir konsept uygulamaya çalıştı. Süpersonik uç hızlarına sahip oldukça süpürülmüş pervane kanatları yarattı , böylece açıkta pervanelere sahip motorlar, uçaklara yalnızca yeni turbojet ve turbofan motorları tarafından elde edilen hızlara ve seyir irtifalarına güç sağlayabilirdi . Bu bıçakların ilk testleri, o zamanlar çözülemeyen bıçak çarpması ve bıçak stresi sorunlarını ortaya çıkardı ve yüksek gürültü seviyeleri başka bir engel olarak kabul edildi. Turbojetlerin ve turbofanların popülaritesi pervanelerle ilgili araştırmaları kısıtladı, ancak 1960'larda, çalışmalar bir gaz türbini tarafından tahrik edilen açıkta kalan bir pervanenin Mach 0.7-0.8 hızında ve 35.000 fit yükseklikte uçan bir uçağa güç sağlayabileceğini gösterdiğinde ilgi arttı. (11.000 metre). Propfan terimi bu dönemde ortaya çıktı.

Propfan konseptine benzeyen en eski motorlardan biri , ön (ön) fanda 14 kanat ve kıçta (arka) 12 kanat olmak üzere iki zıt dönen fana sahip 4.710 librelik (21.0 kilonewton ) Metrovick F.5 idi. ) fan—motorun arkasında ve ilk olarak 1946'da çalıştırıldı. Bununla birlikte, kanatlar çoğunlukla süpürülmedi. Ortak uçakta özellikli Diğer ters dönen pervane motorları dört güçlü dahil Kuznetsov NK-12 Sovyetler Birliği'nin üzerinde (her koaksiyel ters dönen pervaneler kendi belirledi güç) motorları Tupolev Tu-95 Bear yüksek hızlı askeri bombardıman ve Antonov An -22 askeri nakliye uçağı ve İngiliz Fairey Gannet anti-denizaltı uçağındaki Armstrong Siddeley Double Mamba (ASMD) motorları (her ikisi de tek bir eş eksenli ters dönen pervanelere bağlı) . Her iki kurulumda da ön pervanede ve arka pervanede büyük ölçüde süpürülmemiş dört kanat vardı.

1970'ler – 1980'ler

1973 petrol krizi 1970'lerin başında petrol fiyatlarında ani artışlara neden olduğunda, propfanlara olan ilgi arttı ve NASA tarafından finanse edilen araştırmalar hızlanmaya başladı. Propfan konsepti, 1975 yılında United Technologies'in Hamilton Standard bölümünden Carl Rohrbach ve Bruce Metzger tarafından ana hatlarıyla belirtilmiş ve 1979'da Hamilton Standard'dan Rohrbach ve Robert Cornell tarafından patenti alınmıştır. modifiye edilmiş bir turbofan motoruydu ve fan , kompresör kanatlarıyla aynı eksende motor naselinin dışına yerleştirildi .

Bu dönemde pervane sorunları giderilebilir hale geldi. Reçine ile aşılanmış titanyum metal ve grafit ve cam elyaf kompozitler gibi yapısal malzemelerde ilerlemeler kaydedildi . Bu malzemeler , bıçak yapımında alüminyum ve çelik metallerin yerini aldı ve bu da bıçakların daha ince ve daha güçlü olmasını sağladı. Bilgisayar destekli tasarım , bıçak özelliklerinin iyileştirilmesinde de faydalı oldu. Kanatlar daha yüksek güç yüklemesi ve merkezkaç kuvveti ile eğilip büküldüğünden , ilk tasarımların hareket halindeki şekle dayanması gerekiyordu. Bilgisayarların yardımıyla, kanat tasarımcıları daha sonra üretim amaçları için en uygun yüksüz şekli bulmak için geriye doğru çalışacaktı.

Uçuş test programları

NASA Propfan Test Değerlendirmesi için sekiz kanatlı, 9,0 ft (2,7 m) çapında Hamilton Standard pervaneli Allison 501-M78 motorunun zemin testi kurulumu.

Tek büyük Amerikan uçak pervanesi üreticisi olan Hamilton Standard, 1970'lerin başında propfan konseptini geliştirdi. Hamilton Standard, NASA ile birlikte çok sayıda varyasyonu test etti .

