موتورهای جت چگونه کار می کنند؟ / بخش دوم

موتورهای توربو جت turbojet

اولین نمونه از موتورهای جت که بعد ها گسترش یافته و کاملتر شدند و امروزه نیز کاربرد فراوان دارند، موتورهای توربوجت هستند. این نوع موتور توسط فرانک ویتل Frank whittle در انگلستان و به طور جداگانه توسط هانس ون اهین hans von ohain در آلمان اختراع شد.هوا به وسیله کمپرسور که به صورت پایه ای یک پره fan بزرگ چرخان است به داخل موتور توربوجت کشیده می شود. کمپرسور سرعت ورود هوا به داخل را کم می کند، فشار را بالا می برد و آن را به طرف محفظه احتراق هدایت می کند. در محفظه سوخت به هوای فشرده اضافه و مخلوط می شود. نتیجه اینکه هوای داغ، شروع به انبساط می کند، از بین پره های توربین عبور کرده و از نازل nozzle خارج می شود با اینکار نیروی پیشران به وجود می آید. قبل از این که گازها از اگزوز موتور خارج شوند به سمت پره های توربین هدایت می شوند و آنها را با سرعت زیاد به چرخش در می آورند. هدف از چرخاندن توربین ، به حرکت در آوردن کمپرسور است که با شفت به یکدیگر متصل هستند و باعث می شود که کشیدن هوا به داخل موتور ادامه یابد.
در حقیقت عاملی که باعث حرکت می شود تفاوت فشار در عقب و جلوی موتور است.همانطور که توضیح داده شد هوای خروجی از موتور بسیار فشرده و داغ است در حالی که هوای ورودی به موتور این طور نیست. پس مسئله ای که باعث حرکت می شود تفاوت فشار در عقبو جلوی موتور است. هر چقدر که این فشار بیشتر باشد نیروی تولیدی توسط موتور بیشتر است. انرژی که توسط توربین برای چرخیدن گرفته می شود باعث می شود که این تفاوت کم شود بنابر این یکی از اهداف اصلی طvاحان این است که انرژی مودر نیاز توربین را به حداقل برسانند که خود باعث به حداکثر رساندن نیروی پیشران می شود.
بهترین گزینه پیش رو برای افزایش قدرت موتور به خصوص در موارد نظامی ، اضافه کردن امکان پس سوز after burner به موتور است.

فن های دوتایی

موتورهای جت ابتدایی مانند مسراشمیت 262 Messerschmidt ، موتورهای پر مصرفی به حساب می آمدند. بنابر این اولین مشکل پیش روی طراحان ، طراحی موتورهایی بود که بتوانند با مصرف سوخت کمتر، نیروی بیشتری حاصل کنند. راه حل این مشکل توسط شرکت آمریکایی پرات اند ویتنی pratt & whitney در سال 1948 تحت عنوان فن های دوتایی Dual spool ارائه شد. موتورها به وسیله دو عدد کمپرسور مستقل به جای تک کمپرسور ، مسلح شدند تا نسبت فشار را بیشتر کنند. این دو سیستم یاد شده به طور جداگانه به توربین هایی در انتهای موتور وصل شدند. کمپرسوری که به ورودی نزدیکتر است تحت عنوان کمپرسور کم فشار low-pressure compressor به وسیله یک شفت تو پر solid به خارج ترین توربین وصل شد و البته کمپرسور درونی تر که به کمپرسور پر فشار high-pressure compressor معروف است به وسیله یک شفت تو خالی hollow (شفت تو پر از درون این شفت عبور می کند) به توربین داخلی متصل می شود. 

 

تمامی این امکانات باعث شد تا موتور j-57 که پیشران f-100 نیروی هوایی آمریکا بود بتواند در سال 1953 ، اولین هواپیمایی باشد که بدون شیرجه رفتن، به سرعت صوت دست پیدا کرده است. این موتور همچنین بر روی بمب افکن معروف آمریکایی b-52 و همچنین هواپیمای شناسایی u-2 نیز نصب شد. در میان هواپیماهای غیرنظامی نیز بوئینگ 707 و داگلاس DC-8 از این موتور بهره می برند. تکنولوژی dual spool راه را برای رسیدن به موتور های توربو فن turbofan باز کرده بود.

