داستان تولد یک غول؛ چگونه قدرت موتور رولز-رویس معماری هواپیما را دگرگون کرد؟

عصر ایران - ایرباس ای380 سوپرجامبو (The Airbus A380 superjumbo)، تنها جت تجاری تمام دو طبقه در جهان است و حداکثر وزن برخاستی دارد که به مراتب از هر هواپیمای دیگری در حال حاضر فراتر می رود. نیروی محرکه این هواپیما به صورت اختیاری توسط چهار موتور رولز-رویس ترنت 900 (Rolls-Royce Trent 900) یا چهار موتور انجین آلیانس جی پی7200 (Engine Alliance GP7200) ساخته شده توسط کنسرسیوم مشترک جنرال الکتریک و پرت اند ویتنی تامین می شود. هواپیمای ای380 و موتور ترنت 900 به طور هم زمان طراحی شدند و نسخه های مختلف این موتور در نهایت برای تولید نیرویی تا سقف 84000 پوند-نیرو گواهینامه دریافت کردند.

ترنت 900 موتور بسیار قدرتمندی است که بسته به نوع نسخه، نیرویی بین 75152 تا 84098 پوند-نیرو تولید می کند. این موتور به عنوان یک موتور سفارشی برای ای380 توسعه یافت و فرآیند ساخت هواپیما و موتور به صورت موازی پیش رفت. این هواپیما از همان ابتدا برای مجهز شدن به موتورهایی در کلاس 70000 تا 80000 پوند-نیرو طراحی شده بود.

موتور رولز-رویس ترنت در مراحل اولیه برنامه ساخت هواپیما به عنوان یکی از گزینه های اصلی انتخاب شد، از این رو ایرباس نیازی پیدا نکرد که پس از تعریف نهایی پروژه، دست به بازطراحی عمده ای در ای380 بزند. در واقع، ترنت 900 در ابتدا برای تامین نیروی هواپیمایی بزرگ تر از مدل ای380-800 در نظر گرفته شده بود. ایرباس برنامه ریزی کرده بود که ای380-800 کوچک ترین عضو از خانواده ای باشد که شامل مدل کشیده تر ای380-900 و احتمالا مدل فوق کشیده ای350-1000 می شد. با این حال، در نهایت فقط مدل ای380-800 ساخته شد و این موضوع باعث شد هواپیما با بال هایی بسیار بزرگ و موتورهایی فوق العاده قدرتمند باقی بماند.

ابعاد عظیم این موتورها، ایرباس را ملزم ساخت تا سازه های بال، پایلون ها (محل اتصال موتور به بال)، سیستم های خنک کاری، یکپارچه سازی هیدرولیک و سایر ویژگی ها را بسیار مستحکم طراحی کند؛ اما تمام این موارد از همان ابتدا مشخص بودند. اهداف مربوط به کاهش صدا و افزایش کارایی نیز به هدایت مسیر توسعه موتورها و هواپیما کمک کردند، که البته این فاکتورها نیز از پیش شناخته شده بودند. فن های بزرگ (با قطر حدود 2.95 متر) نقش کلیدی در توانایی ترنت 900 برای دستیابی به نسبت کنارگذر (Bypass Ratio) بالا، کارکرد نسبتا کم صدا و مصرف سوخت بهینه ایفا می کنند.

سیستم معکوس کننده رانش در ای380

یکی از بخش هایی که ایرباس مجبور به تغییر آن شد، اضافه کردن سیستم معکوس کننده رانش بود. در ابتدا ایرباس تصور می کرد که سیستم ترمز چرخ ها برای متوقف کردن این هواپیمای غول پیکر کافی است، اما با پیشرفت فرآیند توسعه، تصمیم گرفت معکوس کننده های رانش را به دو موتور داخلی (موتورهای شماره 2 و 3) اضافه کند. معکوس کننده رانش، یک حالت عملکردی در موتورهای جت برای کم کردن سرعت هواپیما پس از فرود است. این سیستم به ترمز چرخ ها و اسپویلرهای بال کمک کرده و استهلاک ترمز را کاهش می دهد.

معکوس کننده های رانش برای عملکرد توقف هواپیما کاملا حیاتی نیستند و ای380 تاییدیه لازم برای متوقف شدن روی باندهای خشک را تنها با استفاده از ترمزها و اسپویلرهای خود دارد. ایرباس سیستم معکوس کننده رانش محدود را صرفا به موتورهای 2 و 3 اضافه کرد تا یک حاشیه امنیت برای باندهای لغزنده یا آلوده (مانند شرایط یخ زدگی) ایجاد کند. این سیستم به کاهش بار روی ترمزها و کاهش خطر هیدروپلنینگ (سر خوردن روی لایه آب) کمک می کند. با توجه به اینکه ترمزهای کربنی قدرتمند و اسپویلرهای بزرگ این سوپرجامبو توانایی کاهش سرعت فوق العاده ای را فراهم می کنند، ایرباس اضافه کردن این سیستم به هر چهار موتور را کاری افراطی و بیش از حد دانست.

