VOLDSOMME VIFTER: To Rolls-Royce Trent 900-motorer på vingen av en Airbus 380-841 (den første som ble bygget - MSN 001). Disse Trent-motorene yter 70 000 pund skyvekraft hver. Superjumboen kan også leveres med GP 7000-motorer fra Engine Alliance, altså General Electric og Pratt & Whitney. (Bilde: Per Erlien Dalløkken)

Nye jetmotorer skal bli mindre tørste

Solid konstruksjon

  • En jetmotor er en nesten utrolig solid konstruksjon. Den kan gå et svært høyt antall timer før man må overhale den og bytte deler.
  • Man opererer med begrepet LLP – Life Limited Parts og de skal skiftes etter et antall sykluser.
  • En syklus er når en motor går gjennom fullt pådrag og den største termiske belastningen som er takeoff. I marsjhøyde er motoren typisk 60 prosent belastet og det betyr svært lite for levetiden. Normal LLP er 8000 sykluser.
  • Et kortdistansefly kan ha fire til fem sykluser om dagen, mens et langdistansefly en til to.
  • Typisk går det fem år før det trengs større vedlikehold av motorene.
  • Pratt&Whitney jobber for å redusere kravet til vedlikehold med rundt 20 prosent.
  • Det er vanlig å fly med motorer som har ulike driftstid for å bedre sikkerheten.


Enormt

  • GE90 -115B fra General Electric er verdens største flymotor.
  • Den har blitt testet med en skyvkraft på 127 000 pund, eller nesten 58 tonn. Og det er litt av et åndedrett. Den suger i seg ca. 1 400 m³ luft i sekundet!

Det er utenkelig at moderne flytrafikk hadde vokst frem uten jetmotoren. De som har sett en av de siste stempelmotorene som ble produsert til passasjerfly på 50-tallet vil forstå at man hverken kunne etablere flysikkerhet eller lavpris på basis av en så kompleks konstruksjon med så lite ytelse per vektenhet.

Jetmotoren, og for den saks skyld trykkabinen, har gjort det mulig å fly høyt. I 12 000 meters høyde er luftmotstanden lav og flyet kan bevege seg veldig fort uten å bruke mye brennstoff. Likevel står den ekspanderende flybransjen for et raskt økende drivstofforbruk og det er ikke populært. Er det noe flyselskapene ønsker seg så er det fly med mindre forbruk. Det er mage veier til det målet. Flyene blir lettere og mer aerodynamiske fly, og motorene forbedres for å klare skyvkraften med mindre drivstoff.





Enkel konstruksjon

De tidlige jetmotorene var enkle konstruksjoner. I prinsipp mye enklere enn stempelmotorene de erstattet. Utfordringen, da de dukket opp på 40-tallet, var materialteknologi og turbinbladenes evne til å tåle høye temperaturer. De tidlige jetmotorene besto av en kompressor foran, et brennkammer i midten og en turbin bak som drev kompressoren via en aksel. Grovt sett en bevegelig del hvis vi ser bort fra smøre- og drivstoffpumper.

Toakslet konfigurasjon.

Inn med viften

De første jetmotorene var enkle, men ikke spesielt effektive. Det var da turboviftemotoren kom at virkningsgraden økte betydelig. I en slik motor går bare en del av luften som suges inn foran gjennom brennkammeret. Det meste blåses ut langs periferien av motoren. Gjennom årene har det såkalte “bypass”-forholdet økt og i dag går over 80 prosent av luften utenom brennkammeret. Vifta står også for 75 til 80 prosent av skyvkraften til motoren. Slike motorer, som alle moderne jetfly er utstyrt med kjennetegnes av veldig stor diameter. En av fordelene med turboviftemotoren er at den uforbrente luften kapsler inn eksosgassen og virker som en støyskjerm.

Ulempen med å ha alle turbinene på samme aksel er at det går ut over virkningsgraden . Ideelt sett bør den store viften ha et annet turtall enn turbinen som drives av eksosen. Det har gjort at man har utviklet motorer med to aksler. En saktegående aksel inne i en hul ytre aksel. På den ytre akselen henger høytrykksdelen av kompressoren og høytrykksturbinen. På den indre akselen henger viften og lavtrykkompressoren som drives av en lavtrykksturbin helt bakerst hvor gassen allerede har ekspandert litt.





Neste generasjon motor

Det pågår et frenetisk utviklingsløp for å lansere den neste generasjonen jetmotor. De store motorprodusentene har kryssalliert seg med hverandre for å utvikle motorer som kan senke drivstofforbruket med ytterligere 15 prosent og som sammen med nye flytyper kan senke forbruket med kanskje så mye som 25 prosent.