تیغه های غیر چرخان متحرک variable stator

هم زمان با بهبود عملکرد این موتورهای جت، طراحان با مشکل جدیدی مواجه شدند به اسم واماندگی کمپرسور compressor stall . به این معنا که : در سرعت معینی در هنگام پرواز، کمپرسور مقدار هوایی بیشتر از توانایی موتور برای استفاده به داخل می کشید. واماندگی کمپرسور باعث به وجود آمدن یک توده هوا می شد که با شدت بیشتری از حد معمول به داخل موتور وارد می شد. نتیجه اینکه موتور تمام نیروی پیشران خود را از دست می داد و حتی در مواقعی هم باعث از بین رفتن تیغه های کمپرسور می شد. راه حل این مشکل توسط جرهارد نیومن، یکی از مهندسان شرکت جنرال الکتریک به دست آمد. نیومن تیغه های جدیدی اختراع کرد که مانند بقیه تیغه های کمپرسور بر روی آن نصب می شدند ولی مانند آنها نمی چرخیدند و فقط می توانستند که زاویه خود را در مقابل جریان ورودی هوا تغییر دهند. در مواقعی که جریان هوا به میزان معمول است این پره ها با کمترین زاویه خود نسبت به مسیر هوا قرار می گیرند تا جریان هوا بدون مزاحمت بتواند عبور کند ولی در هنگامی که امکان واماندگی کمپرسور وجود دارد، این تیغه ها با قسمت پهن خود در مقابل هوا قرار می گیرند تا جلوی ورود هوای اضافی را به درون موتور بگیرد. این تکنولوژی در موتور j-79 شرکت جنرال الکتریک به کار گرفته شد تا شاهد به وجود آمدن یک موتور واقعی برای پرواز فراصوت باشیم. این موتور در هواپیمای F-4 فانتوم استفاده شده است. در تصویر زیر پره های ثابت همان variable stator هستند

از هواپیماهایی که در ایران هستند و از موتور های توربو جت استفاده می کنند می توان به mig-29 با موتور RD-33 اشاره کرد که از دو شفت twin-shaft استفاده می کند. در حالی که موتور f-5 که همان j-85 است از تکنولوژی یک شفت single-shaft استفاده می کند.

rd-33 یکی از قوی ترین موتورهای توربو جت
 

در قسمت بعد به توضیح موتورهای توربوپراپ خواهیم پرداخت

موتورهای جت چگونه کار می کنند؟ / بخش اول

موتوری که با خارج کردن سیال از اگزوز به سمت عقب، کار می کند و با استفاده از واکنش آن وسیله نقلیه را به جلو می راند. این تعریف ساده ای است از موتور جت. هم موتورهای جت و هم موتور های موشک به این نحو کار می کنند یعنی هر دو موتورهای واکنشی به حساب می آیند با این تفاوت که موتور موشک ها در تمام خوراک خود را درون خود حمل می کنند و می توانند در محیط خلا نیز فعال باشند ولی موتورهای جت فقط در اتمسفر کار می کنند.

 

بادکنک جت و قانون سوم نیوتن

الگوی کارکرد تمامی موتورهای جت ( و موتور موشک ها) بر اساس قانون سوم نیوتن است. هر عملی عکس العملی دارد ، مساوی و در جهت مخالف با آن. این موضوع را می شود با استفاده از یک بادکنک به سادگی توضیح داد.

اگر یک بادکنک باد شده را رها کنیم ، به پرواز در می آید. شاید به نظر برسد که حرکت بادکنک به این خاطر است که جریان هوای خروجی در حال فشار دادن هوای اطراف خود است همان طور که یک قایق با استفاده از پارو به جلو حرکت می کند. ولی این طور نیست. این بادکنک در محیط خلا نیز به همین ترتیب حرکت خواهد کرد بلکه هم با سرعت بیشتر. توضیح این مسئله به این صورت است که در یک بادکنک باد شده فشار هوا در داخل آن در تمامی جهات یکسان است و بادکنک در تعادل قرار دارد به همین خاطر هم هست که حرکت نمی کند و ثابت قرار می گیرد. ولی وقتی که آن را رها کنیم، فشاری که تا قبل از این در مقابل هوا بود از بین می رود و و هوا شروع به خارج شده می کند. ولی از طرف دیگر و در جهت مخالف آن هنوز فشار هوا به دیواره بادکنک وجود دارد و مانند قبل دیگر تعادلی وجود ندارد. به همین خاطر است که بادکنک در جهت مخالف با خروج هوا شروع به حرکت می کند.

