تکنولوژی جدید ناسا در موتورهای جت
مجله علمی ایلیاد - مهندسین هوا و فضا اعتقاد دارند که میتوانند با جاسازی کردن موتور هواپیما در لایهی مرزی برای مکش جریان هوای لایهی مرزی، مصرف سوخت هواپیما را کاهش دهند. طی سالهای اخیر، سازندگان اتومبیل، کامیون، قطار و هواپیما گامهای بلندی در جهت کاهش مصرف سوخت برداشتهاند که منجر به کاهش انتشار گازهای مضر و سود بیشتر مصرفکنندگان شده است. صنعت هواپیماسازی به کمک ناسا، همچنان در حال تلاش برای بیشتر کردن بازده سوخت است.
یکی از راههای انجام این کار، طراحی جدید موتور هواپیما است. مهندسین ناسا در مرکز تحقیقات گلن در کلیولند در حال آزمایش طرح جدیدی از فن و دریچهی ورودی هستند که «دافع» نامیده میشود و میتواند بازدهی سوخت را ۴ تا ۸ درصد از طراحیهای پیشرفتهای که هماکنون استفاده میشوند، بیشتر کند. در هواپیماهای جت کنونی، موتور معمولاً جدا از بدنهی هواپیما جانمایی میشود تا از مکیده شدن جریان هوای آرام ایجاد شده بر روی سطح هواپیما اجتناب شود. این جریان هوا روی سطوح را لایهی مرزی مینامند.
مهندسین هوا و فضا اعتقاد دارند که میتوان با جاسازی کردن موتور هواپیما در این لایهی مرزی و مکش جریان هوای لایهی مرزی، هواپیما را به سمت جلو حرکت داد و مصرف سوخت را کاهش داد. این کار بهنظر تغییر سادهای در طراحی میآید؛ ولی در واقعیت کار بسیار پُرچالشی است. جریان هوای لایهی مرزی بسیار نامنظم است که این بینظمی بر عملکرد فن تأثیر بهسزایی دارد. طراحی جدید نیاز به فن بسیار قویتری دارد.
برای برطرف کردن چالش پیشرو، ناسا دافع جدیدی با اندازهی ۶×۸ اینچ را در تونل باد فوقصوت خود آزمایش میکند. ترکیب فن و مکندهی لایهی مرزی نامنظم، توسط مرکز تحقیقات تکنولوژیهای ترکیبی زیر نظر دانشگاه ایالتی و پلیتکنیک ویرجینیا طراحی شده است و برای اولین بار است که آزمایش میشود. «دیوید آرند»، متخصص دافعهای BLI در مرکز تحقیقات گلن ناسا میگوید: «مطالعات نشان داده است که دافعهای مکندهی لایهی مرزی پتانسیل بسیار خوبی برای بهبود بازدهی سوخت هواپیما دارند. اگر بتوانیم طراحی جدید و تکنولوژیهای مرتبط با آن را به مرحلهی عمل برسانیم، دافعهای BLI نیروی مورد نیاز هواپیما را با توان ورودی کمتری تولید میکنند.»
آزمایش اولیهی پیشرفتهی این موضوع، نیاز به سالها آمادهسازی دارد. صنایع متعدد، ناسا و متخصصین دانشگاهی در طراحی و آنالیز دافع با یکدیگر همکاری دارند. مهندسین مرکز گلن ناسا تونلهای باد را بهینه کردهاند تا بتوانند مدلهای بزرگتر را پذیرش کنند. مهندسین همچنین یک سیستم کنترل لایهی مرزی و راهی برای توان دادن به آن را تحت آزمایش دارند.
«جیم هیدمن»، رئیس پروژهی تکنولوژیهای پیشرفتهی انتقال هوای ناسا میگوید: «ما قابلیت انجام آزمایشهای منحصر به فردی را روی دافعهای مکندهی لایهی مرزی ایجاد کردهایم که تا کنون در هیچ جا وجود نداشته است.» از طریق انجام این آزمایش، گروه تحقیقاتی سرعت باد را تغییر میدهد و در نتیجه ضخامت لایهی مرزی تغییر میکند و عملکرد فنِ جاسازی شده نیز تغییر میکند و محققین میتوانند، بدین طریق عملکرد، ساختار و کارایی دافع را تحت این تغییرات بررسی کنند. نتایج آزمایشها قابلیت کاربرد برای طراحی هواپیماهای پیشرفته را نیز دارد. طراحی این هواپیماها نیز توسط ناسا و همکاران دانشگاهی و صنعتی آن پیگیری میشود.
نوشته: جان ویتری
ترجمه: مجله علمی ایلیاد