Ö tvös L a jo s z l s h a lig. A XXI. SZAZAD HAJTŐMÜVE A PROPFAN HAJTÓMŰ

Átírás

1 Ö tvös L a jo s z l s h a lig. A XXI. SZAZAD HAJTŐMÜVE A PROPFAN HAJTÓMŰ N apjainkban az egy re növekvő o la já r a k m iatt szü k ségessé v á lik a v i l á g k ö z lek ed ési eszközeinek k o r s z e r ű s ít é s e, hogy azok a le h e t ő legk e v eseb b tü zelőan yag-m en n yiséget h a sz n á ljá k f e l. Ez a c é lt k it ű z é s a re p U lő lp a rb a n I s J ele n van. A vezető nyugati hajtőműgyárak re k ifejlesztettek egy OJ lé g csavaros gázturbina típu st, melyet PROPFAN hajtóműnek neveztek e l. Az ű j hajtómű je lle m z ő je hogy az e d d ig ie k k e l azonos u t a - z ó so b esség m e lle t t, a k o rsz e rű TUROFAN hajtóművekkel szemben >í-os Uzem anyagm egtakaritást és 10 H -os Ü zem eltetési k ö ltségc sö k k en é st le h e t e l é r n i. De lássu k hogyan I s v a ló s í t h a t ó ez meg? A PROPFAN hajtómű go n d o la ta nem ü j. azonban az e d d ig i anyagtech n ológiák nem te tté k le h e tő v é m e g v a ló sítá sá t. Ez a h ajtóm ű család az e x o la jv á l s á g id e jé n k e lt e t t e f e l a NASA fig y e lm é t, és e l s ő h e ly re k é rü lt az e n e rg ia ta k a ré k o s hajtómű fe jle sz té s programjában. Ez a program Jelentős nyere sé g e lé r é s é t c é lo z t a meg a kereskedelm i és katonai s z á l l l - tórepu lésben. A hagyományos lé g c s a v a r r a l f e l s z e r e l t repü lőgépek s e b e s sége l e g f e l j e b b le h e t. Ez abból k ö v etk ezik, hogy a légcsavar to ló erejét a fordulatszám. a lapátszám. a lé g csavarátm érő valam in t az e l l e n á l l á s i és to ló e rő té n y e z ő h a t á ro z za meg seb e sségn é l e lé r jü k a z t a h a t á r t, am i kor a légcsavari apátvég sebessége m eghaladja a helyi hangseb e s s é g e t. e l l e n á l l á s a valam in t z a j s z i n t j e J ele n tő sen megnő, h atá sfo k a lecsökken. Ezzel a d o tt a f e l a d a t, o ly a n lé g c s a v a r t 5 2

2 k e l l e t t k o n s t ru á ln i, amely h an gsebesség f e l e t t i s Jó h a t á s fokkal és kis zajszin ttel működik. így szü letett meg a " tö rök s z a b iy a " form ájú lé g c savar la p á t. Tehát a lapátok nem egyen esek, hanem a su gá r növekedésével nő a n y ila z á s i szö ge é s csökken a la p á t h ú rh o ssza. Ezzel a m egoldással - h aso n ló an a n y ila z o tt szárnyakhoz - a lap á t képes hangsebesség f e le tt i áramlásban történő hatásos működésére. A hagyományos 3-4 la p á t h e ly e tt i t t s z é le s, rö v id lapátot alakítottak ki. Mivel a lapátok a sajátos k ia la k ítá suknál fo gv a egymást á t la p o ljá k, egy o ly a n lé g c s a v a r t kaptak mely in k ább egy v e n t illá t o r h o z h a s o n lít, mint lé g c sa v a rh o z, í g y a la k u lt ki az e ln e v e z é s l:t: PROPFAN C fan» v e n t i l l á t o r ). A PROPFAN hajtóművek á lt a lá b a n két e lle n t é t e s e n fo r g ó, koa x i á l i s lé g c s a v a r p á r r a l Üzemelnek, hogy e z á lt a l csökkentsék a t e r h e lé s t és a p o rd U le tv e sz te sé g e t C l. á b r a ). i. á b r a Hagyományos és e lle n t é t e s e n fo r g ó légcsav aro k h atásfo k a a te lje s ítm é n y függvényében A tü zelő an y ag m e gtak a rítás t i t k a a hajtóművek kétáram ú- s á g i fokában r e j l i k. A TURBOFAN hajtóm űveknél J e le n le g m aximum O -os kétáram úságl fok é rh e tő e l. Annak érdekében, hogy 3 3

