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.