1. ANASAYFA
  2. ROLLS-ROYCE GELECEK NESİL TURBOFAN MOTOR YOL HARİTASI
ROLLS-ROYCE GELECEK NESİL TURBOFAN MOTOR YOL HARİTASI

ROLLS-ROYCE GELECEK NESİL TURBOFAN MOTOR YOL HARİTASI

ROLLS-ROYCE GELECEK NESİL TURBOFAN MOTOR YOL HARİTASI Şubat ayında açıklanan vizyon 2020 yıllarında hizmete girmesi planlanan yolcu uçakları hedef alıyor. Rolls-Royce (RR) vizyonunda evrimi günümüzde üretimde olan Trent XWB motorunun taban alarak iki kademede gerçekleştirmeyi planlıyor. İlk kademe, 2020 yılında hizmete girmesi planlanan “İleri Motor” nun, bypass oranın 11:1 üzerinde ve birleşik kompresör basınç oranında 60:1 büyük olası ve üretimde olan Trent 700 motoruna göre en az %20 yakıt tasarrufu hedefler arasında.

Rolls-Royce nesil turbofan motorlarının stratejisin vizyonunu açıkladı. Strateji Avrupa Birliği, Birleş Krallık Hükümetinin ve firmanın kendi kaynaklarınla finansa edilen AR-GE projelerini değerlendiriyor.

Şubat ayında açıklanan vizyon 2020 yıllarında hizmete girmesi planlanan yolcu uçakları hedef alıyor. Rolls-Royce (RR) vizyonunda evrimi günümüzde üretimde olan Trent XWB motorunun taban alarak iki kademede gerçekleştirmeyi planlıyor. İlk kademe, 2020 yılında hizmete girmesi planlanan “İleri Motor” nun, bypass oranın 11:1 üzerinde ve birleşik kompresör basınç oranında 60:1 büyük olası ve üretimde olan Trent 700 motoruna göre en az  %20 yakıt tasarrufu hedefler arasında. RR firması UtraFan olarak adlandırılan ikinci motor da çok iddialı hedefler belirliyor. İkinci kademede geliştirilecek ve RR’un UtraFan olarak adlandırdığı motorun konsept konfigürasyonunu 9-12 Şubat 2012 de 50th AIAA Aerospace Sciences kongresinde açıkladı. UtraFan motor mimarisi RR’nin Lockheed Martin firması ile ortak yürüttüğü araştırma projesi “NASA’s Environmentally Responsible Aviation (ERA)(1)”  çerçevesinde geliştirdiği konsepti temel alıyor. 2025 yılında hizmete girmesi planlanan UtraFan motorunda RR firması Trent XWB motora göre  %25 yakıt ekonomisi, 15:1 bypass ve 70:1 birleşik kompresör basınç oranı gerçekleştirmeyi hedefliyor. 15:1 bypass oranını başarmak için UtraFan motorunun değişken hatveli (pitch) fan palaları dizli sistemi güçlendirecek.   (Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi makale dizisinde dişli sistemin Turbofan motorlarında uygulamasının tarihsel gelişimi takip edilmiştir.)

Trent XWB motor mimarisi

Evrimin birinci kademesinde RR geleneksel üç şaft motor mimarisine temel değişlikler getiriyor: Nüve motorun orta kompresörün yükünü azaltarak yük dağıtımın yüksek kompresörle eşitliyor. RR’nün geleneksel üç şaft motor mimarisindeki değişiklerin önemi anlayabilmek için rakip Pratt & Whitney ve General Electric firmalarının iki şaft motor mimarisi arasındaki farkı özetlemekte fayda var.  Büyük motor sanayinin rakip üç aktörü, Pratt & Whitney, General Electric ve Rolls-Royce motor mimarisinin detaylı tartışması Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi makale dizinde bulunabilir. Burada kısaca özetlersek, iki şaft motorda fan ve alçak basınç kompresörü alçak basınç türbini tarafından güçlendirilmektedir. RR üç şaft mimarisinde ise alçak basınç türbini sadece fan birleşenini ve orta basınç türbininde “alçak basınç kompresörü” (RR terminolojisinde “alçak basınç kompresörü” orta basınç kompresörü, fan ise alçak basınç kompresörü)  güçlendiriyor. 3 şaft motor mimari yönteminde orta basınç kompresör-türbin sistemi basınç oranın gerektirdiği optimum (verimin en iyi olduğu devir) devirde çalışıyor.