Propfan Test Değerlendirmesi (PTA) programı kapsamında, Lockheed-Georgia, Gulfstream II'yi propfan konsepti için uçuş sırasında test ortamı olarak işlev görecek şekilde değiştirmeyi önerirken, McDonnell Douglas aynı amaç için bir DC-9'u değiştirmeyi önerdi . NASA, Lockheed teklifini seçti . DC-9'un sol kanadına eklenmiş ve 6.000 beygir gücü (4.500 kilovat) Allison 570 turboprop motor ( Boeing Vertol XCH-62 ağır kaldırma helikopteri için geliştirilen XT701 turboşaftından türetilmiştir ) içeren bir motor yeri vardı . Motor, sekiz kanatlı, 9 fit çapında (2,7 metre; 110 inç; 270 santimetre), tek dönüşlü Hamilton Standard SR-7 propfan kullandı. Allison 501-M78 olarak adlandırılan test motoru, 9.000 lbf (40 kN) itme gücüne sahipti. İlk olarak 28 Mart 1987'de uçuşta çalıştırıldı. Yaklaşık 56 milyon dolara mal olan kapsamlı test programı, 25 Mart 1988'de bitmeden önce 73 uçuş ve 133 saatten fazla uçuş süresi sağladı. Ancak 1989'da test edilen uçak Uçuş sırasında yer gürültü seviyelerini ölçmek için 3 Nisan - 14 Nisan arasında havaya döndü. Bundan sonra motor kaldırıldı ve uçak o yıl sonra bir uzay mekiği eğitim uçağına dönüştürüldü .

1988 Farnborough Air Show'da bir McDonnell Douglas MD-80 göstericisinde GE36 . Dişlisiz kanalsız fan motorunun toplam çapı 11,67 ft (3,56 m), önde sekiz veya on kanat (belirli konfigürasyona bağlı olarak) ve arkada sekiz kanat vardı.

GE36 Amerikan motor üreticisi gelen Unducted Fan (UDF), General Electric Fransız ortağından 35-yüzde katılımıyla (GE) Snecma (şimdi Safran ), orijinal propfan kavramı üzerinde bir varyasyonu ve bir benziyordu itici yapılandırma pistonlu motor. GE'nin UDF'si, redüksiyon dişli kutusunun düşük hızlı yedi aşamalı serbest türbin ile değiştirildiği yeni bir doğrudan tahrik düzenine sahipti. Bir dizi türbin rotoru, ileri pervane grubunu çalıştırırken, arka grup, ters yönde dönen diğer rotor grubu tarafından tahrik edildi. Türbin yedi kademeli 14 kanat sırasına sahipti. Her aşama, bir çift ters dönen sıraydı. 1950'lerden beri sorunlu dişli kutularına karşı temkinli olan uçak gövdeleri, GE'nin propfanın dişlisiz versiyonunu beğendi: Boeing , GE'nin itici UDF motorunu 7J7 platformunda ( Mach 0.83'lük bir seyir hızına sahip olacaktı) sunmayı amaçladı ve McDonnell Douglas , MD-94X uçağında da aynı şeyi yapmayı planladı . GE36, 20 Ağustos 1986'da Boeing 727-100'ün 3 numaralı motor istasyonuna monte edilmiş ilk uçuş testiydi. 7J7 için GE36 UDF'nin 25.000 pound-kuvvet (110 kN) itme gücüne sahip olması planlanmıştı, ancak GE iddia etti. genel olarak UDF konseptinin 9.000 ila 75.000 lbf (40 ila 334 kN) arasında bir itme aralığını kapsayabileceğini, bu nedenle bir UDF motorunun muhtemelen o sırada GE'nin geniş gövdeli motor ailesi olan CF6'nın itiş gücüyle eşleşebilir veya onu geçebilir .

McDonnell Douglas , kıç gövdesine monte edilmiş motorları (DC-9 ataları gibi) nedeniyle propfanlar için uygun olan, şirkete ait MD-80'i değiştirerek , olası propfanla çalışan MD-80'i değiştirerek bir kavram kanıtı uçağı geliştirdi. MD-91 ve MD-92 türevleri ve olası bir MD-94X temiz sayfa uçağı. Onlar sol taraf yerini JT8D GE36 ile turbofan motoru. Tasarımın uçuşa elverişliliğini, aerodinamik özelliklerini ve gürültü imzasını kanıtlayan test uçuşları Mayıs 1987'de başladı. İlk testlerin ardından kıç gövde içine birinci sınıf bir kabin yerleştirildi ve havayolu yöneticilerine UDF ile çalışan uçağı ilk elden deneyimleme fırsatı sunuldu. GE donanımlı gösteri uçağının test ve pazarlama uçuşları, turbo fanlı MD-80'e göre yakıt tüketiminde %30'luk bir azalma, tam Aşama 3 gürültü uyumluluğu ve düşük iç gürültü/titreşim seviyeleri sergileyerek 1988'de sonuçlandı. GE36, MD-92X'te aynı 25.000 lbf (110 kN) itme gücüne sahip olacaktır, ancak aynı motor, daha küçük MD-91X için 22.000 lbf (98 kN) itme kuvvetine düşürülecektir. MD-80 ayrıca Nisan 1989'da Allison Engine Company'nin (o zamanlar General Motors'un bir bölümü ) prototipi olan ve yine Allison XT701'den türetilen ve Hamilton ile inşa edilen 578-DX propfan ile uçuş testinde başarılı oldu. Standart pervaneler. Motor programı, Allison ve United Technologies'in başka bir bölümü olan motor üreticisi Pratt & Whitney arasında ortaklaşa geliştirildi . Rakip GE36 UDF'nin aksine, 578-DX oldukça gelenekseldi ve LP türbini ile propfan kanatları arasında bir redüksiyon dişli kutusuna sahipti. Jet yakıtı fiyatlarındaki düşüşler ve değişen pazarlama öncelikleri nedeniyle, Douglas o yıl propfan programını rafa kaldırdı.

