Động cơ phản lực mang tính cách mạng vượt qua các cuộc thử lửa đầu tiên và cho thấy kết quả đầy hứa hẹn

Astro Mechanica, một công ty khởi nghiệp về hàng không vũ trụ được Ian Brook thành lập vào năm 2021, đã chia sẻ những kết quả thử nghiệm ấn tượng về quá trình phát triển mang tính cách mạng của mình. Công ty, nghe có vẻ đáng ngạc nhiên, chỉ có tám nhân viên, nhiệm vụ chính ngày nay là phát triển cái gọi là động cơ thích ứng tuabin điện cho các chuyến bay cận âm và siêu âm. Khi tạo ra nó, công nghệ động cơ điện được sử dụng để xe hơi.

Nguyên tắc hoạt động

Nhà máy điện này được thiết kế để hoạt động như một động cơ phản lực và động cơ phản lực cánh quạt trong một đơn vị. Người ta làm rõ rằng bộ phận này được chia thành hai phần: một phần được trang bị máy phát điện tua-bin, điều khiển một động cơ điện để tạo ra điện cung cấp năng lượng cho bộ động cơ thứ hai. Chúng lần lượt điều khiển máy nén và động cơ phản lực cánh quạt. Trong trường hợp này, người ta tuyên bố rằng việc lắp đặt có thể thay đổi lượng khí nén và do đó, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến lượng khí nén có sẵn để đốt.


Thoạt nhìn, điều này có vẻ khá phức tạp, nhưng trên thực tế, ý tưởng tách các bộ phận quạt và máy nén để chúng có thể được dẫn động bởi động cơ điện hiệu suất cao đã tỏ ra đầy hứa hẹn. Hơn nữa, không cần phải phát minh ra bất cứ thứ gì từ đầu - những động cơ điện như vậy ngày nay được đại diện rộng rãi trên thị trường ô tô.

Các nhà phát triển đã có thể đánh giá sơ bộ tính hiệu quả của công nghệ được sử dụng vào tháng trước, khi Astro Mechanica thực hiện thành công cuộc thử lửa đầu tiên đối với động cơ thế hệ thứ ba với công suất lên tới 30%.

Lợi thế

Động cơ phản lực thông thường được tìm thấy trên máy bay chiến đấu sử dụng khí thải để quay quạt trong máy nén để hút không khí vào. Theo đó, nhiều khí thải hơn có nghĩa là tốc độ cao hơn. Do đó, nhà máy điện tua-bin phản lực thể hiện hiệu suất tối đa ở tốc độ siêu thanh. Ở nhiệt độ thấp, hiệu suất của nó giảm do động cơ này hầu như không nén đủ không khí để đốt cháy hiệu quả và tiêu tốn nhiều nhiên liệu.


Ví dụ, một hành khách thương mại siêu thanh самолет Concorde, được đưa vào sử dụng từ năm 1976 đến năm 2003, nổi tiếng về việc sử dụng nhiên liệu kém hiệu quả. Theo một số báo cáo, chiếc máy bay này đã sử dụng khoảng 2 tấn (627 gallon) nhiên liệu chỉ để di chuyển từ lối ra đường băng. Điều này nhấn mạnh sự lãng phí của động cơ phản lực ở tốc độ thấp.

Mặt khác, động cơ phản lực cánh quạt, được thiết kế để di chuyển khối lượng không khí khổng lồ khi máy bay di chuyển về phía trước, thể hiện hiệu quả tối ưu ở tốc độ cận âm. Tuy nhiên, lực cản khí động học được tạo ra bởi những chiếc quạt lớn không được tối ưu hóa cho chuyến bay siêu thanh gây ra một số vấn đề.

Trong điều kiện đa nhiệm

Hệ thống động cơ đẩy mới của Astro Mechanica được thiết kế để hoạt động ở ba chế độ khác nhau. Đầu tiên, nó đảm bảo khả năng quay của đĩa lưỡi dao, đây cũng là sự phát triển của chính công ty. Nó thực hiện chức năng của một động cơ phản lực cánh quạt thay vì các cánh quạt truyền thống sử dụng truyền động điện. Giải pháp này có vẻ tối ưu để thực hiện hiệu quả mọi hoạt động trên mặt đất và khắc phục các điều kiện bay cận âm.