RR Trent motorunun güç artış evrimde orta basınç kompresör-türbin sistemin güç kapasitesi artırarak motorun itki kuvvetindeki büyümeyi gerçekleştirdi. Orta basınç-türbin sistemindeki güç artışını kompresör basınç oranında büyüme ile gerçekleşti. Yüksek basınç kompresör-türbin sisteminde değişiklik uygulanmaması neticesinde basınç oranındaki artış yüksek basınç kompresöründe süperşarj durumunu oluştu. İleri yüksek basınç türbine sistem teknolojilerin gereken testlerden geçerek motora uygulamaya hazır olması neticesinde RR motor mimarisinde değişiklik yapmak için planladığı kilometre taşına ulaştı. Yeni nesil motorun kademe sayısı 10 olma ihtimali olan yüksek basınç kompresörünü iki kademli türbini güçlendirecek (Trent XWB yüksek basınç kompresörü 6 kademe kullanıyor). 4 kademeli orta basınç kompresörünün tek kademeli türbinle güçlendirilecek.  Üretimde olan XWB motorunun orta basınç güç sistemin 8 kademe kompresör ve 2 kademe türbine içeriyor. Kompresör birleşik basınç oranı büyümenin türbin giriş sıcaklığın yükseltmesi neticesinde yanma sonu azot-oksit ürününde artış olmaktadır. RR Environmentally Friendly Engine (EFE) projesi kapsamında geliştirdiği teknolojileri validasyon Trent 1000-based EEE test motorunda yapmaktadır. 2010 yılında başlayan validasyon çalışmalarının 2015 yılında devam etmeyi planlıyor.  

"İLERİ" motor mimarisi

İleri motordaki teknoloji yeniliklerini UltraFan motorunun mimarisindeki değişiklik takip ediyor: Fan birleşenini güçlendiren dişli sistemi, yüksek bypass oranlı fan, değişken hatveli fan palası ve en önemlisi alçak basınç türbinin birleşenin tamamen elimine edilmesi. Alçak basınç türbinin elimine edilmesi ile RR motor tasarım felsefesine radikal bir değişiklik getiriyor. RR firmasının iki-ve-yarım olarak adlandırmayı tercih ettiği UtraFan motorun mimarisi geleneksel iki şaft mimari üzerine yapılaşıyor (Fan ve dişli kutusunu çıkış şaftı “yarım şaft” olarak belirleniyor).

Motorunun mimarisindeki değişiklere ilaveden her iki motora da, İleri ve UtraFan,  ileri teknolojiler uygulanması planlanıyor. Uygulanacak yeni teknolojilerin bazıları yeni mimariyi mümkün kılarken digerleri ise motor performansında iyileşmeye yönelik. Her iki motorun ortak kullanmadığı nüve motora uygulanan teknolojiler: ileri düşük-emisyon değerli yanma odası, hafif ağırlıklı kompresör ve türbin kanatçık tasarımı, iyileştirilmiş türbin kanatçık soğutma sistemi, dinamik sızdırmazlık elemanlar – keçeler ve bleed havasını optimize eden uyarlanan soğutma hava sistemi. RR “İleri motor” ağırlık olarak nüve motor teknolojilerin odaklanıyor ve UtraFan için üretime hazır hale getiriyor.   Nüve motordaki değişikliklere ilave olarak “İleri Motor” kompozit-titanyum fan palası, kompozit fan kasası ve hafifletilmiş alçak basınç türbin sistem ile donatılmış olacak. Hybrid seramik rulmanda uygulanacak ileri teknolojilerin arasında bulunuyor. Nüve motor uygulan teknolojiler isi veriminde, hafifletilmiş alçak basınç türbinde itki veriminde iyileşmeye yönelik. UtraFan motorun orta basınç türbini ( RR üç şaft mimarisi terminolojisinde kullanmayı tercih ediyor) 4 kademeli ve kanatçıklar yeni tasarım. Döner parçalarda titanyum aluminide alaşımı sabit parçalar ise seramik matriks kompozit malzemeler (Ceramic Matrix Composites (CMC)) kullanılarak ağırlığı azaltılmış.

