چرا طراحی و تولید موتورهای کم‌صداتر برای هواپیمای بوئینگ ۷۳۷ به چالشی بزرگ تبدیل گردید؟

تینا مزدکی_در صورت حضور در یکی از فرودگاه‌های ایالات متحده، ممکن است متوجه ظاهری خاص در تعدادی از جدیدترین هواپیماهای ۷۳۷ یونایتد، آمریکن یا ساوت‌وست شوید. این جلوه، که دندانه‌هایی شبیه دندان کوسه در انتهای موتورهای این هواپیماها دارد، به نام «چورون» یا «دندانه‌دار» شناخته می‌شود. اما هدف از این طراحی صرفاً زیبا بودن نیست.

چرا چورون‌ها وجود دارند؟

این زائده‌های مثلثی به‌منظور کاهش نویز در طراحی شده‌اند. آن‌ها با ایجاد گردابه‌هایی به بهبود ترکیب دو جریان خروجی موتور کمک می‌کنند و بدین ترتیب، صدای اگزوز را کاهش می‌دهند. مدل ۷۳۷ مکس نخستین هواپیمای خانواده ۷۳۷ است که از این فناوری بهره می‌برد و قبلاً در مدل‌های بوئینگ ۷۸۷ دریم‌لاینر و ۷۴۷-۸ نیز مورد استفاده قرار گرفته بود. گرچه نسل جدید بوئینگ یعنی ۷۷۷X چورون ندارد، زیرا این طراحی، هرچند در کاهش صدا موثر است، معایبی نیز به‌دنبال دارد.

تأثیر کاهش نویز: افت عملکرد کوچک

موتورهای جت مدرن بیشتر نیروی پیشران را از طریق فن جلویی تولید می‌کنند که جریان هوا را به دو قسمت تقسیم می‌کند: قسمت سوخت‌سوزی و قسمت بای‌پس. چورون‌ها با کنترل نحوه ترکیب این دو جریان، صدای خروجی را کاهش می‌دهند؛ اما این کار منجر به کاهش حدود ۰.۵ درصد از نیروی پیشران می‌شود.

به‌نظر می‌رسد این مقدار ناچیز باشد، ولی در صنعت هوانوردی تجاری، همین درصدها نقش مهمی دارند. این افت رانش می‌تواند در هواپیمای ۷۳۷ مکس که زمان بیشتری را در حالت اوج‌گیری و برخاست سپری می‌کند، تأثیر گذار باشد. همچنین، گرچه حذف عایق‌های صوتی به خاطر کاهش نویز باعث صرفه‌جویی در وزن می‌شود، این مزیت در هواپیمای کوچکی همچون ۷۳۷ مکس که پروازهای کوتاهتری دارد، چندان محسوس نیست.

۷۳۷ مکس؛ مناسب برای پروازهای کوتاه

مدل مکس ۷، دارای بردی معادل ۳۸۰۰ مایل دریایی (۷۰۰۰ کیلومتر) است و مدل مکس ۸ نیز قبلاً برای پروازهای فراآتلانتیکی کاربرد داشته است، اما هنوز برد آن‌ها به حدود نیمی از هواپیماهایی مانند ۷۸۷ دریم‌لاینر می‌رسد. ۷۸۷ بیشتر زمان پرواز خود را در حالت کروز سپری می‌کند، جایی که مزایای کاهش وزن خود را نمایان می‌کند. در مقابل، ۷۳۷ مکس معمولاً چند پرواز کوتاه در یک روز دارد و زمان زیادی را در حالت اوج‌گیری با مصرف بالای سوخت صرف می‌کند. به همین دلیل، حتی کاهش اندکی در رانش موتور می‌تواند به یک چالش در بهره‌وری سوخت تبدیل شود.

تحلیل موتور CFM LEAP

هواپیماهای ۷۳۷ از دهه ۱۹۸۰ تا کنون به موتورهای CFM مجهز هستند. مدل‌های کلاسیک و نسل جدید (NG) از موتورهای CFM۵۶ استفاده می‌کردند. بوئینگ برای ۷۳۷ مکس دوباره به این شرکت مراجعه کرد و از موتور LEAP-۱B بهره‌برداری کرد؛ موتوری که به‌طور خاص برای پروازهای کوتاه‌برد بهینه‌سازی شده است.

موتور LEAP-۱B براساس موتور GEnx طراحی شده و با وجود اندازه کوچکتر و نسبت بای‌پس پایین‌تر (۹:۱ در مقایسه با ۱۱:۱ در LEAP-۱A)، مصرف سوخت مشابهی را ارائه می‌دهد. این عملکرد نتیجه استفاده از فناوری‌هایی چون مواد مرکب سرامیکی (CMCs) و افزایش دمای داخلی موتور است. حذف دو مرحله فشار پایین در LEAP-۱B نیز سبب سبکی آن شده و آن را برای نیازهای پروازی ۷۳۷ مکس مناسب‌تر می‌سازد.

