Propozycja przedstawiona przez firmę Astro Mechanica współpracującą z Helix nosi nazwę Duality Propulsion System. Jest to hybrydowo-elektryczny napęd odrzutowy, który w założeniach ma być równie sprawny podczas cichego kołowania po lotnisku, jak i w locie z prędkością ponad trzykrotnie przekraczającą prędkość dźwięku. Projekt czerpie z rozwiązań znanych z wyścigów Formuły E i zaawansowanych technologii wojskowych, próbując stworzyć zupełnie nową jakość w sferze lotniczej.
Elektryczne jednostki Helix jako kluczowy komponent. Przeniesienie technologii z ziemi w przestworza.
Sercem całego systemu są ultrawydajne, radialno-strumieniowe silniki elektryczne firmy Helix. Te kompaktowe urządzenia, opracowywane pierwotnie dla elektrycznych supersamochodów, w swojej piątej generacji osiągają moc około 950 kW. Wdrożenie ich w lotnictwie to jednak znacznie więcej niż proste przeprojektowanie ich do działania wiele kilometrów nad poziomem morza.
W systemie Duality generowanie mocy i wytwarzanie ciągu zostały rozdzielone na dwa niezależne obiegi. Dzięki temu silniki elektryczne mogą precyzyjnie sterować pracą sprężarek, niezależnie od tego, co dzieje się w turbinie i komorze spalania. Ta niezależność pozwala teoretycznie na optymalizację pracy w każdym możliwym scenariuszu – od wolnego manewrowania na płycie lotniska po ekstremalne prędkości.
Czytaj też: Setki luksusowych Porsche nagle przestały działać w Rosji. Właściciele nie mogą odpalić swoich aut
Najciekawszą cechą tego rozwiązania jest jego wszechstronność. Podczas operacji na ziemi i w locie z prędkością poddźwiękową system funkcjonuje jak cichy i oszczędny turbowentylator. W tej konfiguracji turbogenerator wytwarza energię elektryczną dla silników napędzających sprężarkę, a na samym pasie startowym możliwe jest nawet całkowite wyłączenie jednostki turbinowej, dzięki czemu samolot mógłby kołować i rozpoczynać start wyłącznie na napędzie elektrycznym, co radykalnie obniżyłoby hałas i zużycie paliwa w bezpośrednim sąsiedztwie portów lotniczych.
Gdy z kolei maszyna zbliża się i przekracza barierę dźwięku, konfiguracja zmienia się w klasyczny silnik turboodrzutowy z aktywnym spalaniem. W tym momencie ujawnia się główna zaleta kontroli elektrycznej. Silniki elektryczne nadal napędzają sprężarkę, ale mogą dostosować jej obroty do idealnych parametrów dla utrzymania optymalnego sprężenia, niezależnie od ciągu generowanego przez gorącą część silnika. Taki dodatek może prowadzić do znacznie płynniejszego i wydajniejszego przejścia na prędkości naddźwiękowe.
Powyżej wartości Mach 3 system przechodzi w tryb przypominający prostszy silnik strumieniowy (ramjet). W tym podejściu powietrze jest kompresowane głównie dzięki własnej wysokiej prędkości, co minimalizuje potrzebę użycia ruchomych części mechanicznych. Turbogenerator w tym trybie pełni rolę źródła zasilania dla systemów pokładowych, a cały ciąg pochodzi ze spalania paliwa.
Na tle takiego silnika klasyka wypada blado
W klasycznym silniku odrzutowym wszystko jest na sztywno powiązane, więc w efekcie sprężarka, turbina i strumień spalin muszą dogadywać się ze sobą w ramach jednego, mechanicznie sprzężonego układu. Jeśli optymalizujemy go pod kątem lotu z prędkością przelotową, to cierpi zachowanie przy starcie. Jeśli dostosowujemy silnik pod prędkości naddźwiękowe, staje się on mniej efektywny w codziennym, wolniejszym lataniu. Projekt Duality rozcina ten węzeł u źródła. Dzięki elektrycznemu sterowaniu sprężarką silnik może w teorii zachowywać się trochę jak cyfrowo programowany napęd, w którym profil pracy da się dostroić do aktualnej fazy lotu, zamiast wybierać jeden kompromis dla wszystkich scenariuszy.
Warto też zwrócić uwagę na to, że hybrydowo-elektryczne rozwiązanie nie próbuje na siłę uczynić z samolotu latającego akumulatora. Akumulatory nadal są zbyt ciężkie, aby samodzielnie udźwignąć lot naddźwiękowy na dużym dystansie, więc kluczową rolę w Duality odgrywa turbogenerator. To on dostarcza energię elektryczną, która następnie trafia do kompaktowych, radialno-strumieniowych jednostek Helix sterujących sprężarką. Dzięki temu energia chemiczna paliwa jest w pewnym sensie “przetwarzana” na bardziej elastyczną energię elektryczną w tym miejscu, gdzie najbardziej liczy się precyzyjne sterowanie.
Czytaj też: Jednoczęściowa rama z aluminium trafiła do seryjnego auta. To może być większa rewolucja niż nowe baterie
Jeżeli system zadziała zgodnie z założeniami, to korzyści mogą wykraczać daleko poza sam naddźwięk. Możliwość cichego kołowania i ograniczenia pracy części gorącej silnika przy ziemi to realna szansa na złagodzenie konfliktu między lotniskami a lokalnymi społecznościami. Operatorzy doceniliby z kolei niższe zużycie paliwa w najbardziej wrażliwych fazach lotu, a konstruktorzy nowe pole do optymalizacji pod kątem emisji i hałasu, bez rezygnacji z wyższych prędkości tam, gdzie mają one największy sens.
Cele są dalekosiężne, ale pierwsze kroki są bardzo konkretne. Od obronności po loty pasażerskie.
Firma Astro Mechanica nie ukrywa, że jej ostatecznym marzeniem jest przywrócenie naddźwiękowych podróży pasażerskich i to szczególnie na długich trasach transoceanicznych. Wizja lotu z Los Angeles do Tokio w czasie, w jaki dziś leci się z Warszawy do Nowego Jorku, jest niezwykle kusząca. Trzeba jednak przyznać, że droga do jej realizacji jest długa i usiana wyzwaniami, a to głównie natury ekonomicznej i regulacyjnej. Dlatego firma ma też w zanadrzu bardziej przyziemne, choć nie mniej istotne plany. Sektory wojskowe, wynoszenie małych ładunków na orbitę oraz szybkie dostaw cargo na duże odległości są realnymi polami do wdrożenia technologii i źródłami finansowania dalszych prac rozwojowych. Obecnie testowana jest czwarta generacja prototypu, a pierwszy lot demonstracyjny zaplanowano w ciągu najbliższych trzech lat.
Czytaj też: Tak kończy się pewna era na rynku motocykli. Yamaha stawia wszystko na jedną kartę
Czy Duality Propulsion System okaże się brakującym ogniwem w dążeniu ludzkości do ponaddźwiękowych lotów? Dziś jest za wcześnie, by to stwierdzić. Sukces zależy nie tylko od technologii, ale też od kosztów eksploatacji, akceptacji społecznej dla głośniejszych (choć cichszych niż dawniej) lotów naddźwiękowych oraz międzynarodowych regulacji. Niemniej, połączenie sprawdzonych, wysokowydajnych komponentów elektrycznych z klasyczną mechaniką lotniczą wydaje się jednym z najbardziej pragmatycznych i obiecujących kierunków od lat. Nie jest to rewolucja z dnia na dzień, ale krok o naturze ewolucyjnej, który może w końcu otworzyć nowy rozdział w szybkim lataniu.