بیشتر هواپیماهای تجاری باریک پیکر و پهن پیکر در تمام موتورهای خود دارای سیستم معکوس کننده هستند. معکوس کننده ها در کنار مزایایی مانند ارتقای ایمنی و کاهش استهلاک ترمز، معایبی مثل افزایش وزن موتورها را نیز به همراه دارند. پس از فرود، خنک شدن ترمزهای یک هواپیمای پهن پیکر ممکن است ساعت ها طول بکشد و انتظار برای خنک شدن ترمزها گاهی اوقات می تواند دلیلی برای تاخیر پرواز توسط خلبانان باشد.

نیاز به یک موتور بزرگ تر

هواپیمای ای380 به دلیل ابعاد بسیار عظیم خود، به موتورهایی بسیار قدرتمندتر از موتورهای به کار رفته در مدل دو موتوره پهن پیکر ای330 و مدل چهارموتوره پهن پیکر ای340 نیاز داشت. ای380 نه تنها تنها هواپیمایی است که حداکثر وزن برخاست آن از مرز یک میلیون پوند عبور کرده، بلکه این رکورد را به اندازه ای بیش از وزن کل یک هواپیمای باریک پیکر ایرباس ای321 (حدود 205000 پوند) جابه جا کرده است.

این هواپیما با حداکثر وزن برخاست 1268000 پوند (575155 کیلوگرم)، با نیاز اولیه به نیروی رانشی در حدود 280000 پوند-نیرو طراحی شد. موتور رولز-رویس ترنت 900 ابتدا در سال 1996 برای برنامه بویینگ 747-500/600اکس پیشنهاد شد و بعدا در سال 2000 به برنامه A3XX ایرباس ارائه گردید. شرکت رولز-رویس می گوید: "با ارائه کمترین میزان سوزاندن سوخت در طول عمر مفید و ویژگی های زیست محیطی عالی، به راحتی می توان درک کرد که چرا ترنت 900 موتور انتخابی برای ایرباس ای380 است."

از نظر تاریخی، تنها سه سازنده موتور قادر به تولید موتورهایی در این کلاس بوده اند: پرت اند ویتنی، رولز-رویس و جنرال الکتریک. شرکت سافران فرانسه تمایل دارد روی موتورهای کوچک تر تمرکز کند، در حالی که شرکت ACAE چین به دنبال پیوستن به این باشگاه نخبگان در دهه 2030 است. روسیه نیز در حال توسعه موتور Aviadvigatel PD-35 است، هرچند که این موتور در انتهای کم قدرت تر این طیف قرار خواهد گرفت. رولز-رویس در حال حاضر تقریبا نیمی از بازار موتورهای پهن پیکر را در اختیار دارد و سهم بزرگ تر متعلق به جنرال الکتریک است.

ایرباس ای380 رتبه پنجم در قدرتمندترین موتورها را دارد

موتورهای ترنت 900 با وجود بزرگ و قدرتمند بودن، بزرگ ترین یا قدرتمندترین موتورهای موجود در بازار نیستند. موتوری که بالاترین رتبه گواهی شده را دارد، توربوفن GE90 است که نیروی هواپیماهای دوموتوره بویینگ 777-300ئی آر و بویینگ 777-200 ال آر را تامین می کند. این موتور دارای قطر 128 اینچ و رتبه رانش تاییدشده 115300 پوند-نیرو است. موتور آینده یعنی GE9X که به طور انحصاری روی بویینگ 777اکس نصب می شود، با 134 اینچ قطر حتی عریض تر است اما رتبه رانش رسمی کمتری معادل 110000 پوند-نیرو دارد.

موتور GE9X رکوردهای رانش را شکسته و در آزمایش ها به نیروی 134300 پوند-نیرو دست یافته است، اما گواهینامه رسمی آن کمی پایین تر از GE90 قرار دارد. در رتبه بعدی، نسخه PW4098 از سری PW4000-112 قرار دارد که با نیروی 99040 پوند-نیرو به بویینگ 777-300 نیرو می دهد. همچنین بالاتر از ای380، هواپیمای دوموتوره ایرباس ای350-1000 قرار دارد که موتورهای توربوفن رولز-رویس ترنت XWB-97 آن برای 97000 پوند-نیرو تایید شده اند.

هواپیماها با قدرتمندترین موتورها بر اساس گواهینامه رسمی

قدرتمندترین نسخه فرعی موتور نصب شده روی ای380، مدل ترنت 980-84 با نیروی 84100 پوند-نیرو است. این مقدار تقریبا مشابه موتورهای XWB-84 است که به ایرباس ای350-900 نیرو می دهند. این بدان معناست که بالاترین نسخه موتور ای380، این هواپیما را در رتبه پنجم لیست هواپیماهای تجاری بر اساس قدرت تک موتور قرار می دهد. برای مقایسه، بویینگ 8-747 جامبو از چهار موتور جنرال الکتریک GEnx با نیروی 66500 تا 69800 پوند-نیرو استفاده می کند؛ این موتور از همان خانواده ای است که نیروی دریم لاینر (بویینگ 787) را تامین می کند.