Aynı MD-80 test ortamına kurulu PW–Allison 578-DX motoru. Ters dönen, dişli propfan motoru 3.5 m çapında olup, önde altı kanat ve arkada altı kanat vardır.

Önerilen diğer uygulamalar

Gelecekteki propfanla çalışan uçakların diğer duyuruları arasında şunlar yer aldı:

• Fokker FXX, 1982 yılında çalışılmıştır bir 100-120 koltuk propfan çalışan uçak
• Batı Almanya'nın Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) ve Çin Aero Technology Export/Import Corporation tarafından tasarlanan 80 koltuklu, Mach 0.76 seyir hızı, 1.500 nmi menzilli (1.700 mi; 2.800 km) bölgesel uçak olan MPC-75 ( CATIC); temel güç santrali olarak kullanılır statik itme ve seyir hızında 0.240 ve itmeye özgü yakıt tüketimi (TSFC) ile 9.644 ve 2.190 lbf (4.374 ve 993 kgf; 42.90 ve 9.74 kN) sağlayan iki adet doğrudan tahrikli General Electric GE38 -B5 UDF motoru ve 0,519 lb/(lbf⋅h) (6,8 ve 14,7 g/(kN⋅s)) ters dönen pervanelerde 11 ve 9 kanatlı 85 inç (2,1 m) çapında bir propfan aracılığıyla; Statik itme; 14.500 lbf (64 kN 6600 kgf) alternatif santrali olarak önerilen PW-Allison 501-M80E iktidara seçildi 501-M80C turboşaft türetilmiştir propfan motoru dişli, Amerika Birleşik Devletleri Deniz Kuvvetleri 'nin Osprey tiltrotor uçak; daha sonra gelen çekirdekli olarak propfan motor tarif T406 bir ile seyir içinde itme; 2,450 lbf (10.9 kN 1,110 kgf) çaplı (2.7 m) propfan bir 108 ihtiva eden, (Osprey en motor için Asker kullanım) 0,51 lb/(lbf⋅h) (14 g/(kN⋅s)) TSFC
• ATR 92, 400 kn seyir hızı (460 mph; 740 km/s), Avions de Transport Regional'dan (ATR, Fransa'nın Aerospatiale ve İtalya'nın Aeritalia'sı arasında bir ortak girişim ) beş veya altı yan yana, 100 koltuklu uçak ve İspanya'nın Muhtemelen UDF tarafından desteklenecek olan Construcciones Aeronáuticas SA (CASA)
• Aerospatiale AS.100, 1.500 nmi (1.700 mi; 2.800 km) menzile, 30.000 ft (9.100 m) irtifada Mach 0.74–0.78 seyir hızına ve 80-100 koltuk kapasitesine sahip bölgesel bir uçaktır. UDF veya Allison T406 tiltrotor motorunun bir propfan versiyonu ile güçlendirilebilir
• ATRA-90 (Advanced Technology Bölgesel Uçak), 1,500-2,100 UME (1,700-2,400 mil; 2,800-3,900 km) bir dizi ile bir 83- 115 koltuklu uçak ve 30.000 ft Mach 0.8 bir seyir hızına (9100 m) Endonezya'dan Industri Pesawat Terbang Nusantara ( IPTN ), Boeing (ABD), MBB (Batı Almanya) ve Fokker'den (Hollanda) oluşan çok uluslu bir ortak girişim tarafından inşa edilecek olan rakım
• Tupolev Tu-334 , 1.860 NMI seyahat bir 126 koltuklu uçaklar (2.140 mi, 3.450 km) 11,430 kg yük ile (25,200 lb; 11.43 d; 12.60 kısa ton), iki tarafından desteklenmektedir İlerleme (aynı zamanda bilinen Lotarev olarak) 0,46 kg/kg-itme/saat özgül yakıt yanmasına, 1,6 ton-kuvvet (3,500 lbf; 16 kN) seyir itmesine ve 8 ila 9 tf (18.000 ton) statik itmeye sahip D-236 propfanlar 20.000 lbf; 78 - 88 kN)
• Ilyushin IL-88 , dört turboprop bir ardıl Antonov An-12 , iki 11,000 hp (8.200 kW) İlerleme D-236 propfans ile güç verilebilir taktik taşıyıcı
• Dört turboprop Ilyushin Il-18 uçağının bir yükseltmesi olan Ilyushin Il-118 ; 1984'te teklif edildiğinde, uçak bunun yerine iki D-236 pervanesi tarafından çalıştırılacaktı, her motordaki sekiz kanatlı ön pervane 1.100 rpm hızında dönüyor ve altı kanatlı arka pervane 1.000 rpm'de dönüyor ve gürültü ve titreşimi azaltıyordu.
• Dört Progress D-18T turbofanın yerini 55.100 lbf itme (245.2 kN) Kuznetsov NK-62 propfanları alan yeniden motorlu bir Antonov An-124

