Skip to main content

Advanced Design of Very High Power Density Piston Engine and Thermal Management Challenges for Aircraft Application

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ekonomiczny i ekologiczny silnik lotniczy ułatwi transport lotniczy na małą skalę

Dobór silników lotniczych ma zasadniczy wpływ na wzajemnie powiązane parametry, takie jak wydajność, zużycie paliwa, hałas i emisja spalin. Nowa konstrukcja silnika dla małych samolotów stanowi konkurencyjną alternatywę dla istniejących projektów.

Transport i mobilność
Zmiana klimatu i środowisko

Finansowany ze środków UE, szeroko zakrojony program Czyste niebo, wspólne partnerstwo publiczno-prywatne z udziałem Komisji Europejskiej i europejskiego przemysłu aeronautycznego, wspiera redukcję emisji i hałasu wytwarzanego przez samoloty. W ramach projektu CS2-WP714-DE, który jest częścią programu Czyste niebo 2, opracowano pionierską architekturę silników o wysokiej gęstości mocy dla małego transportu lotniczego (ang. small air transport, SAT).

Nie ma dwóch takich samych silników

Budowa silników lotniczych i technologie w nich stosowane są dopasowane do wielkości samolotów, wysokości przelotowej i długości lotu. W silnikach tłokowych gorący gaz ze spalania paliwa jest wykorzystywany do napędzania ruchu tłoka, który wprawia w ruch wał korbowy, a tym samym śmigło, spaliny są natomiast produktem odpadowym. Silniki turbośmigłowe (turbośmigła) także są silnikami spalinowymi; jednak w nich spaliny są głównym czynnikiem napędzającym turbiny, które obracają koła zębate i sprawiają, że śmigła się kręcą. Zazwyczaj samoloty wyposażone w takie silniki są najbardziej wydajne na większych wysokościach i przy większych prędkościach. Silniki tłokowe zazwyczaj są używane w mniejszych samolotach ze względu na mniejszą wydajność. Vincent Maginot, koordynator projektu CS2-WP714-DE z firmy Danielson Engineering tłumaczy, że „istniejąca technologia tłokowa stosowana w niskim zakresie mocy (w lotnictwie ogólnym lub małych samolotach do transportu lokalnego) stoi przed kilkoma wyzwaniami. Silniki, w których jest stosowana, spalają albo benzynę ołowiową (benzynę lotniczą (AVGAS)), co skutkuje wysokim zużyciem paliwa na jednostkę mocy, albo paliwo Jet A (mieszaninę nafty), co daje niską moc na jednostkę objętości (gęstości mocy)”. Europejskie przepisy ograniczają użycie ołowiowej benzyny lotniczej. Poza tym jest ona droższa niż Jet A i często trudniej dostępna. Celem było więc zaprojektowanie silnika tłokowego o dużej gęstości mocy, niskim zużyciu paliwa dla danego zakresu mocy i zdolnego do dostarczenia mocy do 300 kW (ok. 400 KM) przy niskiej prędkości obrotowej, aby zmniejszyć hałas.

W górę i do przodu

Nowatorski silnik SR460 jest 6-cylindrową wersją SR305, 4-cylindrowego silnika tłokowego o mocy 230 KM i jest obecnie produkowany przez firmę SMA. Maginot wyjaśnia: „Inżynierowie z firmy Danielson Engineering i grupy DFM Europe udoskonalili projekt całej architektury silnika, biorąc pod uwagę obciążenia termomechaniczne, uwzględniając masę i wprowadzając do projektu nowoczesne materiały. Ponadto system chłodzenia silnika został zaprojektowany w celu zwiększenia jego wydajności i niezawodności przy jednoczesnym spełnieniu specyfikacji lotniczych dotyczących takich parametrów jak bezpieczeństwo, odporność ogniowa i wpływ na środowisko”. Udoskonalony system odprowadzania ciepła, który od początku był ważnym elementem, przyniósł jeszcze większe korzyści niż oczekiwano. Główny wymiennik ciepła jest chłodnicą olejową. Koncepcja ta została przetestowana dla dwóch konfiguracji. Ponadto wykorzystanie nieodłącznie związanych z lataniem zjawisk, takich jak drgania mechaniczne, w celu poprawy wymiany ciepła, znacząco przyczyniło się do poprawy ogólnej wydajności silnika bez wpływu na koszty.

Nowa architektura silnika podbija niebo

Zespół projektu CS2-WP714-DE stworzył prototyp i przetestował cztery ulepszone silniki. „W niedługim czasie trzech lat stworzyliśmy prototypy, które stanowią istotną alternatywę dla konwencjonalnych silników tłokowych benzynowych i małych silników turbośmigłowych. Zmniejszają one spalanie paliwa o 50–60 % w stosunku do silnika turbośmigłowego pracującego w tym samym zakresie mocy oraz wykorzystują niedrogie i łatwo dostępne paliwo mające niewielki wpływ na środowisko. Wyniki naszych badań wspomogą prace nad następną fazą, instalacją i optymalizacją silnika, a nasi następcy dzięki nim będą mogli przenieść architekturę silnika na wyższy poziom gotowości technologicznej”, tłumaczy Maginot. Rynek SAT może spodziewać się konkurencyjnej alternatywy dla obecnych silników, która również obniża emisję CO2, eliminuje potrzebę stosowania benzyny ołowiowej i zmniejsza hałas.

Słowa kluczowe

CS2-WP714-DE, silnik, moc, samolot, paliwo, tłok, hałas, silnik turbośmigłowy, mały transport lotniczy (SAT), AVGAS

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania