Sinan Şal

Neden 6. nesil turbofan motorlar?

  • Son Güncelleme: 5/07/18 11:56:33
  • 4

Askeri havacılık tarihinde pistonlu motorlardan turbojet motorlara olan teknolojik sıçramayı, sonrasında turbojet motorlardan turbofan motorlara olan sıçrama izlemiştir. Askeri amaçlı motor tasarımı ile ilgili bir sonraki teknolojik sıçrama ise değişken bypass oranlı, üç akışlı turbofan motorlar ile gerçekleşmesi beklenmektedir. Askeri olarak kullanılan ilk jet motorunu yaklaşık 70 yıl önce gerçekleşen çok gizli bir projenin sonucuydu. Geçmişten farklı olarak, önümüzdeki bu yeni teknolojik sıçrama öncesi bu kez ortaklar/şirketler bunun hakkında konuşuyorlar ya da konuşmak istiyorlar.

Gelecek nesil savaş uçakları için yeni nesil motorların geliştirilmesi kaçınılmaz olacaktır. Günümüzde 6. nesil platformlar ile ilgili devam eden çalışmaları göz önüne alınca bu platformlara uygun motor geliştirilmesi daha da önem kazanacaktır.

ALTINCI NESLE GEÇİŞ

F-35 Müşterek Taarruz Uçağı için 5. nesil motor geliştirilmesi konusunda 2007 yılında Amerikan Hava Kuvvetleri, GE Aviation ve Rolls-Royce konsorsiyumu ile Pratt&Whitney şirketlerini seçmiş fakat 2011 yılında bütçe kesintisi ile ilgili kongre kararı sonrası GE Aviation ve Rolls-Royce ortak tasarımı olan F136 motorunun (motor testleri devam ederken) daha fazla finanse edilmeyeceği kararı alınmıştır.

Takip eden yıl içerisinde 6. nesil motor geliştirilmesi konusunda en belirgin adımı 2012 yılında AETD programı ile Amerikan Hava Kuvvetleri atmıştır ve motor geliştirilmesi konusunda hem GE Aviation hem de Pratt&Whitney firmalarına finansman sağlamıştır. 6. nesil motorlar için konsept olarak görebileceğimiz değişken bypass oranlı turbofan motorlar için 1978 yılında alınmış patentler dahi bulunmaktadır. Kavram/fikir olarak 40 yıllık bir geçmişi olmasına rağmen bu alanda çalışmaların başlaması için platform teknolojisinin de gelişmesi gerekmiştir. Önümüzdeki yıllarda bu alanda çalışmalar artacaktır.

AETD ve ADVENT programları ile 6. nesil motorlar için devam eden çalışmaları ve hedeflenen motor teknolojisinin detaylarını ve 5. nesil motorlara kıyasla getireceği yeniliklere değinerek ilerleyen dönemlerde bu konsepte neden ihtiyaç duyulacağını anlatmayı hedeflemekteyim.

AETD PROGRAMI VE YENİ NESİL MOTORLAR

AETD (Adaptif Motor Teknolojisi Geliştirme) ve ADVENT (Adaptif Çok Yönlü Motor Teknolojisi) programlarının hedeflediği 6. nesil motorların getireceği avantajları sıralamadan önce günümüz motor teknolojisine kısaca değinerek neden böyle bir değişikliğe ihtiyaç duyulduğunu daha iyi anlatmayı hedefliyorum. Günümüzde (işlevsel olarak görev yapan) turbofan motorlar iki ana kategoriden oluşmaktadır: yüksek bypass oranlı ve düşük bypass oranlı turbofan motorlar. Yüksek bypass oranlı turbofan motorlar yüksek verimliliklerinden dolayı sivil havacılıkta kullanılmaktadır ve bypass oranları >10 mertebelerine ulaşmıştır. Düşük bypass oranlı turbofan motorlar ise sağladıkları yüksek itki/ağırlık oranından dolayı askeri platformlarda tercih edilmiştir. Bu iki özelliği tek bir motorda birleştirebilsek ve askeri platformlarda kullanabilsek nasıl olurdu? Yüksek itkiye ihtiyaç olduğunda yüksek itki elde edebilmeye, fakat yüksek itkiye ihtiyaç olmadığı zamanlarda yakıt tasarruflu bir moda geçebilmeye olanak sağlayan bir motor elde ederdik. Basitçe söylemek gerekirse, bir ticari motorun en iyi yönlerini alarak onu bir savaş motorunun en iyi yönleriyle birleştiren ve askeri platformlara uygun yeni bir mimari ortaya çıkardı.