3 p éld áu l egy 150 szem élyes közopos h ató táv o lsá go repü lőgép nél a kétáram űsági fo k o t 8 - r a n ö v e ljü k, egy kb. 2 méter átm érőjű c s ő ié g c s a v a rra len n e szllk ség. 15:1 arán ynál már 2.5 m éter, míg 25:1 aránynál már 3 méter átmérő szü k séges, ami már nem fé r n e e l a szárn y a l a t t. Ezenkívül az e lm é le t i le g e lé r h e t ő Uzem anyagm egtakaritás nagy ré sz e Ismét veszendőbe menne, miv e l a nagyobb átm érő nemcsak nagyobb s ű l y t. hanem nagyobb l é g e l l e n á l l á s t i s eredményez. A PROPFAN-nal ig y aztán más irá n y b a In d u lta k e l. Csökkentették a lé g c s a v a r átm érő jét és az e z zel Járó t e r h e lé s t le h e t ő le g minél tö b b la p á t r a o s z t o t ták sz é t. Az ig y e lé r h e t ő kétáram űsági v iszon y r e növek sz ik. Ez p edig kb. t í z s z e r e s e a TURBOFAN hajtóműveknél J e le n le g e lé r h e t ő értéknek C2. á b r a }. 2. á b ra ö t g e n e rá c ió a s z á l l í t ó repü lőgép ek hajtóm űveinél A G eneral E le c t r ic konszern GE-36 UDF CUnDucted Fan - b u rk o la t n é lk U ll v e n t i l l á t o r } hajtóm űve k ö z v e tle n m eghajtási! - á t t é t e l re n d szer n é lk ü li - m egoldást h a sz n o sít. M indegyik légcsav ark ö szö rű n 8 la p á t h elyezk ed ik e l. Ezt a hajtóm űvet egy Boeing re s z e r e lt é k f e l és fo ly t a t t a k r e p U lő k is é r - 5 á

4 1 tokot az am erikai Mohave re p ü lő té re n. A lé g c savar átm érője 3,6 méter, névleges to lő ereje 111 kn volt. A PW - A li i són - Mami lto n Standard tá rs u lá s M-378DX h a j tóműve hagyományos á tté t e l ren dszerrel működi k. Lapátkoszorúnként 6 la p á to s lé g c savaro k k a l s z e r e lt é k f e l. Ez a t á r u lá s az ú j kon eepclő s z e r in t á t a la k í t o t t hajtóm űvet h a sz n á l, a - melynél d j g á z e lv e z e t é s t alkalm az. A hajtóm űvet e g y McDonnal 1 D ouglas MD-ÖO-as re p ü lő g é p re s z e r e lt é k és a C a li f o r n l a l Edwards légitám aszp onton t e s z t e lt é k. A PROPFAN hajtömd sz e r k e z e ti k ia la k ít á s a A PROPFAN hajtóm űrendszerekn él a légcsavaro k m egh ajtás á ra a tervezők két le h e t ő s é g közul v á la s z t h a tt a k. Az egyik a többfo k ozatú tu rb in a ö s sz e k a p c so lá sa k ö z vetlen ü l a lé g c s a - v a r a l, a másik a lé g c s a v a r és a hajtóm ű k özött fo rd u la tsz á m - -csökkentő áttétel rendszer alklamazása. A k ö z v e tle n h a jtá s e l ő f e l t é t e l e a lé g c s a v a r és a tu rb in a azonos fo rd u latsz ám a. Ez kompromisszumos m egoldás, mivel a Jó h atásfo k érdekében fokozatú t u rb in á t ig é n y e l és a lé g c s a v a r Í g y nagyobb ford u latszám on Üzemel az o p t im á lis n á l, ami za jszin tn ö v e k e d é st és h atásfokcsökken ést eredményez. Ily e n m egoldású a G eneral E le c t r ic hajtóműve. A k ö z v e tle n h a jt á s t ügy é r ik e l. hogy h atfo k o za tü tu rb in a h a t ja az e l s ő lé g c s a v a r k o s z o rú t, hat to v áb b i e lle n ir á n y ú tu rb in a fo k o z a t fo rg atja a második 1 égcsavarkoszorút. A G en eral E le c t r ic v e r se n y tá r sa i a PW - A11is ó n é s a R o lls Royce in kább a hagyományos m egoldást v á la s z t o t tá k. Az előnyök m e lle tt u g ya n is a k ö z v e tle n h a jtá s ú UDF koncepció h átrán ya, hogy csupán a fa ro k n á l tö r té n ő e lh e ly e z é s m iatt mint to ló lé g c s a v a r Jöhet szám ításba. A fo rd u la t sz á m -c sö k - kentő re n d sz er le h e t ő v é t e s z i n agyfordu latszám ú t u rb in a f e l - h a sz n á lá sát k is fokozatszámmal és m axim ális h a t á s fo k k a l. Ez SS