موتور اولترافن رولز-رویس

اگرچه جنرال الکتریک ممکن است قدرتمندترین توربوفن های بازار را در اختیار داشته باشد، اما رولز-رویس بزرگ ترین موتور توربوفن آزمایشی (Demonstrator) را ساخته است. اولترافن (UltraFan) یک موتور نمایشی عظیم 140 اینچی (3.5 متری) است که برای دستیابی به جهش 25 درصدی در بهره وری سوخت نسبت به نسل اول موتورهای ترنت طراحی شده است. انتظار می رود این موتور به عنوان پایه و اساس خانواده جدیدی از موتورهای تجاری در دهه 2030 عمل کند.

معماری های جدید هسته موتور، بهبود چشمگیر 40 درصدی در کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن و کاهش 35 درصدی صدا را ارائه می دهند. نکته مهم این است که این موتور به صورت مقیاس پذیر و بسیار ماژولار طراحی شده و برنامه ریزی شده تا از موتورهایی در محدوده 25000 تا 110000 پوند-نیرو پشتیبانی کند. رولز-رویس می گوید: "رولز-رویس مجموعه ای مقیاس پذیر از فناوری ها را توسعه داده است که در ساخت موتورهای آزمایشی اولترافن 80 (پهن پیکر) و اولترافن 30 (باریک پیکر) به کار گرفته می شوند."

این شرکت می افزاید: "این موتورهای آزمایشی در حال اعتبارسنجی فناوری های کلیدی و طراحی سیستم پیشران برای راهکارهای آینده موتورهای داکت دار (دارای پوسته) پهن پیکر و باریک پیکر هستند." مدل اولترافن 30 هدف خود را دستیابی به کاهش 20 درصدی مصرف سوخت در مقایسه با موتورهای باریک پیکر امروزی قرار داده است، در حالی که مدل اولترافن 80 اکنون در حال آزمایش است و قرار است پایه موتورهای پهن پیکر آینده باشد. اولترافن 80 در سال 2023 در نیروی 85000 پوند-نیرو تست شده و انتظار می رود آزمایش های بیشتری در سال 2026 روی آن انجام شود.

محدودیت فعلی رولز-رویس به موتورهای پهن پیکر

بازار فعلی موتورهای پهن پیکر اکنون به طور کامل در انحصار رولز-رویس (مدل های ای330نئو، ای350 و به صورت محدود بویینگ 787) و جنرال الکتریک (مدل های 777اکس، 777اف و بیشتر بویینگ های 787 است. پرت اند ویتنی از بازار موتورهای تجاری پهن پیکر کنار گذاشته شده است، به جز تانکرهای سوخت رسان کی سی-46 نیروی هوایی آمریکا که بر پایه بویینگ 767 ساخته شده اند. شرکت AECC چین نیز در حال تلاش است تا با موتور توربوفن بزرگ CJ-2000 به این بازار ورود کند.

در همین حال، رولز-رویس خود را خارج از بازار هواپیماهای تجاری باریک پیکر و منطقه ای می بیند. این بخش اکنون توسط پرت اند ویتنی (مدل های ای220، جت های امبرائر و برخی از مدل های ای320نئو) و شرکت سی اف ام اینترنشنال کنسرسیوم مشترک جنرال الکتریک و سافران که موتورهای بویینگ 737 مکس، سی919 و بیشتر ای320نئوها را می سازد قبضه شده است. رولز-رویس همچنین برای برخی جت های تجاری (بیزینس جت) و هواپیمای آینده بی-52جی موتور تولید می کند، به این معنی که این شرکت از بخش بازار موتورهای تجاری میان سایز بیرون رانده شده است.

رولز-رویس به دنبال بازگشت به بازار هواپیماهای باریک پیکر با نسل بعدی خانواده موتورهای خود بر پایه اولترافن 30 است. این موتور در کلاس 30000 پوند-نیرو قرار خواهد گرفت و انتظار می رود آزمایش های زمینی نسخه نمایشی آن در سال 2028 آغاز شده و در اواخر دهه 2030 وارد خدمت شود. این شرکت موتور خود را به عنوان گزینه ای برای جایگزین های آینده خانواده ایرباس ای320نئو و بویینگ 737 معرفی می کند. از سوی دیگر، شرکت سی اف ام نیز در حال کار روی راهکار نسل بعدی خود با فن باز (Open-fan) برای جایگزینی ای320نئو است.

تنظیم و ترجمه: محمدمهدی حیدرپور

تحقیق جدید: با یک بار ورزش در هفته هم می‌توانید لاغر شوید

بیشتر بخوانید:

حجم عجیب مصرف بنزین ایرباس A380 / طراحی حیرت‌انگیز مخازن سوخت روی بال‌ها (فیلم)

تماشاخانه

وقتی اشکانیان ایران را پس گرفتند؛ زمانی که رومی‌ها با تحمیل یک معاهده به سلوکیان سلاح قدرتمندشان را بدست آوردند

دریاچه ارومیه ۱۴۰۵ / واقعیست یا سراب است ؟! هنوز ۳ متر کم است ؛ یعنی ۱۱ میلیارد متر مکعب آب

فیلم های دیگر