Egyetemi hallgatók légcsavaros repülőgépmotorokkal harcolnak a klímaváltozás ellen

A napjainkban használt repülőgépek többsége turbófeltöltős motorokkal van felszerelve és csak elenyésző százalékuk rendelkezik légcsavaros (propelleres) motorral. A két kialakítás közötti különbség szembeötlő: a propelleres kialakítású motorok esetén a tolóerő a légcsavar két oldalán tapasztalható nyomáskülönbségből jön létre, amelyet a forgómozgás hoz létre. Ezzel szemben a turbófeltöltős erőforrások a nagynyomású üzemanyagégetés révén hozzák létre a szükséges tolóerőt.

1200px-Turboprop_operation-en.svg

A fentiekből látszik, hogy a propelleres motorok üzemanyag-takarékosak, ebből kifolyólag pedig a környezetet is kevésbé terheli a használatuk. Felvetődik tehát a kérdés, hogy ennek ismeretében miért használnak mégis inkább turbófeltöltős változatokat a legtöbb repülőgépen. A turbós változatok előnye, hogy jelentősen gyorsabbak, mint a légcsavaros kialakítás, ráadásul a propelleres változat zajterhelése is magasabb. 

Ezeket a hátrányokat és a konstrukció lehetséges fejlesztéseit vizsgálja Tomas Sinnige, a Delft-i Egyetem Repülőgépmérnöki Karának PhD hallgatója. Tomas CNC megmunkálással készít tesztdarabokat, amelyeket szélcsatornában vizsgál. Munkájának célja, hogy olyan konfigurációt alkosson, amely hatékonyabbá teheti a propelleres motorokat, így azok alkalmassá válhatnak a személyszállító légi forgalomban történő alkalmazásra. 

Célja, hogy a légcsavarok újbóli elterjesztésével csökkentse az iparág karbon-lábnyomát, valamint alapot szolgáltasson a további fejlesztésekhez. 

Korábban a zajterhelés lehetséges csökkentésén dolgozott, ezt követően kezdett bele a hatékonyság kutatásába. Munkájának fókuszában jelenleg a propellerekkel elérhető sebesség növelése áll, hogy azok újra alkalmazhatók legyenek a személyszállításban a turbófeltöltős konstrukciók helyett, vagy mellett.

A projekt már tíz éves múltra tekint vissza, de igazán nagy figyelemhez akkor jutott, amikor Tomas ezt a kutatási területet választotta PhD munkájának. Így ma már öten dolgoznak a témán. Korábban a NASA készített szimulációkat a repülőgépmotor-kialakításokról, illetve kisebb kutatócsoportokat vontak be a vizsgálatba, ám a TU Delft csapata egészen új szintre emeli a projektet.

A propelleres motorok hatékonyságjavítására többféle megoldás létezik, ezek egyike az alábbi videón látható kontra-propelleres megoldás. Az ellentétes forgásirány alkalmazásának hátránya a komplex geometriai kialakítás, emiatt pedig nehezek a lapátok, így a zajterhelés is nő. 

tumblr_o0ihv3ZuXJ1r94kvzo7_400

“A kontra-propelleres megoldást fejlesztettük tovább. A második sort azonban rögzítettük, így ezek visszanyerhetik az örvénylésből származó energia egy részét, ezáltal növekedhet a tolóerő és a motor hatékonysága is. Ezeket az álló lapátokat az SRV rövidítéssel jelöljük.” – mondta Tomas a projektről.

DSC01600-Edit--1-

Az SRV lapátok robosztus és erős kivitelűek, hiszen ellen kell állniuk az extrém terhelésnek, amit a szélcsatornában kapnak, és amit a repülés során kapnának. A konfigurációt méretarányos modelleken tesztelik, a légcsavar átmérője 0,24 m. Ez azt jelenti, hogy meglehetősen kicsi lapátokkal dolgozunk. Ahhoz, hogy megfelelő modelleket vizsgálhassanak, a kutatócsoport a 3D Hubs CNC szolgáltatását vette igénybe. Más megmunkálási eljárásokkal, így a 3D nyomtatással, nem lehetett volna a valóságnak megfelelő helyzeteket szimulálni ebben az esetben, mivel a kialakítás és a szerkezet kulcsfontosságú a kutatás szempontjából.

DSC01633

Tomas korábban 3D nyomtatási technológiákat is használt a teszteléshez, így kipróbálta a sztereolitográfiát, illetve a lézeres szinterezést is, de az így készült darabok nem voltak elég merevek a modellezéshez. A CNC forgácsolt alumínium darabok azonban nem csak pontosak, hanem megfelelően stabilak és merevek is a vizsgált viszonyok között. A megfelelő felületi kialakítás pedig segít az aerodinamikai vizsgálatok elvégzésében.

“Olyan vállalatot kerestünk, amely gyorsan és megfelelő minőségben képes legyártani a vizsgálathoz szükséges munkadarabokat számunkra, ráadásul a költségek tekintetében sem tudtunk igazán rugalmasak lenni. Az általunk tervezett modellek komplex geometriával rendelkeznek, így kérdéses volt, hogy lesz-e olyan szolgáltató, aki képes tartani az általunk megszabott 2 hetes határidőt. Azonban a végeredménnyel nem is lehetnék elégedettebbek!”

LTT_PROWIM_SRV-001-1

Összesen 15 munkadarabot kellett legyártani. két sorozatot (5-5 db) az álló lapátokból, illetve 5 db beállító darabot, amelyek segítségével az állólapátok pozíciója rögzíthető. A kutatás folytatásában további ismereteket kívánnak gyűjteni az új konstrukcióról, illetve lépéseket tenni annak érdekében, hogy a propelleres motorok zajterhelése csökkenjen, hatékonyságuk pedig növekedjen. A kutatócsoport munkája kiemelkedő fontossággal bír a klímaváltozás elleni küzdelemben, hiszen a légi személyszállítás, illetve a kereskedelmi szállítmányozás volumene is egyre nő. Szükség van tehát a repülőgépipar kibocsátásának csökkentésére.

DSC01610-Edit-1

További információ

A 3D Hubs weboldalán.

A TU Delft honlapján.