اجزا تشکیل دهنده یک موتور جت

هوا به وسیله کمپرسورcompressor به داخل موتور کشیده و فشرده می شود. کمپرسور دارای تعداد بسیار زیادی تیغه blade است که در یک محور با سرعت زیاد چرخش می کنند. هوای فشرده شده به داخل محفظه احتراقcombustion chamber روانه می شود، جایی که سوخت به آن اضافه و مخلوط می شود و احتراق صورت می گیرد. دریک مدل از موتور جت نسبت هوا به سوخت، نسبت 100 به 1 کیلوگرم است. در این قسمت دمای هوا بسیار بالا می رود. پس از خارج شدن هوا از محفظه احتراق ، جریان هوای گرم تولید شده باعث چرخاندن تیغه های توربینturbine می شود. یک میله انتقال قدرت shaft مرکزی، توربین را به کمپرسور متصل می کند. بنابر این کمپرسور به وسیله انرژی آزاد شده هوای گرم ، به چرخش در می آید. مقدار بسیار زیادی از انرژی باقیمانده است. مقدار هوای باقیمانده تمایل به منبسط شدن دارد در حالی که همچین فضایی درون موتور وجود ندارد. پس هوا مسیر خود را به طرف خروجی دنبال می کند و مانند بادکنکی که توضیح داده شد، باعث به وجود آمدن پیشرانش thrust می شود. 

در قسمت بعد به توضیح موتورهای توربوجت خواهیم پرداخت.

ساخت روبات های جدید برای سفری دوباره به ماه

نسل آینده کاوشگران ماه، روبات هایی با جثه یی بزرگ و شش چرخ است که می تواند اقامتگاه فضانوردان را جابه جا کند و آنها را به هر جایی که می خواهند، برساند. این روبات کاوشگر، شاید به لحاظ امکانات فناوری، پدیده چشمگیری نباشد اما نسل آینده مسافران ماه این بخت را دارند که در این روبات دوقسمتی کار و زندگی کنند. این ابزار از یک طرف روباتی متحرک و از طرف دیگر سکونتگاهی است که فضانوردان می توانند از آن به عنوان کمپ اصلی استفاده کنند. در حقیقت این روبات می تواند نقش خانه متحرک فضانوردان را بازی کند.

