Skonstruować lepszy silnik lotniczy W ramach projektu LEMCOTEC finansowanego ze środków UE zastosowano nowe, technologiczne podejście do konstrukcji wydajniejszego silnika lotniczego z myślą o wsparciu europejskiej branży lotniczej w osiągnięciu, a nawet przekroczeniu przez nią celów związanych z obniżeniem emisji dwutlenku węgla. Transport i mobilność © WichitS, Shutterstock W kwestii wyznaczania celów redukcji emisji, Europa wysoko stawia poprzeczkę. Zgodnie z celami programu Vision 2020, ustalonymi przez Radę Konsultacyjną w Zakresie Badań Aeronautycznych w Europie (ACARE, Advisory Council for Aeronautics Research in Europe), sama europejska branża silników lotniczych zadeklarowała zmniejszenie emisji CO2 i zużycia paliwa o 15 do 20% w stosunku do roku 2000, w zależności od wielkości silnika. Ponadto cały europejski sektor transportu lotniczego planuje osiągnąć 50% redukcję w stosunku do roku 2000. Jednak w sytuacji, gdy coraz więcej ludzi podróżuje samolotami, a presja na utrzymanie rozsądnych cen i poziomu bezpieczeństwa lotnictwa cywilnego jest coraz większa, powyższe cele mogą się niektórym wydawać zbyt ambitne. Ale nie uczestnikom projektu LEMCOTEC. W celu ograniczenia emisji CO2 o 20 do 30%, zespół LEMCOTEC rozwinął technologie dla silnika głównego na poziomie podsystemów i komponentów. Wspomniane rozwiązania pozwalają na działanie w warunkach wyższego ciśnienia i temperatur, poprawiając wydajność cyklu termicznego silnika. Badania obejmują projekt obudowy silnika o większej sztywności i mniejszej masie oraz obniżenie zapotrzebowania na powietrze chłodzące konstrukcji wysokotemperaturowych. „Wyższe zakresy ciśnienia zwykle prowadzą do zwiększenia masy i kosztów” – wyjaśnia Ralf von der Bank, koordynator projektu. W ramach projektu LEMCOTEC osiągnęliśmy ogólne korzyści dzięki zmniejszeniu masy komponentów, poprawieniu aerodynamiki i efektywności chłodzenia oraz zastosowaniu zaawansowanych materiałów o wyższej odporności na temperaturę i mniejszej gęstości”. Przełomowa technologia Zespół LEMCOTEC nie skonstruował nowych silników jako takich. Pracował natomiast nad ulepszeniem technologii komponentów, z których zbudowane są podsystemy silnikowe, takie jak sprężarki, systemy spalania zubożonej mieszanki, interfejsy komora spalania-turbina, turbiny i zaawansowane konstrukcje silnikowe działające w warunkach ultrawysokiego stosunku ciśnień. „Podczas LEMCOTEC, jako tak zwanego projektu zintegrowanego 2. stopnia, zweryfikowaliśmy technologie silnika głównego niezbędne do skonstruowania w przyszłości silników lotniczych o ultrawysokim całkowitym stosunku ciśnień, aż do poziomu podsystemów” – wyjaśnia von der Bank. „W ten sposób przyczyniliśmy się do zapełnienia luki pomiędzy działaniami w zakresie badań podstawowych i innowacji a przedkonkurencyjnymi prezentacjami technologii w ramach inicjatywy Czyste niebo”. W trakcie projektu zespół wybrał do badań trzy ogólne architektury silników przeznaczone do lotów regionalnych oraz średnio- i długodystansowych. Przykładowo w przypadku silnika do lotów regionalnych, badacze wskazali komponenty mające potencjał poprawienia wydajności z punktu widzenia emisji. Aby zrealizować ten potencjał, opracowano podsystemy spalania łączące technologie spalania zubożonej mieszanki z zaawansowanym wtryskiem paliwa. Wyposażony w nowy podsystem spalania zubożonej mieszanki silnik ma wszelkie szanse spełnić założenie, jakim jest zmniejszenie emisji NOx o 65 do 70%. Obiecujące wyniki Badacze obecnie testują jedną z trzech technologii niskoemisyjnej komory spalania. „Osiągamy bardzo obiecujące wyniki” – mówi von der Bank. „W naszej ocenie, wyznaczone w projekcie cele redukcji emisji CO2 dla wszystkich trzech typów silników zostały prawie osiągnięte”. Ralf von der Bank dodaje, że obniżenie emisji CO2, pary wodnej i tlenków siarki jest wprost proporcjonalne do zmniejszenia zużycia paliwa. Dzięki wysokiej wydajności systemów spalania zubożonej mieszanki, zmniejszenie emisji NOx jest większe niż pierwotnie zakładano. Oznacza to, że dzięki zwiększeniu wydajności podsystemów silnikowych ogólny wpływ samolotu na środowisko może być zmniejszony do około dwóch litrów paliwa na pasażera na każde 100 przebytych kilometrów. „To znacząca poprawa wydajności osiągnięta dzięki skupieniu się na silniku głównym, który jest ważnym elementem układu napędowego samolotu” – dodaje von der Bank. „W połączeniu z poprawą sprawności konstrukcji oraz systemów zarządzania operacjami lotniczymi i kierowania ruchem lotniczym, cele wyznaczone w programie Vision 2020 wydają się być na wyciągniecie ręki. W dłuższej perspektywie czasowej może nam się nawet udać zmniejszenie zużycie paliwa do zaledwie jednego litra paliwa na 100 kilometrów na pasażera”. Słowa kluczowe LEMCOTEC, silniki lotnicze, emisje CO2, Vision 2020
