De ontwikkeling van nieuwe vliegtuigmotoren is vooral gericht op meer efficiency en minder CO2 uitstoot. Maar wat te doen als het concept van de straalmotor/vliegtuigturbine zo goed als uit is ontwikkeld? Vliegtuigmotorfabrikant Rolls Royce bedacht dat ze de fan van de motor moesten ontkoppelen van de rest van de turbine. Een speciale tandwielkast bracht uitkomst. De engineers gebruikten in de ontwikkelfase een bijzondere digitale technologie om zover te komen. Oftewel ‘virtual modelling’ in de praktijk.
Volgens Andy Geer, project-engineer en manager van het UltraFan-programma, is er een vereenvoudigde manier om te begrijpen hoe de huidige uiterst efficiënte turbofan straalmotor werkt: door een enorme luchtmassa naar achteren te duwen om voorwaartse stuwkracht te creëren. Een grote civiele turbofan produceert bijna al zijn stuwkracht via zijn zichtbare, zeer grote fan.
Deze fan duwt een enorme massa koude lucht naar achteren bij een relatief lage snelheid. Recentelijk heeft nieuwe technologie het mogelijk gemaakt de diameter van deze fan te vergroten zonder dat het gewicht toeneemt of de efficiëntie afneemt. Hierdoor kan een grotere motor een grotere massa lucht verplaatsen bij een lager toerental – de verbetering van de ‘propulsive efficiency’.
Ontwerp opnieuw bekijken
De belangrijkste uitdaging waarmee Geer en zijn team werden geconfronteerd, was de vraag hoe we de straalmotoren van de volgende generatie efficiënter kunnen laten werken en het brandstofverbruik kunnen verminderen. Volgens Geer zitten we voor de huidige architectuur van grote vliegtuigmotoren misschien wel heel dicht bij de grens wat betreft efficiëntie. “Met andere woorden, we moeten de manier waarop we ze ontwerpen opnieuw bekijken.”
Turbines zijn het meest efficiënt als ze op hoge snelheid en bij hoge temperatuur draaien aldus Geer. “Fans zijn daarentegen het meest efficiënt als ze op lage snelheid draaien. Uiteindelijk wil je de ventilator afremmen terwijl de turbine die hem aandrijft op hoge snelheid blijft draaien. Om dat te doen, moet je een speciale tandwielkast met een hoog vermogen in het midden plaatsen.”
Nieuw stukje van complexe puzzel
Het maken van een krachtoverbrenging lijkt misschien eenvoudig genoeg, maar een straalmotor is een ingewikkeld systeem – en al heel fijn afgesteld. “Het toevoegen van een nieuw stukje aan zo’n ingewikkelde puzzel is ongelooflijk veeleisend,” aldus Geer. “Het betekent een ingrijpende verandering in het ontwerp van straalmotoren. En geavanceerde digitale technologie, zoals virtual modelling, heeft geholpen om dit mogelijk te maken.
Meer over hoe Rolls Royce virtual modelling en andere technologieën zoals Additive Layer Manufacturing toepast bij hun engineering activiteiten is te lezen in de komende digitale of printeditie van Aandrijftechniek. Dat is mogelijk vanaf 2 euro per maand.