چیزی که در این تصویر می بینید بخش متحرک این روبات است که Athlete نام دارد. کلمه Athlete هم در انگلیسی به معنای قهرمان است و هم سه واژه عبارت All-Terrain Hex- Limbed Extra-Terrestrial Explorer است که کاشف فرازمینی با پاهای جادویی تمام زمینی معنا می دهد. این ابزار حمل و نقل که در عین حال محل سکونت نیز هست، دارای شش چرخ است که آزمایشگاه پیشرانش جت در پاسادنای کالیفرنیا کار طراحی و ساخت آن را انجام می دهد. این نمونه اولیه قهرمان که از فلز آلومینیوم ساخته شده است 5/2 متر پهنا و 1/2 متر ارتفاع دارد. این روبات برای حرکت و جابه جایی از شش چرخ استفاده می کند که هرکدام قابلیت حرکت مستقل از دیگر چرخ ها را دارد و بسیار سبک است. این ابزار هنگامی که در زمین های هموار است، چرخ ها روی سطح می چرخند اما در زمین های ناهمواری که حرکت چرخ ها با دشواری روبه رو می شود مانند دشت پر از سنگلاخ یا تپه های شیبدار، چرخ ها قفل می شوند و روبات همانند انسان روی پاها قدم برمی دارد. البته روباتی که برای انجام ماموریت واقعی ساخته می شود، دو برابر روباتی است که تصویرش را می بینید. جنس آن روبات از فولاد است و می تواند 15 تن بار را به هر کجایی که بخواهد، حمل کند. سرعت این روبات نیز حدود پنج کیلومتر در ساعت خواهد بود. برین ویلکاکس پژوهشگر ارشد طرح قهرمان می گوید؛ «این حداکثر سرعتی است که می توان بدون روبه رو شدن با خطر سرنگونی حرکت کرد، زیرا در ماه گرانش کم است.» مزیت های این خانه های متحرک آشکار است. ویلکاکس می گوید؛ «روی زمین، ماشین متحرک را در کمپ پارک می کنیم و از ماشین های سبک برای گشت های روزانه و کشف محیط پیرامون استفاده می کنیم.» چنین موضوعی در ماه هم صحت دارد. قهرمان خانه متحرکی را برای فضانوردان فراهم می کند و فضانوردان می توانند با استفاده از ماهنوردهای سبک و کوچک به گشت های روزانه خود بپردازند. ویلکاکس می گوید؛ وقتی فضانوردان پس از سفرهای روزانه، مکانی را به دقت بررسی کردند، قهرمان را به جایی دیگر منتقل می کنند. فضانوردان مستقر در ماه یا مهندسان مستقر در زمین قهرمان را به سمت مقصد بعدی هدایت می کنند. دوربین های نصب شده روی هر کدام از وجوه بدنه شش گوشه روبات، تصویری پانوراما (سراسری) از محیط اطراف را به کاربر ارائه می کند.

وقتی که چند روبات قهرمان به یکدیگر متصل شوند، درهای محل اقامت با دقت یک هزارم سانتی متر تنظیم می شود. در این حالت اتاق ها چنان محکم آب بندی می شود که فضانوردان می توانند در حالی که تی شرت به تن دارند، از محل سکونت خود به آزمایشگاه علمی که در همسایگی آنان قرار دارد، بروند. فضانوردان در آزمایشگاه می توانند نمونه هایی را که در طول روز به دست آورده یا با استفاده از مته و بیل های متصل به پایه های قهرمان جمع آوری کرده اند، تجزیه کنند. این فضانوردان در جست وجوی پاسخ به معماهای علمی بسیاری هستند. برای مثال آیا واقعاً یک شهاب سنگ دایناسورها را نابود کرده و اگر این گونه است این اتفاق کی روی داده است؟ شاید پاسخ این معما در ماه نهفته باشد. ویلکاکس می گوید؛ «برخورد شدید جسمی با زمین باید سطح ماه را با پوششی از غبار پوشانده باشد. از آنجا که ماه هیچ گونه تکتونیک صفحه یی (جابه جایی لایه های سطح) ندارد، به احتمال بسیار لایه های زیر سطح بدون تغییر مانده اند.

با استفاده از ابزارهای نمونه برداری نصب شده در قهرمان می توانیم به این لایه ها نگاه کنیم و سیر زمانی آشکاری از حوادث روی داده را دریابیم. این کار درست مثل نگاه کردن به حلقه های تنه درخت است.» دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا امیدوارند، برای آزمایش قهرمان، آن را در ماموریتی بدون سرنشین تا سال 2012 به ماه ارسال کنند. رویدادهای بعدی تا حد زیادی به موفقیت طرح های ناسا برای انجام اکتشاف های فضایی سرنشین دار بستگی دارد. از جمله این برنامه ها جانشین کردن شاتل های فضایی با سامانه های کپسول دار و اعزام مجدد فضانوردان به ماه تا سال 2020 است. قهرمان تا آن زمان ویژگی ها و مشخصات بسیار پیشرفته تری نسبت به این نمونه اولیه خواهد داشت. تا آن زمان ابزارهای اکتشافی می توانند به طور خودکار گردش کنند و به وسیله فرمان های صوتی با فضانوردان در ارتباط باشند. این ابزار همچنین خواهد توانست با استفاده از قلاب ها و چنگک ها از صخره های عمودی هم پایین بیاید.