Treakslet konfigurasjon.

Trent

I dag er det Rolls Royce som kanskje har den mest avanserte motoren. Deres Trent-motorer, hvorav en versjon (Trent 900) sitter i verdens største passasjerfly A380, har viften, kompressorer og turbiner fordelt på hele tre aksler som fordeler luftstrømmen i motoren mellom seg. Det gjør at de oppnår tre ulike turtall på viften og kompressorer og en bedre virkningsgrad.

Det var også her det gikk galt i fjor for Quantas' A380 etter avvgang fra Singapore. En kanal som ledet olje til et av lagrene til mellomstrykk turbinen som drivermellomtrykks kompressoren, var boret skjevt og det resulterte i en oljelekkasje som igjen førte til brann og brudd i skiven som holder mellomtrykks turbinens blader (IP turbinen).





Giring

Det er åpenlyst at det er en fordel for virkningsgraden i motoren å kunne ha flere turtall på viften og kompressorene. Men det er flere måter å gjøre det på enn å introdusere flere aksler. Pratt&Whitney gjør det i stedet med gir. Ved å montere en girboks på akselen som driver viften kan de øke diameteren og redusere turtallet på denne uten at det går ut over turtallet på kompressoren. Det gjør at de reduserer kompleksiteten bak og gjennom motoren litt, men får det heller igjen foran i motoren. I utgangspunktet blir denne motoren bygget til mindre flytyper, men det vil bli utviklet en variant med 30 000 pund skyvkraft som skal tilpasses Airbus nye mellomdistansefly med en midtgang; A320 Neo.

JETMOTOR MED GIRBOKS: Ved å introdusere en girboks på akselen kan Pratt & Whitney redusere turtallet på den store viften og kjøre den på et mer optimalt turtall. Det resulterer i en betydelig reduksjon av drivstofforbruket.

Leap X

CFMI skal også redusere forbruket med rundt 15 prosent, men de skal ikke gire viften. Deres strategi er å optimalisere luftstrømmen gjennom hele motoren hovedsakelig ved å forbedre designen på viften og på høytrykkssiden av motoren. Akkurat som Pratt&Whitney retter CFMI Leap X inn primært mot markedet for smalbuksfly det vil si fly med en midtgang. I antall er dette det langt største markedet i flybransjen. Dette markedet består i dag av fly som Boeing 737 og Airbus A320 og de neste 20 årene er det anslått at det skal bygges 17 000 nye maskiner i denne klassen.

Det vil bety at de tradisjonelle flyprodusentene vil få nye konkurrenter fra Russland, Brasil, Canada, Kina og Japan. Det er de nye flyprodusentene som også er først ute med de nye motorene. I løpet av få år kommer slike flymodeller med Pratt&Whitneys motor med giret vifte og den konkurrerende Leap X.





Ekstern vifte

En gammel ide det også jobbes med er å utvide bypassforholdet kraftig og flytte hele viften på utsiden av motoren. For over 20 år siden eksperimenterte NASA med en slik motor, som minner litt om en turboprop med bakoverbøyde propellblader montert bakerst.

Nå er ideen hentet opp av skuffen igjen fordi den kan bety en kraftig reduksjon av drivstofforbruket. Ulempen er mer støy.





Koster mer

I dag koster en A320 mellom 55 og 80 millioner dollar avhengig av utstyrsnivå. Når den nye varianten A320 Neo, der Neo står for New Engine Option, kommer i 2016 vil den bli rundt 10 prosent dyrere og det er hovedsakelig på grunn av dyrere motorer. Det vil derfor ta mange år før merprisen betaler seg selv med høye oljepriser.





Økt temperatur

For å øke virkningsgraden i jetmotorene videre er høyere driftstemperatur en nødvendighet. Utfordringen er at det genereres mer NOx ved høye temperaturer. For å hindre det arbeides det bl.a. med nye forbrenningskamre hvor premiksing av brennstoffet i luften før forbrenning fører til redusert flammetemperaturer.





Clean Sky

Den største miljøgevinsten i fremtidens fly kommer ikke bare fra flyet selv eller motorene, men også fra et helt nytt regime for flykontroll. Ved å introdusere nye datasystemer til å optimalisere flyvningen slik at man kan fly fra A til B uten hindringer og forsinkelser er det mye brennstoff å spare.

Kilde: Robert Grepperud, Volvo Aero Norge AS