Reddetmek

Ancak bu projelerin hiçbiri, esas olarak aşırı kabin gürültüsü (turbofanlara kıyasla) ve düşük yakıt fiyatları nedeniyle gerçekleşmedi. General Electric için GE36 UDF, CFM International ortak girişiminde eşit ortak Snecma ile ürettiği CFM56 yüksek baypaslı turbofanın yerini alacaktı . 1980'lerde motor başlangıçta International Aero Engines'in rakip teklifi olan IAE V2500'e karşı rekabetçi değildi . Aralık 1986'da Snecma'nın başkanı, geliştirilmekte olan CFM56-5S2'nin CFM56 ailesi için yaratılan son turbofan olacağını ve " Turbofanlara daha fazla para harcamanın bir anlamı yok. UDF gelecek" dedi. Ancak V2500 1987'de teknik sorunlarla karşılaştı ve CFM56 büyük satış ivmesi kazandı. General Electric, GE36'nın 1979'da ilk siparişini almasından beş yıl önce CFM56'yı parçalamasına olan ilgisini kaybetti ve "UDF daha önceki standartlara göre güvenilir hale getirilebilirken, turbofanlar bundan çok, çok daha iyi hale geliyordu." General Electric, UDF'nin kanat teknolojisini doğrudan Boeing 777 için üretilmiş en güçlü jet motoru olan GE90'a ekledi .

1990'lar

İlerleme D-236 üzerinde propfan motor Yak-42 1991 yılında Paris Air Show'da e-LL testbed uçağı.

1990'ların başında, Sovyetler Birliği / Rusya , Progress D-36 turbofanın çekirdeğini temel alan, ön pervanede sekiz kanatlı ve altı pervaneli dişli ters dönen bir propfan motoru olan Progress D-236 üzerinde uçuş testleri gerçekleştirdi. arka pervanedeki bıçaklar. Bir test yatağı, bir Ilyushin Il-76'ya monte edilmiş ve tanımlanamayan dört pervaneli bir uçak için tasarlanan Hannover ILA 90 hava gösterisine uçan 10.100 hp (7.500 kW) bir propfandı . D-236, Il-76'da toplam 70 uçuş test saati için 36 kez uçtu. Diğer test yatağı, 10.990 hp (8.195 kW), 14 ft ünite (4,2 m; 170 inç; 420 cm) idi, bir Yakovlev Yak-42 E-LL'ye monte edildi ve planlanan uçuş için bir gösteri olarak 1991 Paris Air Show'a uçtu. Temel 150 koltuklu versiyonunda 1.900 nmi (2.200 mi; 3.500 km) menzile sahip olacak ve 460 kn (530 mph; 850 km/sa; 780 ft) hızda seyredecek ikiz propfan motorlu Yak-46 uçağı /sn; 240 m/sn) (Mach 0.75). Sovyetler, D-236'nın gerçek bir aerodinamik verimliliği yüzde 28'e ve eşdeğer bir turboprop'a göre yüzde 30 yakıt tasarrufuna sahip olduğunu iddia etti . Ayrıca 14.100 ve 30.200 hp (10.500 ve 22.500 kW) güç değerlerine sahip propfanlar için planlarını açıkladılar.

Bir Antonov An-70'e takılan Progress D27 Propfans .

Progress D-236 gibi, daha güçlü Progress D-27 propfan motoru, sekiz ön kanatlı ve altı arka kanatlı ters dönen bir pervanedir, ancak D-27, azaltılmış kalınlık- koro oranına sahip gelişmiş kompozit kanatlara sahiptir ve ön kenarda daha belirgin bir eğrilik . 1985 yılında piyasaya sürülen bir motor olan D-27, kalkışta 27.000 lbf (119 kN) itiş ile 14.000 hp (10.440 kW) güç sağlar. Arkaya monte edilmiş iki D-27 pervanesi, 1995 ilk uçuşu ve 1997'de hizmete girmesi planlanan Ukraynalı Antonov An-180'i tahrik etti . Ocak 1994'te Antonov , An-70 askeri nakliye uçağının, gövdenin üstüne monte edilmiş kanatlara bağlı dört Progress D-27 ile çalışan ilk prototipini piyasaya sürdü. Rus Hava Kuvvetleri 164 uçağı için sipariş 2003 sonradan iptal. 2013 itibariyle, An-70'in hala bir yük gemisi olarak umut verici bir geleceğe sahip olduğu düşünülüyordu. Ancak Progress D-27'nin pervane bileşeni Rusya'nın SPE Aerosila'sı tarafından yapıldığından , An-70, Ukrayna'nın Rusya ile siyasi çatışması tarafından engellendi . Bunun yerine Antonov , 2018'de An-70'i yeniden markalı bir An-77 olarak yeniden geliştirmek için Türkiye ile çalışmaya başladı , böylece uçaklar Rus tedarikçi katılımı olmadan günümüz gereksinimlerine uyabilir.

