Nowy silnik wysokoprężny na potrzeby lotnictwa ogólnego ma wiele zalet i niewiele wad
Lotnictwo ogólne obejmuje swoim zakresem szereg niezwykle ważnych usług, w tym lotnicze pogotowie ratunkowe, loty realizowane przez organy ścigania i straż pożarną, szybkie dostawy ważnych towarów, podróże służbowe, szkoły lotnictwa oraz opryski pól uprawnych. Mniejsze samoloty używane na potrzeby lotnictwa ogólnego, posiadające do 10 miejsc, są zazwyczaj wyposażone w silniki tłokowe, nie zaś w silniki odrzutowe. W przeszłości tego rodzaju silniki spalały paliwo AVGAS (benzynę lotniczą), a w niektórych przypadkach także MOGAS, czyli zwykłą benzynę spalaną przez wszystkie pojazdy silnikowe. Działo się tak ze względu na większą masę silników wysokoprężnych, co przekładało się na większe zużycie paliwa. W ramach ambitnego programu Czyste Niebo, mającego na celu zapewnienie neutralności klimatycznej i konkurencyjności w sektorze lotniczym i kosmicznym, Europa odchodzi od silników napędzanych benzyną lotniczą i zaczyna stosować silniki wysokoprężne o wysokiej sprawności. Wysokie koszty paliwa AVGAS, jego niedostateczna dostępność w niektórych krajach oraz negatywny wpływ jego spalania na środowisko, wynikający ze stosowania toksycznych dodatków ołowiowych stanowią główne powody tych zmian. Dzięki wsparciu uzyskanemu w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia „Czyste Niebo 2” – partnerstwa publiczno-prywatnego, w którym uczestniczy Komisja Europejska oraz europejski przemysł lotniczy i kosmiczny – uczestnicy projektu EINSTAIN mogli zająć się pracą nad rozwojem nowatorskich rozwiązań, przygotowując narzędzia niezbędne do badania i projektowania konfiguracji wysokoprężnych silników tłokowych, które zaspokoją potrzeby Europy.
Nowy szczyt technologii silników
Głównym minusem silników wysokoprężnych była ich większa masa w porównaniu do silników napędzanych paliwem AVGAS. Opierając się na technologiach opracowanych na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego, które pozwoliły na stworzenie prostszych i lżejszych przekładni, a także na usprawnienie samych silników, uczestnicy projektu EINSTAIN opracowali koncepcję umożliwiającą wykorzystanie silników wysokoprężnych w lotnictwie. Jak uważa Amedeo Fogliano, pracownik koordynującej projekt firmy TECNAM, „najbardziej nieoczekiwanym wyzwaniem była konieczność zminimalizowania siły nośnej i oporu, biorąc pod uwagę ogromny wpływ na masę wlotów powietrza w przedniej części, wynikający z konieczności zapewnienia dużo lepszego odprowadzania ciepła”. Próby rozwiązania tego problemu doprowadziły do wyjścia poza zakres początkowych założeń i celów projektu. Ustalenie odpowiednich rozmiarów mocowań silnika i przeprowadzenie symulacji przepływu przez wloty powietrza na potrzeby prac projektowych pozwoliły na znaczące poszerzenie wiedzy na temat analizy modalnej i odprowadzania ciepła. Przyjęcie wielodyscyplinarnego podejścia i zastosowanie analiz numeryczno-doświadczalnych pozwoliło zespołowi na zapewnienie wysokiej sprawności i doskonałych osiągów, a także obniżenie masy własnej.
Innowacje w powietrzu
Inżynierowie wykorzystali następnie tę wiedzę do stworzenia cyfrowej makiety montażowej sześciocylindrowego, turbodoładowanego silnika wysokoprężnego SR460, chłodzonego powietrzem i olejem, opracowywanego przez firmę SMA. Zespół wykorzystał również modułowe i skalowalne narzędzia projektowe wykorzystywane w projektowaniu samolotów w celu skrócenia czasu wprowadzenia na rynek technologii silników wysokoprężnych w małych samolotach. Silnik wysokoprężny stanowi jeden z nowych produktów w portfolio firmy TECNAM i przechodzi obecnie testy jako jednostka napędzająca czteromiejscowy samolot TECNAM P2010.
Korzyści przewyższają koszty
Jak twierdzi Fogliano, „pomimo tego, że koszty utrzymania oraz masa silnika wysokoprężnego są wyższe w porównaniu do silników benzynowych, dobra konstrukcja silnika pozwala na zmniejszenie zużycia tańszego paliwa, które jest w dodatku łatwo dostępne. Dzięki temu możliwe jest znaczące zmniejszenie kosztów lotu – nawet o około 30 %”. Inne korzyści płynące z zastosowania silników wysokoprężnych obejmują prostszą konstrukcję (brak układu zapłonowego, gaźników czy przekładni redukcyjnej), co przekłada się na łatwiejszą obsługę przez pilotów, a także lepsze chłodzenie silnika, wyższy moment obrotowy przy niskiej prędkości śmigła, mniejsze zużycie paliwa przy wyższej mocy oraz niższą temperaturę zapłonu paliwa, co może okazać się zbawienne w razie wypadku. Innowacyjny silnik wysokoprężny na potrzeby lotnictwa ogólnego eliminuje zależność od drogiego i często trudno dostępnego paliwa AVGAS. Jego zastosowanie nie tylko przyczyni się do zmniejszenia kosztów oraz wpływu istniejących usług lotnictwa ogólnego na środowisko, lecz także przyczyni się do wprowadzenia nowych możliwości łączenia ludzi i związanych z tym usług, nawet w miejscach oddalonych od dużych ośrodków, takich jak wyspy na całym świecie.
Słowa kluczowe
EINSTAIN, silnik wysokoprężny, AVGAS, lotnictwo ogólne, silnik tłokowy, zużycie paliwa, odprowadzanie ciepła, samolot
