على مدار العام الماضي ، حددت جنرال إلكتريك للطيران واحدة من أكثر خرائط طريق التطوير التكنولوجي شمولاً للشركة في تاريخها الذي يزيد عن 100 عام. ستسعى الاختبارات الأرضية والرحلات المتعددة المخطط لها خلال هذا العقد إلى تحقيق اختراق في تقنيات جديدة لاستخدامها في محركات الطائرات التجارية من الجيل التالي التي يمكن أن تدخل الخدمة من منتصف عام 2030.
ستكون هياكل المحركات المتقدمة مثل المراوح المفتوحة وأنظمة الدفع الكهربائية الهجينة والتصميمات الجديدة لقلب المحركات المدمجة – بعض التقنيات التي سيتم عرضها على أسِرَّة الاختبار على مدار السنوات القليلة المقبلة – كلها برامج رئيسية يجب مشاهدتها في عام 2022 وما بعده.
بالإضافة إلى نضج هذه التقنيات من أجل جاهزية الطيران والمنتجات الجديدة ، تدعم جنرال إلكتريك أيضًا الجهود المبذولة لزيادة استخدام وتوافر أنواع الوقود البديلة ، مثل وقود الطائرات المستدام والهيدروجين.
تلعب التقنيات المتطورة وأنواع الوقود البديلة دورًا حيويًا في تحقيق الهدف المناخي طويل الأجل لصناعة الطيران المتمثل في صافي انبعاثات الكربون بحلول عام 2050 للرحلات التجارية.
في ما يلي ابتكارات جنرال إلكتريك الرئيسية والجهود الرائدة في الصناعة التي يجب مراقبتها في المسيرة إلى صافي الصفر:
برنامج Fan Open و CFM RISE
إذا سألت كبير مهندسي GE كريس لورانس ، فقد حان الوقت لفتح المروحة. لماذا ا؟ منذ أن أطلقت جنرال إلكتريك مروحة بدون مجاري لأول مرة في الثمانينيات ، أصبح تصميم محرك المروحة المفتوحة أبسط وأخف وزناً مع أساليب جديدة مثل شفرات المروحة المركبة من ألياف الكربون ، وريش دوارة أحادية المرحلة ودوارات توجيه ذات مخرج ثابت.
يعد تصميم المروحة المفتوحة أحد أبنية المحرك المتقدمة التي تستكشفها شركة CFM International ، وهي شركة مشتركة 50-50 بين GE و Safran Aircraft Engines ، في إطار برنامج CFM RISE. اجتمعت الشركات الأم في يونيو 2021 لإطلاق برنامج RISE بهدف تحسين استهلاك الوقود بأكثر من 20٪ وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالمحركات الأكثر كفاءة اليوم. ستعمل التقنيات التي تم نضجها في إطار برنامج RISE كأساس للجيل التالي من محرك CFM الذي يمكن أن يكون متاحًا بحلول منتصف عام 2030. ومن أهم أولويات البرنامج كفاءة الدفع المتطورة.
هجين كهربائي – إنه جزء من الحمض النووي لشركة جنرال إلكتريك
حتى قبل إعلان وكالة ناسا في سبتمبر 2021 عن اختيار شركة جنرال إلكتريك لبرنامج عرض الطيران الكهربائي (EPFD) ، كانت جنرال إلكتريك تعمل على تطوير كهربة الطائرات وأنظمة المحركات لأكثر من عقد. خلال هذا الوقت ، طور مهندسو GE المكونات الفردية للنظام الكهربائي الهجين ، بما في ذلك المحركات والمولدات ومحولات الطاقة.
الآن سيأخذ صانع المحركات النفاثة وشركة أنظمة الطائرات ما تعلموه في المعامل حول صنع آلة كهربائية متكاملة وإعدادها لاختبارات الأرض والطيران المخطط لها في منتصف عام 2020.
من خلال البرنامج الذي يبلغ إجماليه 260 مليون دولار مع وكالة ناسا ، ستعمل جنرال إلكتريك على تطوير مجموعة نقل الحركة الكهربائية الهجينة من فئة ميغاواط لإثبات جاهزية الطيران للطائرة ذات الممر الواحد باستخدام سرير اختبار Saab 340B المعدل ومحركات GE’s CT7-9B turboprop. تشارك GE في شراكة مع Boeing ، والتي ستدعم اختبارات الطيران للبرنامج وقد اختارت BAE Systems لتصميم واختبار وتزويد مكونات إدارة الطاقة.
تستفيد جهود الكهربة من قدرات منظمات الطيران والطاقة والبحوث التابعة لشركة جنرال إلكتريك. أنشأ توماس إديسون ، المؤسس المشارك لشركة جنرال إلكتريك ، أول شبكة كهربائية في عام 1882 ، واليوم تولد المعدات الكهربائية لشركة جنرال إلكتريك ثلث الكهرباء في العالم.
نواة أصغر ، كفاءة أعلى
واحدة من التقنيات التمكينية التي يتم التحقيق فيها في برنامج RISE الخاص بـ CFM هي قلب المحرك المضغوط. في برنامج آخر بملايين الدولارات مع وكالة ناسا تم الإعلان عنه في أواخر عام 2021 ، فازت جنرال إلكتريك بعقود لاختبار وتطوير تصميمات جوهرية جديدة للمحرك النفاث ، بما في ذلك تقنيات الضاغط والحارق والتوربينات.الضغط العالي لتحسين الكفاءة الحرارية. يعد التطوير المستمر لمركبات المصفوفة الخزفية ، وهي مادة متقدمة مقاومة للحرارة ، جزءًا رئيسيًا من الجهود المبذولة لتحسين كفاءة الطاقة وبالتالي تقليل الانبعاثات. تتوقع جنرال إلكتريك أن يؤدي هذا الجهد إلى اختبار أرضي في وقت لاحق من هذا العقد.