Yirmi birinci yüzyıl

21. yüzyılın ilk on yılında, yükselen jet yakıtı fiyatları, emisyonları azaltmak için motor/gövde verimliliğine verilen önemi artırdı ve bu, Boeing 787 ve Airbus A350 XWB'nin ötesinde jet uçakları için propfan konseptine olan ilgiyi yeniden canlandırdı. Örneğin, Airbus patentli uçak tasarımları, ikiz arkaya monte ters dönen pervaneli. Rolls-Royce , arka (itici) RB.509-11 ve ön (traktör) yapılandırılmış RB.509-14 dişli propfan tasarımlarına sahipti ve bu tasarımlar, 13.000 hp (9.700 kW) şaft gücüne sahip XG-40 motorundan gaz jeneratörü . Irkut MS-21 dar gövdeli uçak için finalist olduğu düşünülen bir açık rotor tasarımı geliştirmesine rağmen, 1980'de propfan teknolojisi konusunda ılık hale geldi . Rolls-Royce RB3011 (, 14 ft; 430 cm 4,3 m) motor 170 ile ilgili bir çapa sahip olacaktır ve 16,000 mil HP (12,000 kW) gerektiren vites kutusu .

2017 yılında Safran açık rotor maketi.

Avrupa Komisyonu tarafından yönetilen 2008 yılında bir Açık Rotor gösteri düzenlediler Safran içinde Clean Sky sekiz yıl içinde 65 milyon Euro ile finanse programı. Bir gösterici 2015 içinde monte edilmiştir, ve toprak içinde açık hava test cihazı üzerinde, Mayıs 2017'de test Istres azaltmaya yönelik, yakıt tüketimi ve buna bağlı CO ₂ akımı ile karşılaştırıldığında% 30 oranında emisyon CFM56 turbofan. 2017 sonunda yer testinin tamamlanmasının ardından Safran'ın dişli açık rotorlu motoru teknoloji hazırlık düzeyi 5'e ulaştı . Göstericinin on iki kanatlı ön pervanesi ve on kanatlı arka pervanesinin çapları 13,1 ve 12,5 ft (4,0 ve 3,8 m; 160 ve 150 inç; 400 ve 380 cm), sırasıyla. Snecma M88 askeri savaş motorunun çekirdeğine dayanan gösterici, 12.200 beygir gücü (9 megavat) kullanıyor, yaklaşık 22.000 lbf (100 kN) itme sağlıyor ve Mach 0.75 hızında seyredecek. Ancak Safran'ın gelecekteki açık rotorlu motoru, maksimum çapı yaklaşık 14,8 ft (4,50 m; 177 inç; 450 cm) olacaktır.

2007 yılında, Progress D-27, Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü (ICAO) Bölüm 4 standartlarına karşılık gelen Birleşik Devletler Federal Havacılık İdaresi (FAA) Aşama 4 düzenlemelerini karşılayacak şekilde başarıyla değiştirildi . 2012 yılında yapılan bir ticari araştırma, propfan gürültüsünün Aşama 4 düzenlemelerinin izin verdiğinden 10-13 desibel daha sessiz olacağını öngördü . Aşama 5 gürültü sınırları , propfan gürültü zarfı içinde sınırları yalnızca yedi etkili algılanan gürültü desibel ( EPNdB ) kadar azaltır. Çalışma ayrıca, açık rotorların yakıt açısından yüzde dokuz daha verimli olacağını, ancak turbofanlardan 10-12 desibel daha yüksek sesle kalacağını öngördü. Snecma, propfan motorlarının, CFM LEAP turbofan motoruyla yaklaşık aynı gürültü seviyelerine sahip olacağını iddia etti .