پرهزینه ترین ماموریت فضایی جهان

کارشناسان فضایی سال 2018 را برای انجام یک ماموریت بین المللی بدون سرنشین در نظر گرفته اند که برای جمع آوری و بازگرداندن نمونه هایی از خاک و سنگ مریخ طراحی شده است. این ماموریت که بازگرداندن نمونه از مریخ نام دارد، در صورت اجرا دشوارترین و پرهزینه ترین ماموریت اکتشافی در مریخ خواهد بود.

کارشناسان معتقدند اگر نمونه هایی از مریخ جمع آوری و به زمین منتقل شود، دانشمندان می توانند در آزمایشگاه اطلاعات بسیار بیشتری از آن کسب کنند، تا اینکه بخواهند برای مثال از رهنوردهای روباتی که بر سطح ماه حرکت می کند، استفاده و از راه دور آنها را هدایت کنیم.

هم اکنون کارگروهی تشکیل شده است تا بر انجام این ماموریت نظارت داشته باشد و مراحل انجام آن را طراحی کند. این هیات گزارش اولیه خود را منتشر و طی آن تاکید کرد که برای انجام این ماموریت دشواری های بسیاری پیش روست. مدیر برنامه اکتشاف مریخ در ناسا در یک کنفرانس خبری در پاریس گفت در سال 2018 دوره ماموریت بازگشت نمونه از مریخ آغاز می شود. نویسنده این گزارش گفته است بدون توجه به زمان آغاز ماموریت، بازگرداندن نمونه 500 گرمی مریخ به زمین پنج سال زمان می برد و قدرت های برتر فضایی جهان باید برای تامین هزینه های آن مشارکت کنند تا بتوان به این هدف شگفت آور دست یافت.

طراحی پرواز

استفان جانی چوسکی معاون مرکز ملی پژوهش های فضایی فرانسه گفت؛ حداقل همکاری فراقاره یی بین اروپا و امریکا نیاز است تا این «پروژه بسیار دشوار» انجام شود. وی با اشاره به چشم اندازهای این طرح گفت؛ «این ماموریت به نوعی جام مقدس محسوب می شود که ما در جست وجوی آنیم.»

در خوش بینانه ترین حالت موشک اطلس A551 در سال 2018 یک رهنورد متحرک (یا مریخ نشین ثابت) را حمل و سپس در سطح مریخ رها خواهد کرد تا نمونه هایی گزینش شده از خاک سطح مریخ را جمع آوری کند و بهترین تصویر از گذشته زمین شناختی این سیاره را در اختیار دانشمندان قرار دهد.

از جمله ابزارهایی که باید به مریخ ارسال شود یک وسیله پرواز از سطح مریخ است که باید ضمن به همراه داشتن نمونه های جمع آوری شده از مریخ از سطح این سیاره پرواز کند.

در سال 2019 یک موشک بزرگ آریان 5ECA از زمین بلند می شود و مدارگردی را به مریخ می فرستد. ابزار پرواز از سطح مریخ که ظرف حاوی نمونه خاک مریخ را با خود دارد، پس از بلند شدن از مریخ و خروج از سیاره سرخ، ظرف حاوی نمونه خاک را در مدار مریخ رها می کند. در این هنگام مدارگرد مریخ این نمونه را دریافت می کند.

در مرحله بعد فضاپیما سفر دراز خود به سمت زمین را آغاز می کند و پس از رسیدن به زمین آن را به «ابزار ورود به زمین» تحویل می دهد. این ابزار به گونه یی طراحی شده است که برای ورود به جو زمین (که بسیار گرمازا است) مناسب خواهد بود. در آخرین مرحله این نمونه ها بازیابی شده و تجزیه می شود.

در گزارش اولیه این طرح آمده است؛ «از میان مکان های بسیار مختلف ارزیابی وجود یا عدم وجود حیات در جهان، مریخ یکی از بهترین و در دسترس ترین گزینه ها است.» طبق اسناد موجود، هزینه های این طرح به تقریب بین 5/4 تا 8 میلیارد دلار (3 تا 3/5 میلیارد یورو) است که «به ملزومات نهایی و همکاری های بین المللی بستگی دارد».

