بازگشت هواپيماهاي ملخ دار

پس از چندين سال که هواپيماهاي ملخ دار در سايه هواپيماهاي جت قرار داشتند، هم اکنون سخن از بازگشت گونه اي فراموش شده از هواپيماهاي ملخ دار به ميان آمده است. اين گونه هواپيماها بر پايه فن آوري Propfan ساخته خواهند شد. تکنولوژي نامبرده که نخست در دهه 80 ميلادي به کار گرفته شد داراي دو نکته خوب و بد بود. نکته خوب اين موتورها کم مصرف بودن آن ها بود و نکته بد پر سر و صدا بودن آن ها، اينک بسياري از سازندگان موتورهاي هواپيما به انگيزه کم مصرف بودن آن ها در انديشه بهينه سازي موتورهاي پراپ فن و مونتاژ آن ها روي هواپيماهاي مسافربري افتاده اند.

پيشينه
 

قيمت نفت خام در چند سال گذشته همچنان افزايش يافته و موتورهاي جت بکنند بسيار پرمصرف هستند. به همين انگيزه طراحان موتور هواپيما براي ساختن موتورهايي بهتر و کم مصرف تر، اين بار نگاهي رو به گذشته اي نه چندان دور و يا بهتر بگوييم به دهه 80 قرن پيشين ميلادي داشته اند. در آن زمان گونه اي از موتور هواپيما با نام open rotor jet engine يا موتور پراپ فن ساخته شده بود. انگيزه ساخت اين گونه موتورهاي جت، دستيابي به موتورهايي کم مصرف و 35 درصد صرفه جويي در مصرف سوخت در مقايسه با موتورهاي توربو جت و توربو فن بود. در آن زمان پروژه ساخت اين گونه موتورها از يک سوي به انگيزه پرصدا بودن و از سوي ديگر افت قيمت نفت خام از مرحله آزمايش فراتر نرفت. امروزه گفته مي شود که نزديک به نيمي از هزينه هاي شرکت هاي هوايي براي خريد سوخت هواپيماها پرداخت مي شود. بدين روي طراحان اين گونه موتورها اميدوارند که با ساخت موتورهاي پراپ فن بتوانند هزينه هاي نام برده را پايين تر آورده و از اين راه کمکي نيز به محيط زيستي سبزتر.
يکي از پيشگامان ساخت موتورهاي پراپ فن سازمان هوافضايي ناسا بوده است. اين سازمان با امکانات گسترده خود بر آن است که پژوهش هاي دهه 80 خود را از بايگاني بيرون آورده و با تکنولوژي پيشرفته امروزي آن ها را بهينه سازي کند. بر اين پايه اين سازمان اميدوار است که نخستين نمونه هاي قابل پرواز خود را تا سال 2015 آزمايش کند. کمپاني بوئينگ از سال 2009 روي پروژه مونتاژ اين گونه موتورها روي بوئينگ 747 کار کرده و موتورسازان شناخته شده ديگر نيز اميدوارند که تا سال 2015 بتوانند نمونه هاي نخستين خود را آزمايش کنند.

جت هاي ويژه
 

هم اکنون دو کمپاني موتورسازي رولزرويس و پرت اند ويتني برنامه هاي ساخت موتورهاي پراپ فن خود را از بايگاني هاي خود بيرون آورده و در حال بهينه سازي آن ها هستند. دو کمپاني نام برده اميداورند که با بهينه سازي هاي لازم بتوانند به يک صرفه جوي 16 درصدي سوخت دست يابند. گرچه 16 درصد نسبت به 35 درصد نخستين صرفه جويي چندان بزرگي به شمار نمي آيد، اما به گفته آن ها استانداردهاي امروزه کاهش صداي موتور موجب مي شود که اين دو کمپاني نتوانند به صرفه جويي بيش از اين دست يابند. موتورهاي پراپ فن بر پايه فن آوري موتورهاي توربو جتي که در هواپيماهاي شکاري کاربرد دارند ساخته مي شوند. به گونه اي ديگر مي توان گفت که موتورهاي پراپ فن همان موتورهاي توربو جت هستند، با اين دگرگوني که در قسمت پشت خود داراي دو سري ملخ با گردش مخالف نسبت به يکديگرند. موتورهاي جت نخست هوا را به درون خود کشيده و پس از فشرده کردن هوا آن را با سوخت آميخته و در موتور آتش مي زنند. در اين هنگام حجم هواي بسيار گرم خروجي از موتور جت در اگزوز اين گونه موتورها چنان زياد مي شود که نيروي خروجي آن مي تواند هواپيما را با سرعتي زياد رو به جلو براند. در يک موتور پراپ فن، هواي خروجي موتور بايد دو سري ملخ پاياني موتور را به گردش درآورده و گردش اين دو سري ملخ نيز بايد نيروي رانش هواپيما رو به جلو را فراهم سازند.