5 a megoldás azonban hosszt! é le tta rta m ú ós ig en nagy hatásfokt! á t t é t e l re n d sz e rt ig é n y e l. Ez a re n d szer alkalm as mind t o ld, mind vo n d lágcsavaro s a lk alm azásra C3. á b r á i. Hűtőrendszer o laj-levegő radiátor Lapát Hajtómű Lapátok 3. á b r a A PROPFAN hajtómű s z e rk e z e te a fő b b alk o tó k s z e r in t A hajtómű k iv á la s z tá s a k o r a tervezőknek v á la szta n iu k k e l l e t t egy OJ k o n stru k c ió k i f e j l e s z t é s e vagy egy ré g e b b i hajtóm ű á t v é t e le k ö z ött. Egy tlj hajtóm űrendszer f e j l e s z t é s i költsége, amely elérh eti a százm illió d o llá rt is. nagy hat á s t gy ak oro lh a t a k i f e j l e s z t e t t rendszer á r á r a, fig y e le m b e - véve a f e j l e s z t é s i kock ázatot is. Á tv e tt hajtómű fe lh a s z n á l á s a nemcsak c sökken te tt f e j l e s z t é s i k ö lts é g g e l J á r. de s z é le s k ö r ű Ü zem elte tési t a p a s z t a la t i s k a p cso lód ik hozzá. A P W -A llison t á r s u lá s a z A l i i són T7O1/570 hajtóm űvöt h a sz n á lta f e l, mely ed d ig Boeing h elik opterek en Üzemelt. A hajtóművek f e l é p í t é s e különbözőképpen k é p z e lh e tő e l. L eh etséges k é t - vagy h árom forgórészes h a jtó m ű k ia la k ítá s. A 5 6

6 k é tfo rg ó r d s z o s hajtóműnél a kisnyomású kompresszor t és a lé g c s a v a r t egy t u rb ln a r é s z h a j t j a, mely á l lh a t több fo k o z a t ból i s. ez a kisnyomásü tu rb in a. A nagynyomású kom presszort egy másik tu rb in a ré s z. a nagynyomású tu rb in a h a jt ja. A h á - ro m fo rgó része s hajtóm űnél a lé g c s a v a r t egy k ü lö n á lló s z a b a d - turbina h ajtja. A nagynyomású kom presszornál á l l í t h a t ó á l l ó t e r e lő la p á t k oszorú t alkalm aznak. A kompresszor után egy rö v id d i f f u z o - ron k e re sztü l a le v e g ő a gyűrűs é g ő té rb e Jut. Az é g ő té r után a turbina b iz to s ítja a h ajtást a kompresszorok és a légcsavar f e l é. A PROPFAN hajtóm űveknél UJ tip u su g á z e lv e z e t ő ro n d szert alkalm aznak, melynek három v á lt o z a t á t d olg o ztá k ki C4. á b r a ). 1. F ü le s fuvóka. am ely a gázáram ot az e l s ő lé g c s a v a r la pát s o r r a v e z e ti rá. E zzel b i z to s ítja a kilépő gázáram kevere d é s é t és h ű tését. Ezt a n e g - o ld á s t a Beech S ta rsh in p I -e n alk alm azza a P r a t t és Whitnoy C 4.a á b r a ). 2. Gyűrűs fuvóka. amely k i k ü szö b ö li a hajtómű h id e g és melog p u lzálásán ak következm é n y e it, d e egy védőlemez szü k séges a lé g c s a v a r tő r é s z é r e a hővédelem m iatt C 4.b á b r a ). CSCNES GVClRÚS FUVÓKA 4. ábra 3. C söves-gyűrű s fu vóka. a - mely megakadályozza a gázáram légcsavarn ak tö rté n ő ü tk ö z é sé t. Íg y m egszünteti a la p á to k hőt e r h e lé s é t C 4.c á b r a ). 5 7