مراحل انجام طرح بازگردانی نمونه از مریخ

1- در سال 2018 یک موشک اطلس A551 که حاوی رهنورد متحرک یا مریخ نشین ثابت است از زمین بلند می شود.

2- رهنورد یا سطح نشین روی سطح مریخ فرود می آید تا نمونه هایی از سنگ و خاک مریخ را جمع آوری کند. از جمله تجهیزاتی که به مریخ می رود یک موشک کوچک است که ابزار پرواز از مریخ نام دارد.

3- در سال 2019 موشک بزرگ آریان 5ECA اروپا از زمین پرتاب می شود و مدارگردی را به مریخ می فرستد.

4- ابزار پرواز از مریخ که ظرف حاوی نمونه ها را به همراه دارد از سطح سیاره مریخ پرواز می کند و نمونه ها را در مدار مریخ رها می کند. پس از آن فضاپیما این ظرف حاوی نمونه را می گیرد.

5- مدارگرد سفر طولانی خود به سمت زمین را آغاز می کند و پس از رسیدن به زمین، نمونه ها را که در محفظه یی قرار دارد به سمت زمین رها می کند. قرار دادن نمونه ها در یک محفظه مستحکم ضروری است، زیرا ورود به جو زمین با حرارت بسیاری همراه است.

تحقیقات برای کاهش وزن تیغه ی Fan موتور هواپیما

در دانش مهندسی هوافضا، کم کردن وزن سازه ها با حفظ پایداری و مقاومت ساختار یکی از اولویت های طراح می باشد و تحقیقات به منظور کاهش وزن جسم پرنده، به اندازه ی زمان تعریف دانش مهندسی هوافضا تا کنون قدمت دارد.موتور یک جسم پرنده در اکثر موارد جرم قابل توجهی دارد و کم کردن وزن موتور بدون افت راندمان و یک سری از مولفه ها، باعث می شود که وزن خالی یک هواپیما کاهش یابد و در عوض توانایی حمل وزن بیشتری به عنوان payload را داشته باشد.
در حالت کلی، کاهش وزن هواپیما بدون کاهش مشخصات Performance به منزله ی کاهش قیمت تولید و هزینه های بعدی و افزایش سوددهی و حتی افزایش کارایی هواپیما خواهد شد.
برای کاهش وزن موتور یک هواپیمای مسافربری و یا یک هواپیمای ترابری نیاز است که ساختار داخلی آن را تغییر داد. مواد بسیاری از قسمت ها را می توان به راحتی تغییر داد و از مواد سبک تر مرکب شناخته شده که همان خواص مواد قبلی با وزن کمتر را دارد ساخت، اما برخی از قسمت ها نظیر Blade در داخل موتور را نمی توان با کیفیت بالا به راحتی تغییر داد.
تیغه های فن موتور هواپیماها عموما از نوع آلیاژی هستند و بدیهی است که برای کاهش وزن، باید آلیاژ را حذف و از مواد کامپوزیتی استفاده کرد که تحقیقات کامپوزیت نیز بسیار زمانبر است اما نتایج آن بسیار ارزشمند می باشد زیرا ممکن است همان مقاومت و یا حتی مقاومت بیشتری را با وزن کمتر نسبت به نمونه ی آلیاژی داشته باشد و صرفا استفاده از کامپوزیت بجای آلیاژ بدون تغییر در مواد سایر بخش های موتور در هر کدام از موتورهای یک هواپیمای پهن پیکر می تواند حدود 0.5 تن کاهش وزن را به همراه آورد.
پیش از تحقیقات کامپوزیتی تیغه ی فن موتور هواپیما، پژوهشگران هوافضا به این نکته پی برده بودند که کاهش وزن در بال هواپیماهای مسافربری مورد استفاده ی برخی از ارلاین ها باعث شده بود که شرکت های هوایی هر ساله میلیون ها دلار صرفه جویی مالی داشته باشند که این یک سود واقعی برای ارلاین ها محسوب می شد.