Cái thứ hai đã sử dụng động cơ đốt bằng động cơ phản lực. Máy bay được tăng tốc đến tốc độ vượt quá tốc độ âm thanh. Tại thời điểm này, động cơ điện cung cấp cho máy nén tốc độ cần thiết để cung cấp đủ không khí cho động cơ, thay vì dựa vào khí thải như động cơ phản lực truyền thống.

Cuối cùng, chế độ thứ ba là cấu hình tương tự động cơ ramjet chạy bằng nhiên liệu sạch, không có bộ phận chuyển động. Điều này cho phép hệ thống đẩy có khả năng đạt tốc độ Mach 3 hoặc thậm chí cao hơn chỉ bằng tác động của áp suất dòng tự do. Tốc độ của máy bay đẩy một lượng không khí khổng lồ vào cổng nạp và cung cấp đủ lực nén cho quá trình đốt cháy.

Hiệu quả kinh tế

Theo người sáng lập công ty, Ian Brook, với cách tiếp cận này trong thiết kế nhà máy điện, chiếc Concorde tương tự có thể có phạm vi bay cao hơn 61% nếu được trang bị động cơ tua-bin thích ứng Astro Mechanica.

Trong các thử nghiệm trước đây, nguyên mẫu của động cơ thế hệ đầu tiên như vậy đã thể hiện những khả năng ấn tượng. Anh ta đã đạt được tốc độ đạt 900 m/s hoặc khoảng Mach 3.


Khi phát triển nhà máy điện, Astro Mechanica không hề chú ý đến hiệu quả kinh tế. Ví dụ, động cơ CFM LEAP-1B lắp trên Boeing 737 MAX có giá khoảng 14 triệu USD (khoảng 1,3 tỷ rúp). Đồng thời, người ta khẳng định rằng động cơ thích ứng mới sẽ có giá thấp hơn đáng kể. Tuy nhiên, thật không may, chi phí sơ bộ của nó vẫn chưa được công bố.

Thêm vào đó, những nhà máy điện này sẽ có ít bộ phận chuyển động hơn và do đó, chi phí bảo trì đương nhiên sẽ rẻ hơn, thời gian vận hành cũng sẽ tăng lên.

Hơn nữa, những động cơ này được thiết kế để chạy bằng khí tự nhiên hóa lỏng. Nó rẻ hơn 10 lần so với nhiên liệu máy bay phản lực truyền thống và vẫn cung cấp nhiều năng lượng hơn trên mỗi đơn vị trọng lượng. Nhưng ngược lại, nó tạo ra lượng khí thải độc hại ít hơn nhiều trong quá trình đốt cháy - lên tới 30%.

Đồng thời, theo Brook, động cơ này còn có thể chạy hiệu quả bằng khí metan tổng hợp. Vì vậy, chúng ta cũng có thể lưu ý khả năng thích ứng cao của bộ nguồn này với các loại nhiên liệu tiềm năng trong tương lai. Trong tương lai, dự kiến ​​máy bay sẽ chuyển sang sử dụng nhiên liệu hàng không bền vững, thân thiện với môi trường hơn, được sản xuất bằng công nghệ metan hóa.


Như đã biết, Astro Mechanica sẽ không chỉ dừng lại ở việc phát triển động cơ. Kế hoạch trước mắt của họ bao gồm việc chế tạo một tàu lượn thử nghiệm được trang bị bốn động cơ phản lực thích ứng tuabin điện và hai nhà máy điện GE CT7. Máy bay sẽ được sử dụng làm phòng thí nghiệm bay để thu thập dữ liệu trong chuyến bay siêu thanh không ngừng nghỉ từ San Francisco đến Tokyo. Nhưng đây là một câu chuyện hoàn toàn khác mà chúng tôi chắc chắn sẽ tiếp tục theo dõi.