Motor propfan

NASA / GE Neducted Fan

Un motor propfan este un turboventilator modificat în care ventilatorul este situat în afara capotei motorului , în axă cu compresorul axial sau palele turbinei . Conceptul care a dus la crearea acestui tip de motor a fost de a combina viteza și performanța unui turboventilator cu economia de combustibil a unui motor cu turbopropulsor . Propanul face parte din raportul de diluare al motoarelor mari (Ultra High Bypass).

Viteza limită la capătul elicei

Un turbopropulsor are o viteză maximă de funcționare aproape de Mach 0,7 ^[1] Acest lucru se datorează faptului că elicele convenționale își pierd rapid eficiența pe măsură ce vitezele transonice se apropie de profilurile lor. În special, primele secțiuni care intră în câmpul transonic pe măsură ce viteza de zbor crește vor fi cele plasate la capete, deoarece vor vedea viteza de rotație a elicei adăugată la viteza de zbor vectorial. Paradoxal, viteza supersonică poate apărea la capetele elicei chiar și atunci când aeronava este staționară, dacă viteza unghiulară a elicei sau raza palei sunt prea mari.

În mod similar cu ceea ce se întâmplă cu un profil aerian studiat pentru câmpurile subsonice atunci când se apropie viteza de zbor transonic, chiar și pentru o elice convențională, toate problemele barierei sonore apar atunci când secțiunile exterioare se apropie de Mach-ul critic.

O modalitate de a rezolva această problemă este creșterea numărului de lame care oferă aceeași tracțiune la viteze de rotație mai mici, cu prețul unei ușoare creșteri a rezistenței și a pierderii de eficiență. Cu toate acestea, rămâne limitarea vitezei înainte, care pentru majoritatea motoarelor moderne cu turbopropulsor este de aproximativ 700 km / h.

Profil Saber

Comparație între o lamă convențională (1) și o lamă de deviere variabilă (2)

În timpul celui de-al doilea război mondial, pe baza teoriei aripii săgeții a lui Adolf Busemann , pale de elice cu profil au fost studiate și utilizate pentru a muta vârful lamei înapoi în raport cu rădăcina sa. Comparativ cu o aripă cu săgeți, lama unei elice are un interval de viteză variabil (în creștere) cu raza. Din acest motiv, unghiul săgeții trebuie să varieze, de asemenea, de-a lungul marginii anterioare, desenând astfel o figură care seamănă cu lama sabiei .

Avantajele propfanului

Cu aceeași forță (și pentru viteze de zbor nu prea mari), un turbopropulsor este mult mai eficient decât un turboventilator și, în consecință, este mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil. Începând din 1976, NASA a început să studieze elicele cu profiluri avansate pentru viteze mari de zbor ^[1] . Aceste studii au arătat că turbopropulsoarele ar putea fi proiectate cu o eficiență de 79,2% la Mach 0,8 ^[2] , comparativ cu eficiența de 65% a unui turboventilator normal cu diluție ridicată. La viteze de croazieră mai mici, avantajul turbopropulsorului ar fi fost și mai mare.

Economiile corespunzătoare în ceea ce privește combustibilul comparativ cu turboventilatorul au fost cuantificate între 15 și 25%, cu vârfuri de 35% pentru operațiunile de croazieră la Mach 0,7 și cu rază scurtă de acțiune, tipice transportului regional.

O îmbunătățire suplimentară a eficienței elicei este posibilă prin cuplarea a două elice anti-rotative pentru a recupera energia altfel pierdută în rotația fluxului în aval de prima elice ^[1] .

General Electric GE36

Un alt avantaj al propfanului în comparație cu un turbopropulsor convențional este absența unei unități de reducere a treptelor grele, deoarece lamele propfanului (mai scurte) pot fi introduse direct pe treptele turbinei, așa cum este cazul pentru GE36 al General Electric . În acest motor, paletele cu ventilator sunt deplasate de o turbină cu șapte trepte cu viteză redusă. În realitate, o elice este mișcată de palele rotorului turbinei, în timp ce cealaltă, contrarotativă, de palele „stator” care sunt libere să se rotească în direcția opusă, aducând totalul la 14 etape efective. La sfârșitul anilor 1980, GE36 a fost propus ca motor pentru Boeing 7J7 și McDonnell Douglas MD-94X.

Ca parte a programului MD-94X, McDonnell Douglas a reproiectat un MD-80 prin îndepărtarea turboventilatorului stâng JT8D și instalarea GE36. Au fost efectuate mai multe zboruri de test care au confirmat caracteristicile aerodinamice bune și amprenta de zgomot a noului motor. Mai târziu, o secțiune de primă clasă a fost, de asemenea, amenajată în partea din față a cabinei pentru a oferi posibilitatea de a testa avionul cu noul motor în zbor. Zborurile de testare și demonstrație s-au încheiat în 1988, confirmând consumul redus de combustibil (cu 30% mai puțin decât un turboventilator), conformitatea cu reglementările anti-zgomot și nivelurile reduse de vibrații / zgomot în cabină. Cu toate acestea, din cauza scăderii prețului petrolului, Douglas a oprit dezvoltarea programului în anul următor.

Pratt & Whitney / Allison 578-DX

La mijlocul anilor 1980, Allison , în colaborare cu Pratt & Whitney, a proiectat propfan 578-DX. Spre deosebire de GE36, designul modelului 578-DX a fost mai convențional, cu un ansamblu de reducere între arborele turbinei de joasă presiune și lamele cu ventilator. 578-DX a fost, de asemenea, testat cu succes în zbor pe același MD-81 care zburase cu GE36. În ciuda acestui fapt, niciunul dintre aceste motoare nu a avut succes comercial, în principal datorită zgomotului crescut din cabină (comparativ cu un turboventilator) și scăderii prețurilor la petrol ^[3] .

Progress D-27 propfan

Progress D27 Propfan instalat pe un Antonov An-70

Propanul Progress D-27 , dezvoltat în Uniunea Sovietică, este motorul propus pentru Antonov An-70 , încă în curs de dezvoltare.

Dezavantaje ale propfanului

Principala problemă legată de propfan este legată de zgomot. Viteza periferică ridicată a palelor elicei, combinată cu absența unui canal care închide ventilatorul (cum este cazul ventilatorului unui turboventilator) și încărcarea mare a discului (cu numeroase lame pentru a reduce viteza la valori acceptabile periferice ) duce la o creștere semnificativă a zgomotului. Pentru ao reduce, se acționează asupra profilelor modelate numeric ^[1] .

Starea curenta

În acest moment nu există știri despre o intrare iminentă și masivă a acestei tehnologii în peisajul aeronautic mondial. Cu toate acestea, dacă prețurile petrolului rămân ridicate, este posibilă o revenire a interesului pentru acest tip de motorizare ^[3] .

Notă

^ ^a ^b ^c ^d NASA Arhivat 29 octombrie 2011 la Internet Archive . Noi tehnici de testare și proceduri analitice pentru înțelegerea comportamentului elicelor avansate.
^ NASA Arhivat 29 octombrie 2011 la Internet Archive . Performanța aerodinamică experimentală a modelului avansat de elice cu 40 de mături, cu 10 lame, la Mach 0,6 până la 0,85.
^ ^a ^b Flight International Ce s-a întâmplat cu fanii de propan?