اما اگر این کاهش وزن، علاوه بر بال هواپیما، بر روی موتور هواپیما نیز اعمال شود ممکن است این تجربه ی سودآوری مذکور در پاراگراف بالا با توجه به شرایط اقتصادی کنونی، با ابعاد بیشتری تکرار شود و این دقیقا همان چیزی هست که مدیران شرکت های هوایی به دنبال آن بودند و مسلما این تحقیقات بازدهی و نتیجه ی خوبی را خواهد داشت.مدت ها پیش، تحقیقات کامپوزیتی برای تیغه ی موتور هواپیماها شروع شده بود اما با شکست رو به رو شد. زیرا کامپوزیت های تحقیق شده با وجود دارا بودن مقاومت مطلوب و همچنین داشتن یک سری از خواص برجسته، یک نقص بزرگ داشتند. ساختار کامپوزیتی آن ها بسیار خوب بود اما نتوانست در مقابل چالش واقعی پیروز شود.
آن چالش همان پرواز پرنده ها در آسمان و برخورد آن ها با موتور هواپیما بود! 
در زمان پایان تحقیقات اولیه، درست زمانی که کامپوزیت مورد نظر پرزنت شد، طراحان گمان می کردند که بهترین تحقیق را بر روی این تایپ از کامپوزیت ها انجام دادند، اما حقیقت این بود که در آن زمان کامپوزیت آن ها در مراحل اولیه بود و هنوز نسبت به تکنولوژی ای که در آینده ی نزدیک به آن دست یافتند فاصله ی زیادی داشت و از کیفیت مطلوبی که گمان می کردند، بهره مند نبود.
پس از این شکست، سال ها تحقیق و پژوهش و دست یابی به روش های مختلف ساخت کامپوزیت و همچنین مواد کامپوزیتی متفاوت با ماتریکس ها و مسلح کننده های مختلف ادامه یافت تا روزی که پژوهشگران به ترکیبی از یکی سری مواد با تیتانیوم دست یافتند و مشاهده کردند که از خواص مهمی نظیر مقاومت فوق العاده بالا برخوردار است و بنظر می رسید که از چالش رویارویی موتور با پرندگان در آسمان پیروز خواهند شد.

تصویر بالا نمونه برجسته ای از Blade تحقیق شده با لبه ی حمله و لبه ی فرار تیتانیومی باشد که با مواد پیشرفته ساخته شده است.تحقیقات نشان داد که اگر لبه ی حمله ی تیغه های فن موتور را با موادی از جنس تیتانیوم پوشش داد، مقاومت تیغه ها بسیار بالا خواهد بود و در مقابله با چالش مذکور در این تاپیک، با موفقیت رو به رو خواهد شد.
نمونه ی بارز از استفاده ی تیتانیوم در لبه ی حمله ی تیغه های کامپوزیتی، موتور GE90 ساخت کمپانی جنرال الکتریکس می باشد که یکی از پر فروش ترین موتورهای جنرال الکتریکس است و در هواپیمای بوئینگ B777-300 نیز استفاده شده است.

اکنون نتیجه ی این تحقیقات تجاری سازی شده است و به منظور گسترش در اختیار شرکت معروف Rolls-Royce و برخی از شرکت های اروپایی قرار دارد و تست های اولیه ی این blade تیتانیومی باعث کاهش وزن قابل توجهی بدون افت راندمان ایرودینامیکی شده است.

تولید موتورهای توربوفن با استفاده از تکنولوژی پرینت 3D

  فناوری چاپ سه بعدی (Additive Manufacturing Technology) چند سالی است که در حال گسترش می باشد و اخیرا پایش به دنیای تکنولوژی high-tech هوافضا نیز رسیده است و از مهمترین محصولات می توان به ساخت سامانه های Drone از نوع URAS اشاره کرد که البته در ابعاد کوچک انجام می شوند . اما امروزه این فناوری مسیر بسیار معتبری از فاز Development خود را طی کرده است و اکنون از تولید نمونه های مقیاسی UAV ها به ساخت نمونه 1/1 موتور های توربوفن رسیده است .

Additive Fabricationیا Additive Manufacturing به فناوری ای می گویند که در آن یک مدل دیجیتالی CAD را در سیستم کامپیوتر خود طراحی کرده باشید و با 3D Printer ها و مواد ِ کامپوزیتی مورد ِ نظر شما طبق برنامه های از پیش تعیین شده و ایجاد ِ یک پروسه ی تقسیم بندی بر روی مدل کد پس از مدتی آن را تولید می کنند. یعنی شما یک جسم سه بعدی را با نرم افزارهای کد طراحی کرده و سپس همان شکل را به صورت یک جسم واقعی و سه بعدی در دست خواهید داشت.

