بوينغ الأمريكية تلغي تصميم الأسنان المنشورة لمحرك 777X

أخبار ar.wedoany.com، ألغت شركة بوينغ (Boeing) التصميم المسنن للحافة الخلفية لغطاء المحرك النفاث عندما تم تثبيت التكوين النهائي لطائرة 777X وإطلاق الطائرات التجريبية الفعلية. في المخططات المفاهيمية لطائرة 777X التي نُشرت عام 2013، ظهرت صفوف من التموجات المسننة على الحافة الخلفية لغطاء محرك GE9X، وكان هذا التصميم قد حظي باهتمام واسع آنذاك. كانت الأسنان المنشورة سمة بصرية مميزة لطائرتي بوينغ 787 و747-8، واعتُبرت تقنية متقدمة للحد من الضوضاء؛ لكن تخلي 777X عنها لم يكن نتيجة تنازل عن متطلبات الامتثال للضوضاء أو المعايير البيئية، بل كان نتيجة لتطور الديناميكا الهوائية على مدى عقد من الزمن.

تتصادم الغازات العادمة الساخنة عالية السرعة الخارجة من قلب المحرك النفاث مع الهواء المحيط الأبرد والأبطأ، مما يولّد دوامات هوائية مضطربة تشع موجات صوتية منخفضة التردد أثناء مرحلتي الإقلاع والتسلق عند الهبوط. وضع الملحق السادس عشر لمنظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) أحكاماً ذات صلة بمسألة الضوضاء. وتعمل التموجات المسننة على الحافة الخلفية لغطاء المحرك والحافة الخلفية لفوهة العادم الأساسية على خلط العادم عالي السرعة مع تيار الهواء المحيط بشكل متداخل بين الأسنان المثلثية، مما يفكك الدوامات المضطربة الكبيرة إلى دوامات صغيرة يمكن التحكم بها، ويسرّع تبديد الطاقة، وبالتالي يخفض ضوضاء اختلاط النفاث منخفضة التردد بمقدار 5 إلى 6 ديسيبل. ويكون الثمن هو أن الدوامات المستحثة تستهلك طاقة العادم الحركية وتولّد مقاومة طفيلية، مما يزيد إجمالي استهلاك الوقود بنحو 0.5%، فضلاً عن زيادة الوزن الهيكلي وتعقيد التصنيع ونقاط الصيانة.

كان حجم وبنية محرك GE9X من جنرال إلكتريك (General Electric) هو العامل الأساسي الذي مكّن المهندسين من التخلي عن الأسنان المنشورة. يبلغ قطر مروحة GE9X 134 بوصة (3.4 متر)، ونسبة الالتفافية حوالي 10:1، مما يمكنه من دفع كمية أكبر من الهواء بسرعة إجمالية أقل. أظهرت أبحاث الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (NASA) أن ضوضاء النفاث تنمو بشكل أسي مع زيادة سرعة العادم، وأن تقليل الفرق بين سرعة العادم وسرعة الهواء المحيط يمكن أن يخفض إنتاج الصوت منخفض التردد من المصدر. وبعد السيطرة على ضوضاء العادم، انتقل التحدي الصوتي إلى شفرات المروحة في مقدمة المحرك؛ فقد خفضت شركة GE للطيران (GE Aerospace) عدد الشفرات من 22 شفرة في محرك GE90-115B القديم إلى 16 شفرة عريضة الوتر مصنوعة من مواد مركبة بألياف الكربون في GE9X، وذلك لكبح اضطراب تدفق الهواء الداخل وضوضاء "المنشار" في المقصورة.

صممت شركة سافران (Safran) نظام معالجة صوتية داخلياً لطائرة 777X: يستخدم غلاف العادم مكونات فوهة من سبائك التيتانيوم، مع جلد خارجي خفيف الوزن من المواد المركبة مبطن بهيكل قرص العسل ذي الثقوب الدقيقة، لامتصاص الموجات الصوتية قبل خروجها من غطاء المحرك. ويستخدم الهيكل الداخلي للتوربين في GE9X مواد مركبة مقاومة للحرارة العالية (CMCs)، مما يمكن القلب من العمل في درجات حرارة أعلى وتفاوتات ميكانيكية أدق، ويقلل الاهتزازات الديناميكية الهوائية الداخلية والرنين الصوتي. ويشكل الجمع بين نسبة الالتفافية فائقة الارتفاع والبطانات الصوتية ذات الثقوب الدقيقة ما يمكن 777X من تلبية متطلبات الاعتماد الصارمة للضوضاء، والتشغيل في المطارات الحساسة للضوضاء دون تحمل غرامات حظر التجول الليلي أو رسوم هبوط مرتفعة.