Değişken bypass oranlı jet motorunun 5. nesil motorlara kıyasla üstünlükleri

6. nesil motorlar için hedeflenen değişken bypass oranı ile gerektiğinde düşük yakıt tüketimi (yüksek bypass) moduna geçebilecek ve ihtiyaç duyulduğunda ise yüksek itki (düşük bypass) moduna geçiş yapabilecektir. Bunun neticesinde 5. nesil motorlara kıyasla ~%25 daha az yakıt tüketimi, ~%30-35 arttırılmış menzil ve %10’dan daha fazla itki artışı sağlanması hedeflenmektedir. Bunu yapabilmek adına motorda üçüncü bir akış hattı düşünülmektedir. Bu konuyu daha iyi anlatabilmek için günümüzde kullanılan düşük bypass oranlı turbofan motorlara bakmamız işimizi kolaylaştıracaktır. Fan çıkışında ana akış havası ikiye ayrılarak bir kısmı çekirdek olarak adlandırabileceğimiz yüksek basınç kompresörü-yanma odası-türbinler-egzoz şeklinde devam ederken, bir kısmı ise kompresör gövdesi ile dış kabuk arasından devam etmektedir.

 

Düşük bypass oranlı jet motoru (2 adet akış hattı görülmektedir)

Değişken bypass oranlı jet motoru (3 adet akış hattı görülmektedir)

Değişken bypass oranlı motorlarda ise fan çıkış havası üç ana akıma ayrılarak bir kısmı çekirdek motordan, diğer iki akım ise tamamen statik iki farklı bölgeden geçmektedir. Böylece yüksek itki gerektiğinde en dışta bulunan bypass kısmı kapatılarak motorun bypass oranı düşürülüp angajman anında motor en yüksek itkiyi üreterek pilota avantaj sağlarken, diğer durumlarda ise bypass oranını arttırarak daha uzun menzil uçmasını sağlamayı hedeflemektedir.

Yeni nesil ya da 6. nesil olarak adlandırabileceğimiz motorları 5. nesil motorlar ile kıyasladığımızda en önemli farklılıkları üç farklı akışa imkan verecek fan modülü ve seramik matris kompozit (CMC) malzemeden yapılmış dönen kanatçıklar olacaktır. Bu farklılıklar daha verimli bir motor, yüksek itki, iyileştirilmiş ısı yönetimi, arttırılmış menzil ve sürüklenmeyi (drag) azaltırken arttırılmış giriş geri kazanımı (inlet recovery) sağlayacaktır.

 

Değişken bypass oranlı jet motoru çalışma modları

2014 yılında ilk ve tek üç akışlı değişken bypass oranlı turbofan motor test edildi ve bunu takiben Mart 2015'te ön tasarım incelemesinin başarıyla tamamlanması sağlandı. Birinci fazda motorun ön tasarımı, yanma odası, yüksek basınç kompresörü ve CMC kullanılarak imal edilen parçaların testleri tamamlanmıştır. İkinci faz da ise fan testleri ve çekirdek motor testleri tamamlanmıştır. Jet motorları tarihindeki en yüksek kombine kompresör ve türbin sıcaklıklarına ulaşıldı. Bu ilerlemenin sağlanabilmesi için motorda seramik matris kompozit (CMC) malzemeden yapılmış ve sıcak bölgede kullanılan parçalar ile katmanlı imalatın önemini göz ardı etmemek gerekir. Malzeme teknolojisi ve ileri düzey soğutmanın bu anlamda ne kadar değerli olduğu ve bu alanlardaki teknolojik gelişmeler ile ilgili bir önceki yazımda daha fazla detay bulabilirsiniz.

http://www.kokpit.aero/askeri-motor-teknolojileri-2

 

Test edilen değişken bypass oranlı turbofan motor

İlk konsept motorun geliştirilmesinin tüm maliyetinin 1 milyar $ olduğu ve tüm program maliyetinin ise yaklaşık 100 milyar $ olduğu belirtilmektedir. GE ve Pratt&Whitney tarafından geliştirilmesi devam eden bu motorlardan seçilecek olan versiyonun,  F-35’lerde daha az yakıt tüketimi, arttırılmış menzil ve daha yüksek itki sağlamak amaçlı motor yükseltme programı kapsamında kullanılması düşünülmektedir. İlerleyen dönemlerde F-35 sistem geliştirme kapsamında değişken bypass oranlı yeni nesil motorların kullanılabileceği Lockheed Martin’e ait sunumdan alınan görselde sağ alt köşede görülmektedir.

F-35 sistem geliştirme kapsamında düşünülen değişiklikler (sağ alt köşe: değişken bypass oranlı turbofan motor)

Değişken bypass oranlı turbofan motorların taarruz uçakları dışında bombacı ve taktik uçaklarda da kullanılabilecek şekilde tasarlanması hedeflenmektedir.  

 

KAYNAKLAR

  1. https://www.airforce-technology.com/features/featurespeed-and-efficiency-are-adaptive-jet-engines-the-way-forward-4809082/
  2. http://www.pw.utc.com/Press/Story/20130619-0600/2013/All%20Categories
  3. https://www.geaviation.com/military/engines/ge-adaptive-cycle-engine
  4. US4080785A, “Modulating bypass variable cycle turbofan engine”, 1978

 

 

Kaynak: www.kokpit.aero - ÖZEL

Facebook

Kokpit Aero

Yorum Yap