Astro Mechanica, start-up założony w 2021 r. przez Iana Brooke’a, zatrudniający zaledwie 8 osób, wprowadza technologię, która może zmienić przyszłość lotnictwa. Turboelektryczny silnik adaptacyjny (TAE) to innowacyjne rozwiązanie, które łączy turbiny gazowe z napędem elektrycznym. Dzięki temu silnik dostosowuje się do różnych prędkości i warunków lotu, zachowując wysoką efektywność zarówno przy starcie, jak i podczas lotu z prędkością naddźwiękową, nawet do Mach 5.
Jak działa turboelektryczny silnik adaptacyjny?
TAE został zaprojektowany tak, aby zachowywał się jak silnik turboodrzutowy lub turbowentylatorowy w jednym urządzeniu. Ponieważ silnik jest podzielony na dwie części, przy czym turbogenerator napędza silnik elektryczny, aby wytwarzał energię elektryczną do zasilania drugiego zestawu silników elektrycznych, które niezależnie napędzają sprężarkę i turbowentylator, silnik może zmieniać ilość sprężanego powietrza, a tym samym objętość sprężonego powietrza dostępnego do spalania.
Czytaj też: Chińczycy połączyli dwie technologie w jedną. Tak powstał najbardziej wydajny silnik świata
Chociaż może brzmieć to skomplikowanie, w rzeczywistości jest genialne w swojej prostocie. Rozdzielenie elementów wentylatora i sprężarki oraz niezależne mechaniczne napędzanie sprężarki za pomocą wysokowydajnych silników elektrycznych podobnych do tych, które są obecnie stosowane na rynku pojazdów elektrycznych, może okazać się strzałem w dziesiątkę w branży lotniczej.
Tradycyjne silniki turboodrzutowe, takie jak te w myśliwcach, wykorzystują gazy wydechowe do obracania wentylatora sprężarki, aby zasysał powietrze. Więcej spalin oznacza większą prędkość. Silnik turboodrzutowy jest wydajny przy dużych prędkościach naddźwiękowych – przy niskich prędkościach niekoniecznie. Silnik turboodrzutowy ma problemy ze sprężaniem wystarczającej ilości powietrza do wydajnego spalania i marnuje znaczne ilości paliwa.
Concorde – naddźwiękowy samolot pasażerski używany w latach 1976-2003 – był znany ze swojej nieefektywności paliwowej. Mówi się, że zużywał około 2 ton (2372 litrów) paliwa tylko na dojechanie do pasa startowego od bramki, co pokazuje, jak niewiarygodnie nieefektywne są silniki turboodrzutowe przy niskiej prędkości.
Z kolei silnik turbowentylatorowy jest zaprojektowany do przemieszczania ogromnych ilości powietrza w celu napędzania samolotu do przodu. Przy niższych prędkościach poddźwiękowych radzi sobie z tym całkiem dobrze. Opór aerodynamiczny tworzony przez duże wentylatory, które nie są zoptymalizowane do szybkiego lotu stwarza problem wydajności i obsługi.
Silnik CFM LEAP-1B znajdujący się w Boeingu 737 MAX kosztuje około 14 mln dol. za sztukę. Astro Mechanica twierdzi, że jej TAE byłyby znacznie tańsze, już zdolne do osiągania prędkości naddźwiękowych, miałyby mniej ruchomych części i prawdopodobnie byłyby tańsze w utrzymaniu. Ponadto silniki są zaprojektowane do pracy na ciekłym gazie ziemnym (LNG), który kosztuje 1/10 ceny tradycyjnego paliwa lotniczego, oferuje więcej energii na jednostkę masy i wytwarza o 30 proc. mniej CO2 podczas spalania.
W niedalekiej przyszłości Brooke zamierza zbudować eksperymentalny płatowiec napędzany czterema TAE Astro Mechanica i dwoma silnikami GE CT7 i latać bez przerwy naddźwiękowo z San Francisco do Tokio, zbierając dane, aby naprawdę zwiększyć pozycję firmy w inżynierii lotniczej.