نحوه برخورد دیگر هواپیماها با مشکل نویز

باید بدانید که اکثریت آنچه در ظاهر موتور مشاهده می‌شود، در واقع «نَسِل» یا پوشش موتوری است که توسط سازندگانی طراحی می‌شود و نه تولیدکنندگان موتورها. در مدل ۷۳۷ مکس، بوئینگ نتوانست جایگزینی بهتر از چورون‌ها ارائه دهد و در نهایت آن‌ها را حفظ کرد.

اما در هواپیمای ۷۷۷X، چورون‌هایی که در طرح مفهومی ۲۰۱۳ وجود داشتند، در نسخه نهایی حذف شدند. گزارشی از ۲۰۱۴ در Aviation Week به‌صراحت اشاره می‌کند که دلیل این تغییر، مرور مجدد مزایا و معایب آن‌ها بود. بوئینگ که از سال ۲۰۰۵ بر روی این فناوری کار کرده بود، در نهایت…

“`html

بوئینگ برای هواپیما ۷۷۷X به طراحی یک نازل جدید روی آورد که علاوه بر بی‌صدایی، از نظر وزن و آیرودینامیک نیز بهینه‌تر شده است.

ایرباس هرگز به‌طور کامل از چِورون استفاده نکرده و در سال ۲۰۰۶ به این نتیجه رسید که در مدل A۳۵۰ هیچ مزیت قابل توجهی را در به‌کارگیری چِورون‌ها مشاهده نمی‌کند. این شرکت همچنین آنها را به‌دلیل افزایش مصرف سوخت کنار گذاشت. بنابراین، ایرباس تمرکز بیشتری بر روی طراحی مدرن نازل داخلی داشته است. با این حال، در برخی از مدل‌های A۳۲۰ceo که مجهز به موتور CFM۵۶ هستند، تنها نازل داخلی دارای طراحی چِورون می‌باشد.

آینده‌ی کاهش صدا در موتورهای جت

ایرباس مدل A۳۵۰ را با به‌کارگیری طراحی «پوسته‌ی آکوستیکی بدون درز» در نازل داخلی به سمت کاهش نویز هدایت کرده است. در ۷۷۷X نیز با استفاده از نازل‌های نوآورانه و احتمالا مواد کامپوزیت جدید، به سطوح مشابهی از کاهش نویز دست یافته‌اند.

به‌نظر می‌رسد ۷۳۷ مکس آخرین هواپیمای مسافربری باشد که از طراحی فعلی چِورون‌ها استفاده می‌کند. آینده‌ی طراحی موتورهای جت به توسعه‌ی فناوری موتورهای «توربوفن دنده‌ای» بستگی دارد. موتور PW۱۰۰۰G تولید شده توسط پرت اند ویتنی اولین موتور این نوع است که روی هواپیماهای مسافربری نصب گردید و اگرچه در زمینه‌ی دوام چالش‌هایی دارد، اما فناوری گیربکس آن عملکرد بسیار موفقی داشته است. این نوع طراحی این امکان را فراهم می‌سازد که فن موتور با سرعت کمتری بچرخد و در نتیجه، صدای خروجی را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.

شرکت رولزرویس در حال کار بر روی موتور UltraFan است که دارای طراحی دنده‌ای قابل توسعه می‌باشد و ممکن است در آینده بر روی مدل‌های نسل بعدی A۳۵۰ مورد استفاده قرار گیرد.

نگاهی به چشم‌انداز آینده

موتورهای توربوفن با بای‌پس بالا به دلیل عبور حجم بیشتری از هوا از کانال بای‌پس نسبت به هسته‌ی موتور، به طور طبیعی نویز کمتری تولید می‌کنند. به‌عنوان مثال، نسبت بای‌پس در GEnx حدود ۱۰:۱، در PW۱۱۰۰G نزدیک به ۱۲.۵:۱ و در UltraFan به ۱۵:۱ خواهد رسید. مسیر آینده‌ی کاهش نویز، به‌جای طراحی‌های رادیکال نظیر چِورون، بر روی بهبود پیوسته‌ی اجزای موجود متمرکز است.

در دهه‌ی ۲۰۰۰، بوئینگ با طراحی ۷۸۷ به دنبال به چالش کشیدن قواعد مرسوم بود. فناوری‌هایی نظیر چِورون بخشی از نوآوری‌های آن دوره بودند و بعدها در مدل‌های ۷۴۷-۸ و ۷۳۷ مکس نیز تکرار شدند. اما به‌نظر می‌رسد دوران این طراحی به اتمام رسیده باشد.

صنعت هوانوردی تجاری از نظر محافظه‌کاری شناخته شده و رقابت در آن برسر درصدها و دهم درصدها جریان دارد. اگرچه چِورون‌ها مزایای صوتی قابل توجهی داشتند، اما تأثیر منفی آنها بر مصرف سوخت باعث شد تا جایگاه آنها در طراحی‌های جدید به چالش کشیده شود. این طراحی ممکن است در حال حاضر مدرن به‌نظر برسد، اما به زودی به یک ویژگی خاص و متعلق به گذشته تبدیل خواهد شد.

منبع: simpleflying

۲۲۷۳۲۳