2021'de CFM, bir çektirme/traktörde aktif statorlarla eşleştirilmiş tek kademeli, dişli tahrikli bir propfan üretmek için Sürdürülebilir Motorlar için Devrimci İnovasyon (RISE) geliştirme programını duyurdu, konfigürasyon 2025'te başlayacak uçuş testleriyle başlayacaktı. Rotor bekleniyordu çapını aşmak için. Motorun 20.000-35.000 lb üretmesi bekleniyordu. yakıt verimliliğinde %20 artış ile itiş gücü. Şirket, motivasyonunun emisyonları azaltmaya yönelik küresel vurgu olduğunu iddia etti. Motorun hem hidrojen hem de Sürdürülebilir Havacılık Yakıtlarını desteklemesi planlandı. Motorun kompakt bir yüksek basınçlı çekirdek ve yanma havasını egzoz ısısıyla ön ısıtmak için bir geri kazanım sistemi ve sıcak bölümde seramik matris kompozitler ve reçine transfer kalıplı kompozit fan kanatları içermesi bekleniyordu. Rotora ek olarak, tasarım, akış geri kazanım kanatları olarak işlev gören, dönmeyen bir dizi değişken adımlı stator kanatlarını içerir. Tasarım, fan-basınç oranını arttırır ve rotor yükünü azaltarak hava hızını arttırır. Fan aşaması, yüksek hızlı bir takviye kompresörü ve yüksek hızlı, düşük basınçlı şaft tahrikli bir ön dişli kutusu ile güçlendirilecektir. Motor, gövde entegrasyonu karmaşıklığı nedeniyle geleneksel bir "pervane/motor" yerine "entegre motor" olarak sertifikalandırılacak.

Zorluklar

Bıçak tasarımı

Turboproplar, yaklaşık 450 mil (390 kn; 720 km/sa) altında bir optimum hıza sahiptir, çünkü pervaneler , süpersonik hızların hemen altında meydana gelen dalga sürtünmesi olarak bilinen bir etki nedeniyle yüksek hızda verimliliklerini kaybederler . Bu güçlü sürüklenme ani bir başlangıca sahiptir ve 1940'larda ilk karşılaşıldığında bir ses bariyeri kavramına yol açmıştır . Bu etki, pervane, bıçak uçlarının ses hızına yaklaşması için yeterince hızlı döndürüldüğünde meydana gelebilir.

Bu sorunu çözmenin en etkili yolu, pervaneye kanatlar ekleyerek pervanenin daha düşük bir dönüş hızında daha fazla güç sunmasını sağlamaktır. İkinci Dünya Savaşı'nın birçok savaş uçağı tasarımının iki veya üç kanatlı pervanelerle başlamasının, ancak savaşın sonunda en fazla beş kanat kullanılmasının nedeni budur; motorlar yükseltilirken, bu gücü daha verimli bir şekilde dönüştürmek için yeni pervanelere ihtiyaç duyuldu. Kanat eklemek, pervanenin dengelenmesini ve bakımını zorlaştırır ve ilave kanatlar, sürtünme ve verimlilik sorunları nedeniyle küçük performans cezalarına neden olur. Ancak bu tür önlemlerle bile, sonunda pervane kanat uçlarının dönüş hızıyla (hele helisel uç hızı olarak bilinir) birleşen uçağın ileri hızı yine dalga sürükleme sorunlarına yol açacaktır. Çoğu uçak için bu, yaklaşık 450 mil (390 kn; 720 km/s) üzerindeki hızlarda gerçekleşir.

süpürülmüş pervane

1935'te Alman araştırmacılar tarafından dalga direncini azaltmak için bir yöntem keşfedildi - kanadı geriye doğru süpürmek. Bugün, 450 mph (390 kn; 720 km/s) üzerinde uçmak için tasarlanmış hemen hemen tüm uçaklar, süpürülmüş bir kanat kullanır . Pervanenin iç kısmı dönme yönünde dışa göre daha yavaş hareket ettiğinden, bıçak giderek daha fazla geriye doğru süpürülür, bu da bir palaya benzer kavisli bir şekle yol açar - ilk olarak 1909'da kullanılan bir uygulama, içinde Chauviere kullanılan ahşap pervane, iki kanatlı Blériot XI . (Bıçak kökünde, bıçak aslında geriye doğru süpürülmüş bıçak uçlarının oluşturduğu bükülmeye karşı koymak için dönme yönüne doğru süpürülür.) Hamilton Standard test propfanı, bıçak uçlarında kademeli olarak maksimum 39 dereceye kadar süpürüldü. , kanatların yaklaşık Mach 1.15'lik bir sarmal uç hızına sahip olmasına rağmen propfanın itme üretmesine izin verdi.

GE36 UDF ve 578-DX'in kanatları, yaklaşık 750-800 ft/s (230-240 m/s; 510-550 mph; 820-880 km/s) veya yaklaşık yarım dönüşte maksimum uç hızına sahiptir. geleneksel bir turbofanın pervane kanatları için maksimum uç hızı. Bu maksimum bıçak ucu hızı, daha geniş veya daha dar pervane çapına rağmen sabit tutulacaktır (sırasıyla bir RPM azalmasına veya artmasına neden olur).