تعمل الطائرات عريضة البدن الدولية عادة من 12 إلى 16 ساعة يومياً، وعند ضرب خسارة الدفع البالغة 0.5% في آلاف الرحلات الطويلة التي يقطعها أسطول الطائرات عريضة البدن ثنائية المحرك سنوياً حول العالم، تنتج نفقات وقود كبيرة تتراكم على مدى عقود من عمر الطائرة.

كما يحقق إلغاء الأسنان المنشورة وفورات في الصيانة والإصلاح والتجديد (MRO) على المدى الطويل. تقع أطراف الأسنان في تيار العادم عالي الحرارة وعالي الاهتزاز، وتكون عرضة للشقوق الدقيقة وتفكك الطبقات المركبة وتآكل الحواف بعد آلاف ساعات الطيران؛ وتعمل الحافة الخلفية الملساء المستمرة على تبسيط فحوصات الخط اليومية قبل الإقلاع، وتقلل حجم أعمال إصلاح المواد المركبة خلال ثلاثين عاماً من الخدمة. صرح المهندس الرئيسي لمشروع 777X، تيري بيزهولد (Terry Beezhold)، أن التصميم البديل "يوفر مستوى مكافئاً من التحكم في الضوضاء للمقصورة والمجتمعات المحلية، لكن بوزن أقل ومقاومة أقل".

كما تنطوي المحركات ذات الأسنان المنشورة على مخاطر تتعلق بالخلوص الأرضي. يبلغ القطر الخارجي لغلاف محرك GE9X 184 بوصة (4.7 متر)، وهو أعرض من مقصورة طائرة بوينغ 737، ويحتاج المهندسون إلى إدارة دقيقة لهامش الخلوص الأرضي الفيزيائي أثناء الهبوط بزاوية ميلان كبيرة، والمناورة بالتحرك بمحرك واحد، ولمس الأرض في ظل رياح جانبية قوية.

تعتمد الأسنان المنشورة التقليدية على زاوية ميل داخلية تتراوح بين 3 و5 درجات لإجبار العادم الأساسي على الاختلاط مع تدفق الهواء الالتفافي، مما يوسع غلاف تيار العادم المضطرب عند الحافة الخلفية لغطاء المحرك ويضغط الخلوص المطلوب خلف المحرك. أما محيط الفوهة الخلفية الأملس المتساطئ فيبقي تيار العادم متماسكاً، وبالتزامن مع المقطع السفلي المسطح قليلاً لغطاء المحرك، لا تحتاج بوينغ إلى إطالة دعامات جهاز الهبوط الرئيسي للحفاظ على هامش أمان كافٍ للمحرك عن الأرض.

يمثل اختفاء الأسنان المنشورة من محركات 777X خروج هذا التصميم البصري من المحركات عريضة البدن. كانت الأسنان المنشورة تقنية انتقالية ساعدت المحركات عالية الالتفافية على تلبية حدود الضوضاء في المطارات الحضرية قبل نضج ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD) والمواد الصوتية الداخلية.

اليوم، اعتمدت طائرات بوينغ وإيرباص (Airbus) عريضة البدن جميعها أغطية محركات ملساء: تستخدم كل من إيرباص A350 وA330-900 وبوينغ 777X هياكل امتصاص صوتي داخلية ذات ثقوب دقيقة بدلاً من الأسنان المنشورة المكشوفة. وقد مكّن نمذجة CFD علماء الديناميكا الهوائية الدافعة من رسم الخصائص الصوتية للقنوات الداخلية بدقة، وحصر الطاقة الصوتية داخل غلاف قناة المحرك. وبالنسبة لمفاهيم الدفع من الجيل التالي، بما في ذلك هياكل المروحة المكشوفة والمحركات التوربينية المسننة فائقة الالتفافية، لا يزال النهج القائم على حل المشكلات الديناميكية الهوائية من المصدر، بدلاً من الحلول الخارجية التصحيحية المسببة للمقاومة، مستمراً.