Kompozit fan palların validasyonu ALPS (Advanced Low-Pressure System) projesi çerçevesinde 14 Ekim günü RR firmasının Boeing 747-200 testbed uçağının ABD’leri Arizona eyaletinin Tucson şehrindeki uçuşunda gerçekleşti. Boeing 747-200 testbed uçağı kompozit karbon-titanyum (Composite Carbon/Titanium (CTİ))  fan palası ile havalanarak bir kilometre taşını geride bırakıyordu.  Rolls-Royce Test Pilot Mark Lewis test uçuş hakkında düşüncelerini “ Uçuşta CTİ fan palaları ile donatılmış Trent 1000 motoru “donör motor”  beklenen performansı gösterdi” olarak ifade etti. Kompozit fan palaları ve kompozit fana kasası uygulamasından motor başına 440 kg ağırlık azalması beklenmekte.  Diğer bir ifade ile hava yolları ekonomisi denkleminde, İki motorlu yolcu uçağında 880 kg ağırlık azalması olarak 7 yolcunun masrafsız yolculuğuna eşit.

RR donör Trent XWB motorunda ileri nüve motor teknolojilerinde test etmeyi planlıyor. Trent XWB motorunun orta ve yüksek basınç kompresör-türbin sistemlerini ileri nüve motor mimarisi ile değiştirerek gerçekleşecek testlere önümüzdeki senenin sonunda başlanması hedef alınıyor.

UltraFan motor mimarisi

UtraFan motorunun 3:1 veya daha yüksek redüksiyon oranında düşünülen dizli kutusu planeter konfigürasyonda tasarlanacak. 15.1 bypass oranı gerçekleştirme için gerekli olan 3:1 den büyük redüksiyon oranı ve değişken hatveli fan palları teknolojisin turbofan motorlarına uygulanması sanayide fark yaratan bir kilometre taşı.  RR kilometre taşına ulaşmak ve dişli kutusu uçuş kalitesinde olması için gereken testlerin ve araştırma çalışmaların yapılacağı 87 milyon ABD doları değerinde AR-GE merkezini Almanya’nın Berlin şehri yakınlarındaki Dahlewitz kasabasında kuruyor. İleri nüve motor güçlendireceği dişli kutusunu içeren yeni alçak basınç türbin sisteminin testleri de Birleşik Krallık ve Alman hükümetlerini finanse etti Clean Sky 2 projesinin çerçevesinde gerçekleşiyor. Dişli kutusu testlerinin 2015 yılının sonuna tamamlanması ve fan-dişli kutusu sisteminde 2016 başlaması takvimlenmiş.  Firmalar arasındaki rekabetten dolayı RR firması dişli kutusun detaylı tasarımın bilgisini toplumla paylaşmaktan çekiniyor.

 

Dipnot: (1) “Environmentally Responsible Aviation Project” NASA’nin Aeronautics Research Mission Directarte’nin İnterated System Research Projesi çerçevesinde 2009 yıllında geliştirilmiştir. 2025 yılında hizmete girecek yolcu uçakları itki sistemleri için aşağıdaki hedefleri içeriyor:

1-       Yakıt sarfiyatında  %15 azalma,

2-       Motor emisyonunda azot-oksit miktarında %75 azalama,

3-      Motor gürültüsünde günümüz motorlarına göre 1/8 azalama.

 

 

Kaynaklar:

1)      Rolls-Royce basın duyurusu: Rolls-Royce shares next generation engine designs, 26 Şubat 2014.

2)      Rolls-Royce basın duyurusu: Rolls-Royce Advance and UltraFan CTI fan balde flies formthe first time, 15 Ekim 2014.

3)      “Road Map”, Aviation week & Space Technology, 25 Ağustos 2014

4)      www.rolls-royce.com


Yorumlar

Hiç yorum yapılmamış

Yorumunu Paylaşın