Sürtünme, kanatları daha ince yaparak da azaltılabilir, bu da önlerindeki hava sıkıştırılabilir hale gelmeden ve şok dalgalarına neden olmadan önce kanatların ulaşabileceği hızı artırır. Örneğin, Hamilton Standard test propfanının kanatları , spinner bağlantısında %20'den daha az, uçlarda %2'ye ve açıklığın ortasında %4'e inen bir kalınlık-kord oranına sahipti . Propfan kanatları, dönemin en iyi geleneksel pervane kanatlarının kalınlık-koro oranının yaklaşık yarısına sahipti, kenarları jilet gibi inceltildi ve 20 pound (9.1 kg) kadar az bir ağırlığa sahipti. (Boeing 727'de test edilen GE36 UDF motoru, her biri 22,5 ve 21,5 libre (10,2 ve 9,8 kg) ağırlığında ön ve arka kanatlara sahipti.)

Propfanın diğer uçak motorlarıyla karşılaştırılması.

Gürültü

Propfan ile ilgili en büyük sorunlardan biri gürültüdür. 1980'lerdeki propfan araştırması, gürültüyü azaltmanın yollarını keşfetti, ancak yakıt verimliliğinin düşürülmesi pahasına propfanın bazı avantajlarını azalttı.

Gürültüyü azaltmak için genel yöntemler, uç hızlarını düşürmeyi ve bıçak yüklemesini azaltmayı veya bıçak yüzey alanı birimi başına itme miktarını içerir . Kanat yüklemesine benzer bir kavram olan kanat yüklemesi , itme gereksinimini azaltarak veya kanatların miktarını, genişliğini ve/veya uzunluğunu artırarak azaltılabilir. Turboproplardan veya tek dönüşlü propfanlardan daha yüksek sesli olabilen ters dönüşlü propfanlar için gürültü ayrıca şu şekilde azaltılabilir:

• pervaneler arasındaki boşluğu arttırmak;
• arka pervane kanatlarının ön pervanenin kanat ucu girdaplarını kesmesini önlemek için arka pervane kanat uzunluklarının ön pervaneninkinden daha kısa tutulması ( kanat-vorteks etkileşimi );
• akustik güçlendirmeyi önlemek için iki pervanede farklı sayıda kanat kullanılması ; ve
• Akustik güçlendirmeyi önlemek için ön pervaneyi ve arka pervaneyi farklı hızlarda döndürmek.

topluluk gürültüsü

Motor üreticileri, propfan uygulamalarının verimlilik avantajından ödün vermeden topluluk (kabin yerine) gürültü düzenlemelerini karşılamasını bekler. Bazıları, daha düşük dönüş hızları göz önüne alındığında, propfanların potansiyel olarak turbofanlardan daha az topluluk etkisine neden olabileceğini düşünüyor. Dişli propfanlar, aynı sebepten dolayı, dişlisiz propfanlara göre bir avantaja sahip olmalıdır.

2007'de Progress D-27, Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü (ICAO) Bölüm 4 standartlarına karşılık gelen ve 2006'da kabul edilen Birleşik Devletler Federal Havacılık İdaresi (FAA) Aşama 4 düzenlemelerini karşılayacak şekilde başarıyla değiştirildi. mevcut açık rotor teknolojisinden kaynaklanan gürültünün Aşama 4 düzenlemelerinin izin verdiği maksimum gürültü seviyesinden 10-13 desibel daha sessiz olacağı ; Yeni Aşama 5 gürültü sınırları (2018'de daha büyük uçaklar için Aşama 4 düzenlemelerinin yerini aldı ve 2014'te oluşturulan ICAO Bölüm 14 gürültü standardını yansıttı ), yalnızca yedi etkili algılanan gürültü desibel ( EPNdB ) ile Aşama 4 gereksiniminden daha kısıtlayıcıdır , bu nedenle mevcut propfan teknolojisi Aşama 5 standartları tarafından engellenmemelidir. Çalışma ayrıca mevcut teknoloji seviyelerinde açık rotorların yakıt açısından yüzde dokuz daha verimli olacağını, ancak turbofanlardan 10-12 desibel daha yüksek sesle kalacağını öngördü. Ancak Snecma , açık rotorlu testlerin propfan motorlarının 2016 yılında hizmete giren CFM LEAP turbofan motoruyla yaklaşık aynı gürültü seviyelerine sahip olacağını gösterdiğini iddia ediyor .

Yerden gelen gürültüyü korumak için uçak yapısının yeniden tasarlanmasıyla daha fazla azalma sağlanabilir. Örneğin, başka bir çalışma, geleneksel tüp ve kanatlı uçaklar yerine hibrit kanat gövdeli bir uçağa güç sağlamak için propfan motorlarının kullanılması durumunda , gürültü seviyelerinin ICAO Bölüm 4 gerekliliklerine kıyasla 38 EPNdB kadar azaltılabileceğini tahmin etmiştir. 2007 yılında, İngiliz bütçeli havayolu easyJet , arka gövdeye birleştirilmiş ve bir U-kuyruğu ile korunan V monteli açık rotorlu motorlara sahip 150-250 kişilik bir uçak olan ecoJet konseptini tanıttı. Uçağı üretmek için Airbus, Boeing ve Rolls-Royce ile görüşmeler başarısızlıkla sonuçlandı.

