بازگشت هواپیماهای ملخ دار

پس از چندین سال که هواپیماهای ملخ دار در سایه هواپیماهای جت قرار داشتند، هم اکنون سخن از بازگشت گونه ای فراموش شده از هواپیماهای ملخ دار به میان آمده است. این گونه هواپیماها بر پایه فن آوری Propfan ساخته خواهند شد. تکنولوژی نامبرده که نخست در دهه 80 میلادی به کار گرفته شد.

پس از چندین سال که هواپیماهای ملخ دار در سایه هواپیماهای جت قرار داشتند، هم اکنون سخن از بازگشت گونه ای فراموش شده از هواپیماهای ملخ دار به میان آمده است. این گونه هواپیماها بر پایه فن آوری Propfan ساخته خواهند شد.

تکنولوژی نامبرده که نخست در دهه 80 میلادی به کار گرفته شد دارای دو نکته خوب و بد بود. نکته خوب این موتورها کم مصرف بودن آن ها بود و نکته بد پر سر و صدا بودن آن ها، اینک بسیاری از سازندگان موتورهای هواپیما به انگیزه کم مصرف بودن آن ها در اندیشه بهینه سازی موتورهای پراپ فن و مونتاژ آن ها روی هواپیماهای مسافربری افتاده اند.

پیشینه
قیمت نفت خام در چند سال گذشته همچنان افزایش یافته و موتورهای جت بکنند بسیار پرمصرف هستند. به همین انگیزه طراحان موتور هواپیما برای ساختن موتورهایی بهتر و کم مصرف تر، این بار نگاهی رو به گذشته ای نه چندان دور و یا بهتر بگوییم به دهه 80 قرن پیشین میلادی داشته اند.

در آن زمان گونه ای از موتور هواپیما با نام open rotor jet engine یا موتور پراپ فن ساخته شده بود. انگیزه ساخت این گونه موتورهای جت، دستیابی به موتورهایی کم مصرف و 35 درصد صرفه جویی در مصرف سوخت در مقایسه با موتورهای توربو جت و توربو فن بود. در آن زمان پروژه ساخت این گونه موتورها از یک سوی به انگیزه پرصدا بودن و از سوی دیگر افت قیمت نفت خام از مرحله آزمایش فراتر نرفت.

امروزه گفته می شود که نزدیک به نیمی از هزینه های شرکت های هوایی برای خرید سوخت هواپیماها پرداخت می شود. بدین روی طراحان این گونه موتورها امیدوارند که با ساخت موتورهای پراپ فن بتوانند هزینه های نام برده را پایین تر آورده و از این راه کمکی نیز به محیط زیستی سبزتر.

یکی از پیشگامان ساخت موتورهای پراپ فن سازمان هوافضایی ناسا بوده است. این سازمان با امکانات گسترده خود بر آن است که پژوهش های دهه 80 خود را از بایگانی بیرون آورده و با تکنولوژی پیشرفته امروزی آن ها را بهینه سازی کند. بر این پایه این سازمان امیدوار است که نخستین نمونه های قابل پرواز خود را تا سال 2015 آزمایش کند.

کمپانی بوئینگ از سال 2009 روی پروژه مونتاژ این گونه موتورها روی بوئینگ 747 کار کرده و موتورسازان شناخته شده دیگر نیز امیدوارند که تا سال 2015 بتوانند نمونه های نخستین خود را آزمایش کنند.

جت های ویژه
هم اکنون دو کمپانی موتورسازی رولزرویس و پرت اند ویتنی برنامه های ساخت موتورهای پراپ فن خود را از بایگانی های خود بیرون آورده و در حال بهینه سازی آن ها هستند. دو کمپانی نام برده امیداورند که با بهینه سازی های لازم بتوانند به یک صرفه جوی 16 درصدی سوخت دست یابند. گرچه 16 درصد نسبت به 35 درصد نخستین صرفه جویی چندان بزرگی به شمار نمی آید، اما به گفته آن ها استانداردهای امروزه کاهش صدای موتور موجب می شود که این دو کمپانی نتوانند به صرفه جویی بیش از این دست یابند.

موتورهای پراپ فن بر پایه فن آوری موتورهای توربو جتی که در هواپیماهای شکاری کاربرد دارند ساخته می‌شوند. به گونه ای دیگر می توان گفت که موتورهای پراپ فن همان موتورهای توربو جت هستند، با این دگرگونی که در قسمت پشت خود دارای دو سری ملخ با گردش مخالف نسبت به یکدیگرند.

موتورهای جت نخست هوا را به درون خود کشیده و پس از فشرده کردن هوا آن را با سوخت آمیخته و در موتور آتش می زنند. در این هنگام حجم هوای بسیار گرم خروجی از موتور جت در اگزوز این گونه موتورها چنان زیاد می‌شود که نیروی خروجی آن می تواند هواپیما را با سرعتی زیاد رو به جلو براند. در یک موتور پراپ فن، هوای خروجی موتور باید دو سری ملخ پایانی موتور را به گردش درآورده و گردش این دو سری ملخ نیز باید نیروی رانش هواپیما رو به جلو را فراهم سازند.

چالش ها
هم اکنون موتورسازان برای ساخت مورتورهای پراپ فن دو چالش بزرگ در پیش روی دارند. نخست این که این گونه موتورها بسیار پرصدا هستند و دیگر آن که سرعت این گونه موتورها بسیار کمتر از موتورهای جت است. در این میان باید افزود که موتورهای جت به خودی خود پرصدا هستند، اما صدای موتورهای پراپ فن به انگیزه افزودن دو سری ملخ در پشت موتور افزایش چشمگیری یافته و این آوای ناخوشایند، به درون کابین هواپیما نیز راه می‌یابد.