چالش ها
 

هم اکنون موتورسازان براي ساخت مورتورهاي پراپ فن دو چالش بزرگ در پيش روي دارند. نخست اين که اين گونه موتورها بسيار پرصدا هستند و ديگر آن که سرعت اين گونه موتورها بسيار کمتر از موتورهاي جت است. در اين ميان بايد افزود که موتورهاي جت به خودي خود پرصدا هستند، اما صداي موتورهاي پراپ فن به انگيزه افزودن دو سري ملخ در پشت موتور افزايش چشمگيري يافته و اين آواي ناخوشايند، به درون کابين هواپيما نيز راه مي يابد. در زمينه بهينه سازي موتورهاي پراپ فن گفته مي شود که ملخ هاي اين گونه موتورها براي کاهش صدا بايد يک بهينه سازي سنگين را پشت سر گذارند. همچنين براي کاهش صداي نسل نو اين گونه موتورها بايد اندازه و يا فطر ملخ هاي موتورهاي پراپ فن به 3/6 متر برسد. اين کار موجب مي شود که دور گردش ملخ ها کاهش يافته و بدين روي صداي موتور نيز کاهش خواهد يافت. در مقابل بايد ملخ ها نيروي گردش خود را از يک گيربکس بگيرند و از آن جا که بايد دور گردش موتور و ملخ يکسان باشد، ساخت چنين جعبه دنده اي نيز بسيار پيچيده خواهد بود. از سوي ديگر از آن جا که زاويه پره هاي اين ملخ ها نيز بايد براي دستيابي به بهترين زاويه برخورد درست هوا در سرعت هاي گوناگون قابل تغيير باشند، اين نيز ساخت اين گونه موتورها را دشوارتر مي سازد. زاويه برخورد هوا با پره هاي ملخ ها بايد در سرعت هاي کم زياد باشد و در سرعت هاي زياد کم.

سرعت کمتر هواپيماهاي برخوردار از موتور پراپ فن نيز به اين انگيزه است که ملخ هاي اين گونه موتورها بايد از سيستم محدود کننده گردش برخورار باشند. براي دستيابي به سرعت بالاتر بايد سرعت گردش ملخ ها نيز افزايش يابد، اما افزايش سرعت گردش ملخ ها نيز موجب افزايش امواج و يا بادهاي دوراني با توربولانس به ويژه در نوک پره هاي ملخ ها خواهد شد. با افزايش سرعت پس از چندي، سرعت هوا روي پره هاي ملخ ها به سرعت صوت خواهد رسيد. در اين هنگام تأثير گردش ملخ ها بسيار کاهش يافته و ملخ ها به حالت Stall يا واماندگي خواهند افتاد. اين حالت نيز زماني است که در آن نيروي برار کمتر از نيروي وزن باشد. موتورسازان براي از ميان بردن حالت واماندگي در ملخ ها نيز دو گزينه در پيش روي دارند. نخست بالاتر بردن سرعت گردش ملخ ها و دوّم افزودن به شمار پره ها. بر اين پايه موتورسازان اميداورند بتوانند موتورهايي بسازند که از سرعت موتورهاي توربو جت برخوردار باشد. نخستين گام براي دستيابي به يک موتور پراپ فن خوب ساخت موتوري است که بتواند يک هواپيماي مسافرتي را به سرعت 75/0 برابر سرعت صورت يا 920 کيلومتر در ساعت برساند. سرعت موتورهاي توربوفن امروزي 78/0 برابر سرعت صوت يا 955 کيلومتر در ساعت است. از بزرگ ترين ويژگي هاي موتورهاي پراپ فن سرعت بيشتر اوج گيري آن ها نسبت به موتورهاي ديگر است.

مونتاژ روي هواپيما
 

يکي ديگر از چالش هاي بزرگ موتور و هواپيماسازان مونتاژ و جذب موتورهاي پراپ فن روي بدنه هواپيماهاست. هواپيماسازان در هنگام مونتاژ اين گونه موتورها روي هواپيما بايد همواره نيم نگاهي نيز به امواج توربولانس نيرومند موتورهاي پراپ فن داشته باشند، چرا که نيروي زياد، و کمترل نشده با دو امواج دوراني بال ها و مکان هاي عمودي و افقي هواپيما مي تواند براي پرواز خطرساز باشد. بدين روي گرچه نمي توان يک موتور پراپ فن را در زير بال هاي يک بوئينگ 747 مونتاژ کرد، اما مي توان اين گونه موتورها را به ارباس A320 خوراند. در اين ميان مونتاژ اين گونه موتورها روي قسمت عقب هواپيما نيز دشواري هاي خود را دارد. از سوي ديگر پيش بيني مي شود که سازمان هاي استاندارد پرواز کشورهاي گوناگون نيز استانداردهاي امنيتي سخت را در زمينه دوام پروازي براي اين گونه موتورها برقرار کنند.

هم اکنون يکي از تئوري هاي هواپيماسازان در زمينه مونتاژ اين گونه موتور روي هواپيما، مونتاژ آن روي بال (نه در زير بال) و در قسمت عقب و يا پاياني بال است. اين کار نيز چالشي دوباره در زمينه ساخت فلاپ هاي بال را در پي خواهد داشت.

پايان سخن
 

اين روزها موتور و هواپيماسازان با چالشي سخت روبه رو هستند. آن ها از يک سوي استانداردهاي نو زيست محيطي را در پيش روي دارند و از سوي ديگر هواپيماهاي نو امروزي نيز بايد بهينه سازي شوند. بهترين ايده در اين زمينه ساخت موتورهاي پراپ فن مدرني بوده که بتوان آن ها را روي هواپيماهايي که امروزه در پروازند نيز مونتاژ کرد. گفته مي شود که براي پايين تر آوردن مصرف سوخت هواپيماها بايد بدنه آن ها لاغرتر شوند. در اين زمينه هواپيماسازان نيز بايد به تکنولوژي سبز ساخت هواپيماهايي لاغر و کشيده در کلاس Green Narrow body airlines روي آورند.
در اين زمينه شايد روي آوري به يک ايده 30 ساله، بسياري را به شگفتي اندازد، اما اگر اين ايده 30 ساله بتواند مصرف کمتر سوخت را به همراه داشته باشد بايد تا به کارگيري آن اميدوار باشيم.
منبع: ماهنامه نوآور / شماره 70