Boy

100-150 yolcu taşıyan çift motorlu bir uçak 120-168 inç (300-430 cm; 10.0-14.0 ft; 3.0-4.3 m) propfan çapları ve 236 inç (600 cm; 19,7 ft; 6,0 m) teorik olarak yaklaşık 60.000 lbf (270 kN) itme kuvveti üretecektir. Bu boyutlar, 30'un üzerinde istenen yüksek baypas oranlarına ulaşır , ancak eşdeğer kapasiteye sahip turbofan motorlarının çapının yaklaşık iki katıdır. Bu nedenle, airframers genellikle tasarım Gövdesini bir ile T kuyruğu konfigürasyonu aerodinamik amaçlar ve propfans arka üst kısmına tutturulabilir gövde . İçin Rolls-Royce RB3011 propfan prototip, 8,3 ft pilon (2.54 m, içinde 100, 254 cm) uzunluğundaki bir gövde yanına her motorun merkezi bağlamak için gerekli olacaktır. Propfanlar kanatlara monte edilirse, kanatlar uçağa yüksek kanat konfigürasyonunda bağlanır ve bu da aşırı uzun iniş takımı gerektirmeden yerden yükseklik sağlar . Üretilen aynı miktarda güç veya itme için, genel kurulum sorunları hala geçerli olsa da, kanalsız bir fan, dişli bir propfandan daha kısa kanatlara ihtiyaç duyar.

Çıkış derecesi

Turboproplar ve çoğu propfan, ortaya koydukları itme miktarına göre derecelendirilen turbofanlar ve UDF propfan tipinin aksine ürettikleri şaft beygir gücü (shp) miktarına göre derecelendirilir . Temel kural, statik bir motorla deniz seviyesinde, 1 mil beygir gücünün (750 watt) kabaca 2 pound-kuvvet (8,9 N) itme kuvvetine eşdeğer olmasıdır, ancak seyir irtifasında bu, yaklaşık 1 pound-kuvvet (4,4) olarak değişir. N) itme. Bu, iki adet 25.000 lbf itme (110 kN) motorun teorik olarak bir çift 12.000–13.000 mil hp (8.900–9.700 kW) propfan veya iki adet 25.000 lbf itme (110 kN) UDF propfan ile değiştirilebileceği anlamına gelir.

Propfanlı uçak

Ayrıca bakınız

Karşılaştırılabilir motorlar

İlgili listeler

• uçak motorları listesi

Referanslar

Genel kaynaklar

• Pervane pervanesi tahrik kavramları: Teknoloji İncelemesi, Tasarım Metodolojisi, Son teknoloji tasarımlar ve geleceğe bakış. Raymond Scott Ciszek. Virginia Üniversitesi Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü. Bitirme Tez Projesi. 25 Mart 2002

bibliyografya

Dış bağlantılar

• Değişken adımlı propfan . NASA Lewis Eğitim TV (Televizyon yapımı). 1987.
• "Keith Henry arşiv koleksiyonu: Pervane-fan gürültü azaltma ve pervane-fan tahrik araştırması" . NASA Kültür Kaynakları (CRGIS) . 3 Şubat 2016 . 25 Nisan 2019'da alındı .
• Aguilar, Hektor; Haan, Leon de; Knuyt, Jerry; Nieuwendijk, Lisa (Aralık 2017). "Propfan, turbofan motorları için bir alternatif: Bir propfanın teknik tasarım özelliklerinin üstesinden gelmek" (PDF) . AviationFacts.eu . Amsterdam Uygulamalı Bilimler Üniversitesi'nde (AUAS) Havacılık Akademisi. 9 Ekim 2018'de orijinalinden arşivlendi (PDF) . 9 Ekim 2018'de alındı .
• Norris, Guy (12 Haziran 2007). "Yeşil gökyüzü düşüncesi - karbon kredisi ve propfan dönüşü mü?" . Uluslararası Uçuş . ISSN  0015-3710 . 21 Haziran 2007 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 28 Ocak 2019 .
• Sandru, Mike (27 Ekim 2008). "Yakıt tüketimini azaltabilecek yeni bir 'açık rotor' jet motoru" . Yeşil İyimser . 17 Aralık 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi . Erişim tarihi: 28 Ocak 2019 .
• Norris, Guy (25 Haziran 2021). "Açık Fan Motorunun Evrimsel İzi" . havacılık haftası.com . 2021-06-28 alındı .