Illustrasjon av GE Adaptive Cycle Engine. (Bilde: General Electric)

Jetmotorer

Skal revolusjonere jetmotoren med den tredje luftstrømmen

Planlagt i oppgradert F-35.

Å kombinere ytelsen fra en kampflymotor med effektiviteten i en passasjerflymotor.

Det vil gi militære fly med minst like mye hastighet som i dag, men som gulper i seg langt mindre drivstoff og dermed får større rekkevidde.

Denne motorteknologien finnes kun i testlaben i dag.

Det amerikanske flyvåpenet bevilget i sommer en milliard dollar hver til de store motorprodusentene General Electric og Pratt & Whitney i det såkalte Adaptive Engine Transition Program (AETP).

USAFs mål er at de i løpet av fem år får tilgjengelig motorer i 200 kN-klassen med 25 prosent mindre drivstofforbruk og ti prosent økning i skyvkraften sammenlignet med dagens.

Så store framskritt skjer ved å innføre en tredje luftstrøm gjennom motoren.

Luft gjennom og utenom kjernen

Jetmotorer, eller turboviftemotorer (turbofan) som vi snakker om her, kommer i mange størrelser og utforminger.

F-16 på Kjeller.
F-16 på Kjeller. Foto: Teknisk Ukeblad

For eksempel er det lett å se at den slanke F100-PW-motoren som sitter i kampflyene F-16 og F-15 er konstruert med et noe annet formål enn de nye PW1100G-motorene på passasjerflyet A320 Neo.

PW1100G-JM har en viftediameter på 206 cm og et bypassforhold på 12,5:1.
PW1100G-JM har en viftediameter på 206 cm og et bypassforhold på 12,5:1. Foto: Eirik Helland Urke

Kort fortalt handler det om mengden luft som passerer gjennom motorkjernen og lufta som sendes utenom, såkalt bypass-forhold. Den første motoren er optimalisert for hastighet, den andre for rekkevidde.

Dette reguleres hovedsaklig av to faktorer: Forholdet mellom trykket etter vifta («fan discharge pressure») relativt til turbinens innløpstrykk, og forholdet mellom luftmengden som går gjennom kjernedelen (høytrykkskompressor og turbin) og den mengden som presses ut langs periferien av motoren.

– Slik har kommersielle fly og militære transportfly motorer med høyt bypass- og lavt vifteforhold for å oppnå høyere virkningsgrad og lavere brennstofforbruk, mens jagerfly har motorer med lavere bypass- og høyt trykkforhold, for dermed å oppnå mer skyvkraft for større fart – på bekostning av forbruket, forklarer Robert Grepperud som er program- og markedsdirektør i GKN Aerospace Norway.

Variabel og tilpasset luftstrøm

I mange år er det jobbet med forskjellige framgangsmåter for å øke både den relative kraft for kommersielle- og transportbehov, samtidig som man oppnår større relativ effektivitet for kraftkrevende fly som jagerfly og strategiske bombefly.

Det femårige programmet som hadde kontrakttildeling i juli, er en fortsettelse på flere utviklingsprogram i regi Air Force Research Laboratory. 

F135-motoren som sitter i F-35.
F135-motoren som sitter i F-35. Foto: Pratt & Whitney

– Utviklingsarbeidet og testingen har så langt kommet til at evnen til å variere luftstrømmen(e) og trykkforholdene, i og gjennom motorens forskjellige deler og seksjoner, ville være kritisk for å oppnå de beste resultater, forteller Grepperud.

GE skal videreføre arbeid de allerede har gjort innenfor det såkalte Advent-programmet («Adaptive Versatile Engine Technology») fra 2007 og som igjen hvilte på de første forsøkene utført av selskapets jetmotor-ener Gerhard Neumann på 60-tallet.

Den tredje luftstrømmen i blått.
Den tredje luftstrømmen i blått. Foto: General Electric

Ifølge Grepperud har den viktigste suksessen så langt vært nettopp GEs utvikling av den første tre-strøms adaptiv syklus-motor med en demonstratortest i 2014.

Denne tredje luftstrømmen skal kunne varieres og tilpasses behovet.

For eksempel vil man redusere bypasslufta og dermed øke luftstrømmen gjennom høytrykksdelen for å få økt skyvkraft og tilpasse motorens konfigurasjon til overlydsflygning, og vil motsatt kunne gå tilbake til maksimal bypass for bedre økonomi og større rekkevidde - alt under flygning.

25 prosent mindre drivstofforbruk vil tilsvare opp til 35 prosent større rekkevidde, ifølge GE.

I F-35 om ti år?

Motorene som nå utvikles er tenkt brukt i et kommende sjettegenerasjons kampfly, eventuelt også i en midtlivsoppdatering av F-35 og dets F135-PW-motor, som regnes som femte generasjon.

Sjefen for F-35s flernasjonale programkontor (JPO), Christopher Bogdan, uttalte ifølge flere medier, blant annet Defense News, i forrige uke at en slik motoroppgradering kan komme allerede midt på 2020-tallet.

Illustrasjon av USAs kommende strategiske bombefly.
Illustrasjon av USAs kommende strategiske bombefly. Foto: USAF

Tanken er å benytte samme motor på flere forskjellige plattformer, inkludert det nye langtrekkende stealthbombeflyet som Northrop Grumman er i ferd med å konstruere og der Pratt er motorleverandør.

På 80/90-tallet ble den første prototypmotoren med variabel luftstrøm, YF120, bygget. Den var myntet på F-22 Raptor, men GE tapte konkurransen til PW og F119-motoren.
På 80/90-tallet ble den første prototypmotoren med variabel luftstrøm, YF120, bygget. Den var myntet på F-22 Raptor, men GE tapte konkurransen til PW og F119-motoren. Foto: General Electric

B-21 Raider skal på sikt erstatte de 158 operative bombeflyene USA har i dag, i første omgang B-1B Lancer og B-52H Stratofortress.

– Når man vet at en F-15 bruker 95 liter brennstoff i minuttet med fullt pådrag og en B-52 bruker minst det dobbelte, er det innlysende at også det militære må se på effektivitet og brennstofføkonomi for framtidas fly, påpeker Grepperud som altså sitter i GKN Aerospace Norway-ledelsen.

Flymotorkomponentfabrikken på Kongsberg har i mange år levert LPT-akslinger og diffusorhus til F135-motoren.

– Som en av få internasjonale nøkkelleverandører av vitale deler til dagens moderne motorer, søker vi jobber med utvikling av detaljene også til framtidas motorer, inklusive oppdrag til AETP, sier han.

Kommentarer (7)

Kommentarer (7)