تشغيل سابقة أخرى لوقود الطائرات المستدام
في 1 ديسمبر ، قامت شركة يونايتد إيرلاينز بتشغيل أول رحلة ركاب باستخدام 100 ٪ SAF في أحد محركي CFM LEAP-1B. لكن أكثر من 100 شخص كانوا على متن الطائرة من شيكاغو إلى واشنطن العاصمة ، لم يكونوا الشيء الفريد الوحيد في الرحلة. كما أوضح جورهان أنداك ، المدير الهندسي للوقود في جنرال إلكتريك ، كانت الرحلة التاريخية مهمة أيضًا للجهود المبذولة لزيادة SAF فوق حد المزيج الحالي البالغ 50 بالمائة.
حاليًا ، تم اعتماد SAF للاستخدام عبارة عن مزيج من وقود Jet A أو وقود Jet A-1 ذي الأساس البترولي ومكون SAF بحد أقصى للخلط يبلغ 50٪. يرأس Andac مجموعة عمل دولية لتطوير مواصفات صناعية موحدة تدعم اعتماد 100٪ SAF ، والتي لا تتطلب مزجًا مع وقود الطائرات التقليدي.
“كانت هناك رحلات أخرى بنسبة 100٪ من SAF في الماضي ، بما في ذلك مع محركات GE و CFM ، ولكن في هذه الرحلة تمكنا من مزج نوعين مختلفين من SAF للحصول على وقود بديل متوافق مع جميع الأسطول والبنية التحتية بنسبة 100٪ ، قال أنداك. “ما تعلمناه من هذه الرحلة هو أنه يمكننا في الواقع مزج نوعين متميزين من SAF لتحقيق طائرة نفاثة اصطناعية متينة ومتكاملة تمامًا كبديل للطائرة التقليدية Jet A.”
يعني الإسقاط عدم الحاجة إلى تغييرات في المحرك أو البنية التحتية لاستخدام الوقود ، ويمكن استخدام SAF في معدات الطائرات اليوم.
لدى جنرال إلكتريك بالفعل خطط لمزيد من الرحلات التجريبية بنسبة 100٪ من SAF في عام 2022 وما بعده ، بما في ذلك البرامج التي تم الإعلان عنها في معرض دبي للطيران الأخير مع طيران الإمارات والاتحاد للطيران. في الآونة الأخيرة ، في عام 2022 ، أكملت جنرال إلكتريك بنجاح الاختبار الأرضي لمحرك طيران الأعمال طويل المدى Passport باستخدام 100 ٪ SAF. يمكن تشغيل محرك Passport على SAF المعتمد اليوم ، ويظهر الاختبار الأخير قدرة المحرك على العمل بنسبة 100٪ SAF.
في الواقع ، الآن وفي المستقبل ، يمكن تشغيل جميع محركات GE و CFM International على SAF المعتمدة ، والتي يتم إنتاجها من مواد خام وعمليات بديلة ، مما يقلل انبعاثات الكربون في دورة الحياة مقارنة بالوقود البترولي.
رائد احتراق الهيدروجين
إعلان فبراير 2022 عن تعاون سي إف إم وإيرباص في برنامج عرض للهيدروجين سيعتمد جزئيًا على تجربة جنرال إلكتريك مع وقود الهيدروجين في توربينات الغاز الأرضية. تمتلك جنرال إلكتريك أكثر من ثمانية ملايين ساعة تشغيل في مزيج الوقود القائم على الهيدروجين ، بما في ذلك المحركات المشتقة من الهواء.
مع خطط اختبار الطيران لمحرك احتراق الهيدروجين في منتصف هذا العقد ، تجتمع برامج RISE من CFM و ZEROe من Airbus. الهدف هو اختبار محرك احتراق مباشر يعمل بالهيدروجين على الأرض وأثناء الطيران ، بهدف دخول طائرة عديمة الانبعاثات إلى الخدمة بحلول عام 2035.
سوف يقوم CFM بتعديل غرفة الاحتراق ونظام الوقود ونظام التحكم في محرك GE Passport النفاث ليعمل على الهيدروجين. تم اختيار المحرك نظرًا لحجمه المادي وآلاته التوربينية المتقدمة وقدرته على تدفق الوقود. سيتم تثبيته على طول الجزء الخلفي من جسم الطائرة في قاع اختبار الطيران للسماح بمراقبة انبعاثات المحرك ، بما في ذلك النفاثات ، بشكل منفصل عن تلك الخاصة بالمحركات التي تشغل الطائرة. ستجري شركة CFM برنامج اختبار أرضي واسع النطاق قبل اختبارات طيران A380.
قال محمد علي ، نائب الرئيس والمدير العام للهندسة في جنرال إلكتريك للطيران: “سنطير بمحرك معدل لتعلم فن الممكن وإثبات التقنيات”. “هل الهيدروجين أصعب؟ نعم. هل هو ممكن؟ قطعاً. ونحن نبني على تجربة رائعة ، وأنا في الواقع تشجعني كثيرًا بالاختراعات التي صنعناها بالفعل لمواجهة تلك التحديات.