7 Mind a három rendszer e g y e d ü lá lló te rv e z é s, melyekből a v égső m egoldást a repü l ő te sz te k a la p já n v á la s z t o t tá k k i a gyártók, ki -k i saját elgondolása szerint értékelve az eredményeket. A P W -A lllso n M-578DX hajtóművén a f ü le s fd vókát h aszn álták f e l. Ha a nyomatékátvltelt áttétel rendszer segítségével o ld ják meg. akkor az a lk a lm a z ott rendszernek a kővetkező követelményeknek k e ll e le g e t te n n ie : - nagyfokű m egbízhatóság; - le g a lá b b ó ra é le tta rta m ; - k is s ü ly ; - k is k a rb a n t a rtá s i igény. Hat f é l e közlőmű k i a l a k í t á s t v iz s g á lt a k meg. melyek a következők v o lta k : - d i f f e r e n c i á l bolygóm űves; - ö s s z e t e t t bolygóm űves; - k é tu ta s párhuzamos k1e g y e n l1té sű ; - háromszorosan összetett áttételű ; - d i f f e r e n c i á l e p lc lk ll k u s ; - k é tu ta s bolygóműves. Az összehasonlítás a fődarabok száma szerin t, a megbízhatóság. a hatásfok és teljesítm ény vizsgálata alap já n t ö r té n t. Ezek a te sz te k a d i f f e r e n c i á l bolygóműves rendsze r t i s z t a győzelm ét hozták. A következő f ő m egfon tolás a csapágyak é s fogask erek ek k iv á la sztá sá n a k f e la d a t a v o lt. A la p v ető k r it é riu m a k iv á la s z tá sk o r az é le tta rta m v o lt. Hosszadalm as v iz s g á la t o k után a bolygóműhöz a hen gergörgős csap ágyak at és a k e ttő s s p i r á l fo gask erek ek e t v á la s z t o t tá k k i. A bolygókerekek e g y e s ítik

8 magukban a csap ágy at és a fo g a sk e re k e t i s C3. á b r a }. KIM EN Ő í r * ' BELSŐ F0CA2ÁSÚ KOSZORÚ fz IW T Y U p r o p f a n f é k KÚPGÖRGŐS BURKOLAT BOLYGÓKEREK tí m S Í r S * * * * * * * HENGERGÖRGŐS CSAPAGY S. ábra Á tt é te l re n dszer k i a la k í t á s a A lé g c s a v a r k i a l a k í t á s a két f ő ré s z b ő l á l l. a lapáto k b ó l és az a g y b ó l. A lapátok alumínium vagy Ü reges t i t á n f ő t a r tó r a f e l r a g a s z t o t t alumínium m éhsejt vagy keményhab kompo- Ö. á b r a A PROPFAN 1 é gcsa v arron d sze r f e l é p í t é s e 5Q

9 zitból álln ak, melyek az aerodinamikai k ialakítást b iz to s ítják a lapátoknak. A lapáto k b u rk o la ta p ollam ld vagy Ü vegszála s kompoz1tb d l k é sz ü lt vékony lem ez, m elyet a b e lé p d é le n acél véd dp áncél1a l lá t t a k e l. A légcsavaragy tartalm azza a csapágyazást és a lapátbeá l l í t á s i szög v e z é r ld re n d sz e rt. A hajtómű t o ld e r e jé t az á l lan d ó ford ulatszáraü légcsav aro k b e á l l í t á s i szög v e z é r lé s é v e l v á lt o z t a t já k. A s z ö g v á lt o z t a t á s t elektrom os motor v é g z i, mely e t a f e d é lz e t i szám ítógép v e z é re l. A lé g c s a v a r f e l é p í t é s e t e lje s e n m odulrendszerű, az alkotóelem ek - a lap á to k a l é g csavar köszörűn b e lu l - t e t s z é s s z e r in t fe lc s e r é lh e t ő k egymással C6. á b r a ). A Jövőben a munka és a k u ta tá s fo ly t a t á s á v a l le h e tő v é v á lh a t a PROPFAN hajtóm ű t ö k é le t e s ít é s e, nagyobb h a tá sfo k, tökéletesebb aerodinamikai kialak ítás segítségével. íg é re tesek a b u r k o lt PROPFAN hajtómű k u tatáso k, melyek nagyobb u ta zó seb essége t tennének leh etővé. Egy b iz t o s, a PROPFAN hajtóművek v a ló s z ín ű le g J e le n tő s teret fognak maguknak elfo g la ln i a Jövő légi közlekedésében. EtUa i z aául IrarialfiBi 1 - AIAA PROPFAN P ro p u lslo n System fó r th e lqoos. 2 - A IA A D esign and T est o f a PROPFAN Gear System 3 - Götz Wange Es l l e g t was In dér L u ft FLUG REVUE 1/ Götz Wange Fu ftv erk eh r: P ro p fa n -T rie b v rk bostand f l u g - te s t FLUGREVUEl1/ I PW-ALLISON ENGINES Kami lt o n Stan d ard Propfan fó r 378DX 8 - PW-ALLISON ENGINES S78DX Gear System 60