یکی از دلایل پیشرفت این فناوری را می توان به نیاز جامعه ی هوافضا به فناوری Rapid Prototyping یا تولید نمونه ی پروتوتایپ در سریع ترین زمان ممکن دانست.

در صنعت هوافضا بسیاری از طراحی های انجام شده به دلیل اهمیت مسائل ایرودینامیکی، ممکن است تولیدات از شکل های نامتعارف و عجیبی برخوردار باشند که این یک مسئله ی شناخته شده است، اما از طرفی فرم دادن اجسام مورد نظر دارای سختی های فراوانی است و آن هایی که با کامپوزیت ها کار کرده اند این مورد را بهتر درک می کنند.

لذا در اینجا یک نیاز جدید احساس می شود و آن هم فناوری ای است که بتوان در سریع ترین زمان ممکن هر نوع شکل نامتعارف و سختی که بخواهیم را در اختیار ما بگذارد که مهمترین جنبه ی AMT یا Additive Manufacturing Technology نیز همین امر می باشد.

کمپانی هوافضایی Pratt & Whitney از گسترش دهندگان تکنولوژی پیشرانش است که زمینه های طراحی، ساخت و تولید موتورهای هواپیما از جمله پروژه ی جنگنده ی F22 و توربین های گازی فعالیت داشته است. کمپانی P&W توانسته است برای اولین بار از فناوری AMT در ساخت موتورهای توربوفن استفاده کند.

این کمپانی موتورهای PW1500G و PW1200G (این تایپ naming از استانداردهای P&W برای موتورهای توربوفن می باشد) را با استفاده از همین فناوری مذکور در بالا طراحی کرده و برخی از آزمون های آن را نیز پاس کرده است.

P&W قصد دارد که از این دو موتور مذکور برای به پرواز در آوردن جت های کامرشیال Bombardier سری C استفاده کند و امیدوار است با گسترش این پروژه، فناوری خود را برای هواپیماهای سنگین تر و پهن پیکر نیز امتحان کند.

البته پرینتر مورد نیاز چنین موتورهایی باید بسیار بزرگ باشد و این از لحاظ ِ هزینه های پیش رو کاری نادرست است و از طرفی هم این فناوری به حدی نرسیده است که تمام پروسه ی تولید یک موتور را به صورت یکپارچه طی کند، لذا قسمت های مختلف موتور توسط پرینترهای طراحی شده ساخته می شوند و سپس اجزا به هم braze می شوند.

در اردیبهشت 1392 کمپانی P&W قراردادی را با یک شرکت دارنده ی فناوری AMT امضا کرد که طی آن قرار است یک AML یا Additive Manufacturing Laboratory به ارزش 4.5 میلیارد دلار ساخته شود.

گفته می شود این فناوری تجربه ی جدیدی را به مهندسان هوافضا در زمینه ی پیشرانش خواهد داد تا با آزادی عمل بیشتر طراحی های خود را انجام دهند و آزمون و خطا را بخاطر کاهش شدید هزینه های مصرفی بودجه ی پروژه (صرفه جویی 70 درصدی در هزینه ها) به تیم طراحی موتور خواهد داد و مطمئنا سود مالی کمپانی را چند برابر خواهد کرد.

پس از طراحی موتورتوربوفن که ممکن است ماه ها (و شاید هم در مواردی بیش از یک سال) به طول انجامد، ساخت آن نیز پس از طراحی ماه ها زمان می برد اما با داشتن تکنولوژی پرینت سه بعدی می شود این مدت زمان را می توان از چند ماه به 30 ساعت کاهش داد.

گسترش ِ تکنولوژی AMT را می شود مدیون زیبایی و قدت دانش مهندسی هوافضا دانست که حاصل اتحاد علوم کامپیوتر، الکترونیک، لیزر، مکانیک و سایر رشته ها می باشد.