در زمینه بهینه سازی موتورهای پراپ فن گفته می شود که ملخ های این گونه موتورها برای کاهش صدا باید یک بهینه سازی سنگین را پشت سر گذارند. همچنین برای کاهش صدای نسل نو این گونه موتورها باید اندازه و یا فطر ملخ های موتورهای پراپ فن به 3/6 متر برسد. این کار موجب می شود که دور گردش ملخ ها کاهش یافته و بدین روی صدای موتور نیز کاهش خواهد یافت.

در مقابل باید ملخ ها نیروی گردش خود را از یک گیربکس بگیرند و از آن جا که باید دور گردش موتور و ملخ یکسان باشد، ساخت چنین جعبه دنده ای نیز بسیار پیچیده خواهد بود. از سوی دیگر از آن جا که زاویه پره های این ملخ ها نیز باید برای دستیابی به بهترین زاویه برخورد درست هوا در سرعت های گوناگون قابل تغییر باشند، این نیز ساخت این گونه موتورها را دشوارتر می سازد. زاویه برخورد هوا با پره های ملخ ها باید در سرعت های کم زیاد باشد و در سرعت های زیاد کم.

سرعت کمتر هواپیماهای برخوردار از موتور پراپ فن نیز به این انگیزه است که ملخ های این گونه موتورها باید از سیستم محدود کننده گردش برخورار باشند. برای دستیابی به سرعت بالاتر باید سرعت گردش ملخ ها نیز افزایش یابد، اما افزایش سرعت گردش ملخ ها نیز موجب افزایش امواج و یا بادهای دورانی با توربولانس به ویژه در نوک پره های ملخ ها خواهد شد.

با افزایش سرعت پس از چندی، سرعت هوا روی پره های ملخ ها به سرعت صوت خواهد رسید. در این هنگام تأثیر گردش ملخ ها بسیار کاهش یافته و ملخ ها به حالت Stall یا واماندگی خواهند افتاد. این حالت نیز زمانی است که در آن نیروی برار کمتر از نیروی وزن باشد. موتورسازان برای از میان بردن حالت واماندگی در ملخ ها نیز دو گزینه در پیش روی دارند.

نخست بالاتر بردن سرعت گردش ملخ ها و دوّم افزودن به شمار پره ها. بر این پایه موتورسازان امیداورند بتوانند موتورهایی بسازند که از سرعت موتورهای توربو جت برخوردار باشد. نخستین گام برای دستیابی به یک موتور پراپ فن خوب ساخت موتوری است که بتواند یک هواپیمای مسافرتی را به سرعت 75/0 برابر سرعت صورت یا 920 کیلومتر در ساعت برساند.

سرعت موتورهای توربوفن امروزی 78/0 برابر سرعت صوت یا 955 کیلومتر در ساعت است از بزرگ ترین ویژگی های موتورهای پراپ فن سرعت بیشتر اوج گیری آن ها نسبت به موتورهای دیگر است.

یکی دیگر از چالش های بزرگ موتور و هواپیماسازان مونتاژ و جذب موتورهای پراپ فن روی بدنه هواپیماهاست. هواپیماسازان در هنگام مونتاژ این گونه موتورها روی هواپیما باید همواره نیم نگاهی نیز به امواج توربولانس نیرومند موتورهای پراپ فن داشته باشند، چرا که نیروی زیاد، و کمترل نشده با دو امواج دورانی بال ها و مکان های عمودی و افقی هواپیما می تواند برای پرواز خطرساز باشد.

بدین روی گرچه نمی توان یک موتور پراپ فن را در زیر بال های یک بوئینگ 747 مونتاژ کرد، اما می توان این گونه موتورها را به ارباس A320 خوراند. در این میان مونتاژ این گونه موتورها روی قسمت عقب هواپیما نیز دشواری های خود را دارد. از سوی دیگر پیش بینی می شود که سازمان های استاندارد پرواز کشورهای گوناگون نیز استانداردهای امنیتی سخت را در زمینه دوام پروازی برای این گونه موتورها برقرار کنند.

هم اکنون یکی از تئوری های هواپیماسازان در زمینه مونتاژ این گونه موتور روی هواپیما، مونتاژ آن روی بال (نه در زیر بال) و در قسمت عقب و یا پایانی بال است. این کار نیز چالشی دوباره در زمینه ساخت فلاپ های بال را در پی خواهد داشت.

این روزها موتور و هواپیماسازان با چالشی سخت روبه رو هستند. آن ها از یک سوی استانداردهای نو زیست محیطی را در پیش روی دارند و از سوی دیگر هواپیماهای نو امروزی نیز باید بهینه سازی شوند. بهترین ایده در این زمینه ساخت موتورهای پراپ فن مدرنی بوده که بتوان آن ها را روی هواپیماهایی که امروزه در پروازند نیز مونتاژ کرد. گفته می شود که برای پایین تر آوردن مصرف سوخت هواپیماها باید بدنه آن ها لاغرتر شوند. در این زمینه هواپیماسازان نیز باید به تکنولوژی سبز ساخت هواپیماهایی لاغر و کشیده در کلاس Green Narrow body airlines روی آورند.

در این زمینه شاید روی آوری به یک ایده 30 ساله، بسیاری را به شگفتی اندازد، اما اگر این ایده 30 ساله بتواند مصرف کمتر سوخت را به همراه داشته باشد باید تا به کارگیری آن امیدوار باشیم.