Doskonale znamy bolączki dzisiejszego lotnictwa. Jest to jedna z tych branż, w których łatwe odpowiedzi kończą się wyjątkowo szybko. Samochód można stopniowo przesuwać w stronę napędu elektrycznego, część transportu ciężkiego można wspierać wodorem, a przemysł może szukać energii w sieci. Samolot pasażerski nie ma jednak tego komfortu. Każdy kilogram, każdy opór aerodynamiczny i każda zmiana procedury obsługi natychmiast zamieniają się w piętrzący się coraz bardziej rachunek ekonomiczny oraz certyfikacyjny. W tej branży nawet pozornie prosty pomysł potrafi po latach testów utknąć między laboratorium, lotniskiem i regulacjami. Właśnie dlatego projekt rozwijany przez Safran, GE Aerospace i CFM International jest tak interesujący.
Europa finansuje projekt TAKE OFF. Stawka to około 425 mln zł
Safran oficjalnie uruchomił europejski projekt TAKE OFF, czyli Technology And Knowledge for European Open Fan Flight. Program jest finansowany w ramach Clean Aviation i właśnie dostał 100 mln euro wsparcia, czyli po przeliczeniu około 425 mln zł. Liderem konsorcjum jest Safran Aircraft Engines, a wśród 25 partnerów znajdują się między innymi firmy takie jak Airbus, Avio Aero i GKN Aerospace. Celem nie jest jeszcze sprzedaż nowego silnika liniom lotniczym, ale przygotowanie pełnoskalowego demonstratora samolotowego typu open fan do pierwszej demonstracji w locie pod koniec dekady.
Czytaj też: Wsadzili mocniejszy silnik do taniej maszyny wojskowej. Efekt zaskoczył Armię USA
W praktyce TAKE OFF jest kolejnym etapem większego programu CFM RISE, który GE Aerospace i Safran uruchomiły w 2021 roku. RISE zakładał od samego początku opracowanie technologii dla nowej generacji silników, z potencjałem obniżenia zużycia paliwa i emisji dwutlenku węgla o ponad 20 proc. względem najsprawniejszych obecnych jednostek. Oczywiście silnik tego typu nie jest magicznym rozwiązaniem, które samodzielnie rozwiąże problem emisji w lotnictwie. Jest raczej próbą ogromnej poprawy napędu w segmencie krótkiego i średniego zasięgu, gdzie dziś latają tysiące samolotów pokroju Airbusa A320 i Boeinga 737. Jeżeli taka architektura zadziała, zysk będzie przemysłowo istotny. Jeżeli nie, branża prawdopodobnie wróci do mniej radykalnych silników z bardzo dużym, ale nadal osłoniętym wentylatorem.
Co ciekawe, to nie jest zupełnie nowy pomysł. Dzisiejsze silniki typu open fan są spadkobiercami wcześniejszych koncepcji propfan i open rotor, które miały połączyć oszczędność śmigłowca/turbopropa z prędkościami typowymi dla samolotów odrzutowych. Różnica polega na tym, że obecnie wracają z nowymi materiałami, dokładniejszymi symulacjami, lepszą aerodynamiką łopat i znacznie ostrzejszymi wymaganiami hałasu.
Czym jest silnik open fan i dlaczego klasyczne dochodzą do ściany?
Współczesny silnik turbowentylatorowy jest całkowicie zabudowany w klasycznej gondoli, a działa w dużym uproszczeniu tak, że część powietrza trafia przez rdzeń silnika, gdzie uczestniczy w spalaniu i napędza turbiny, a znacznie większa część omija rdzeń i jest przyspieszana przez wentylator. Im większy jest tak zwany współczynnik obejścia, tym więcej powietrza można przesuwać wolniej, a to zwykle oznacza lepszą sprawność napędu. Dlatego nowoczesne silniki lotnicze przez dekady ciągle rosły – miały coraz większe wentylatory, większe gondole i tym samym coraz lepszą efektywność.
Problem polega na tym, że sama gondola silnika też ma swoją cenę. Im większa jest bowiem osłona wentylatora, tym większy jest też opór i masa. W pewnym momencie zysk z większego silnika zaczyna być zjadany przez konieczność zabudowania go coraz większą osłoną. Tutaj właśnie wchodzi silnik z odsłoniętym wentylatorem, który próbuje obejść ten limit w najbardziej bezpośredni sposób – usuwa gondolę wokół wentylatora i pozwala znacząco zwiększyć przepływ powietrza bez dokładania tej samej aerodynamicznej kary.
Czytaj też: Rekord pobity! Od tego silnika może zależeć przyszłość misji księżycowych
Tak odsłonięte łopaty to nie tylko większa sprawność podczas lotu, ale też wyższy hałas, zagrożone bezpieczeństwo, bardziej skomplikowana obsługa naziemna, wyższa podatność na uszkodzenia, dodatkowa certyfikacja i konieczność zupełnie innego myślenia o tym, jak silnik współpracuje ze skrzydłem oraz kadłubem podczas lotu. Dlatego też firma Airbus podkreśla, że silnik typu open fan łączy ekonomię paliwową turbopropa z osiągami turbowentylatora, ale jednocześnie nie popada w zachwyt i testuje jego profil aerodynamiczny, akustykę i łatwość integracji, bo każdy z tych punktów może zadecydować o przyszłości projektu.
Najbardziej widowiskowym etapem całego tego przedsięwzięcia ma być kampania lotnicza z wykorzystaniem Airbusa A380. Ten ogromny samolot testowy ma dostać kompletny prototyp silnika typu open fan i wykonać serię lotów, które pozwolą sprawdzić zachowanie napędu w scenariuszach obejmujących kołowanie, start, lot przelotowy, zniżanie i lądowanie. Airbus informował już wcześniej, że modyfikacje A380 pod taki demonstrator zostały rozpoczęte, a pełnoskalowa próba w powietrzu ma nastąpić pod koniec dekady. Zanim to jednak nadejdzie, Safran i partnerzy mają skupić się na weryfikacji systemowej, oprzyrządowaniu pomiarowym, testach oblodzenia łopat wentylatora, badaniach akustycznych w tunelach aerodynamicznych oraz próbach trwałości. Pełnoskalowe naziemne testy przedniego modułu silnika planowane są na 2027 rok, a montaż i zintegrowane próby naziemne mają poprzedzać lot w 2029 roku.
Czytaj też: Każdy elektryk może dostać silnik spalinowy. Ten pomysł brzmi jak herezja, ale ma sens
Jeżeli finalnie Safran, GE Aerospace, CFM i Airbus doprowadzą tę technologię do certyfikowanego produktu, to powracający z przeszłości silnik typu open fan może stać się jednym z najważniejszych elementów lotnictwa po 2035 roku. Jeżeli jednak ten projekt potknie się o hałas, obsługę albo integrację, to pozostanie kosztowną, ale cenną lekcją dla kolejnych silników.
