W rozwoju napędów lotniczych, obok czynników ekonomicznych, związanych z kosztami eksploatacji samolotów, coraz istotniejszy staje się aspekt ekologiczny, niemniej jednak, producenci nie rezygnują także z pracy nad zwiększeniem osiągów i wydajności konstrukcji nowej generacji silników. W poszukiwaniu optymalnych i perspektywicznych rozwiązań, przemysł lotniczy stał się poligonem doświadczalnym nowych technologii i koncepcji konstrukcyjnych.
Jacek Zbierski
Coraz bardziej restrykcyjne regulacje ekologiczne nie pozostają bez wpływu na rozwój konstrukcji lotniczych. O skali wyzwań technologicznych związanych z ochroną środowiska świadczą liczby i postulaty obecne w wizji rozwoju lotnictwa Flightpath 2050 organizacji ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe):
- 75% redukcji emisji CO2 przypadającej na jednego pasażera na jeden kilometr lotu
- 90% redukcji emisji NOx
- 65% redukcji odczuwalnego poziomu hałasu
w odniesieniu do wartości typowych dla samolotów z początków XXI wieku. W związku z tym, pojawiają się głosy, że dotychczasowe konstrukcje napędów lotniczych zbliżają się do granic swoich możliwości, a przyszłość należeć będzie do napędów hybrydowych, elektrycznych i zintegrowanych z konstrukcją skrzydeł i kadłubów samolotów.
Tymczasem jednak standardem dla cywilnych statków lotniczych w kolejnych dekadach pozostaną silniki turbowentylatorowe i turbośmigłowe, których konstrukcja opiera się na turbinie gazowej. Rozwój inżynierii materiałowej, technologii wytwarzania i analiz komputerowych daje obecnie konstruktorom napędów lotniczych narzędzia do przezwyciężenia problemów konstrukcyjnych związanych z takimi silnikami.
Wytwarzanie przyrostowe
W ostatnich latach przemysł lotniczy coraz bardziej docenia możliwości tzw. druku 3D. Jego zastosowanie pozwala na projektowanie części o zoptymalizowanej i bardziej złożonej budowie, bez obawy o wzrost kosztów. Jest szczególnie konkurencyjne w przypadku elementów o niewielkich gabarytach i skomplikowanej geometrii, wykonanych z wytrzymałych materiałów, typu Inconel 718 czy Ti6Al4V. Na etapie konstrukcyjnym pozwala na projektowanie podzespołów o optymalnych parametrach oraz umożliwia redukcję masy i liczby części, zaś w fazie produkcyjnej zapewnia dodatkowe oszczędności, związane z redukcją odpadów produkcyjnych oraz usprawnienia, wynikające z eliminacji wymagających procesów obróbki i łączenia. Przykładem takiego wytwarzanego przyrostowo elementu może być dysza wtryskiwacza paliwa silnika turbowentylatorowego LEAP, następcy modelu CFM56. Według producenta, spółki CFM, joint-venture Safran Aircraft Engines i General Electric, dzięki zastosowaniu technik przyrostowych, element waży o 25% mniej od poprzednich modeli, przy czym cechuje się pięciokrotnie wyższą wytrzymałością od produkowanych metodami konwencjonalnymi odpowiedników. Dysze wtryskiwacza stanowią istotny podzespół w zoptymalizowanym procesie spalania silnika LEAP, który wykazuje się 15% redukcją zużycia paliwa i emisji CO2 oraz 50% spadkiem emisji tlenków azotu, w odniesieniu do silników poprzedniej generacji.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 4 (139) kwiecień 2019
