Havacılık Endüstrisinin Geleceği: CO2 Emisyonlarını %20 Azaltacak Yeni Teknoloji Geliştirme Programı Açıklandı

30 Haziran 2021

Travis Harper‘ın hayatı her zaman uçaklarla iç içe oldu. Midway Havalimanı’ndan iki blok ötede, Chicago’nun güney tarafında büyürken, jetler sanki ailesinin evine iniyor gibi hissettirirdi. “Çocukluğum boyunca havacılığa hayrandım. Uçakların kalkış ve inişlerini izler, seyahat etme ve dünyayı deneyimleme fırsatına sahip olduğumu hayal ederdim.” diyor.

Harper‘ın hayatının gidişatını belirlemesine yardımcı olan da aynı hayranlıktı. Northwestern Üniversitesi ve Ohio Eyaletinden mühendislik dereceleri aldı ve GE Havacılık’ta dünyanın en gelişmiş ticari jet motorlarını tasarlayan ve üreten bir ekipte kendine bir yer kazandı. Uçuşa duyduğu hayranlık onu daha sonra Birleşik Arap Emirlikleri’ne, Dubai’ye de götürdü ve burada Emirates Havayolu’nun, GE teknolojilerini kullanan uçak filosunun işleyişine yardım etti. Ondan sonra ise Boeing’in 777X uçağına güç verecek GE9X’un entegrasyonu için Seattle’daydı.

Harper‘ın havacılık endüstrisine olan hayranlığı onu bugün kariyerinin belki de en heyecan verici noktalarından birine getirdi: Uçuşun geleceğini yeniden icat eden bir ekipte liderlik rolü! O ve meslektaşları, günümüzün en verimli jet motorlarından %20 daha az yakıt tüketecek ve %20 daha az CO2 emisyonu üretecek bir teknolojiyi geliştirmek üzere çalışıyor.

Harper, CFM’nin ana şirketleri, GE ve Safran Aircraft Engines tarafından duyurulan CFM RISE programında GE Ürün Yöneticisi olarak görevli. RISE programının vizyonu, adında mükemmel bir şekilde yansıtılıyor: Sürdürülebilir Motorlar için Devrimsel İnovasyon. Harper, “Bu teknoloji geliştirme programı, daha sürdürülebilir bir gelecek için iddialı hedeflere ulaşmak adına GE ve Safran’ın amaçlarını gösteriyor.” diyor.

CFM, yaklaşık 50 yıl önce kuruldu ve ortaklar, bu girişimi 2050 yılına kadar uzatmaya karar verdiler. Şirket, dünya çapında 600’den fazla operatöre 35.000’den fazla motor teslim etti. Bu filo, 1 milyardan fazla motor uçuş saati ile Plüton’a 20 gidiş-dönüş yolculuğuna eş değer bir uçuş süresine sahip. Harper, “Bu girişim, havacılık alanında dünyanın en başarılı transatlantik ortak girişimi.” diyor.

Harper ve meslektaşları, bugün çok büyük bir görevle karşı karşıya. CFM motorlarının 1980’lerin başında ilk kez hizmete girmesinden bu yana şirket, yerini aldığı motorlara göre yakıt tüketimini ve CO2 emisyonunu %40 oranında azalttı. Harper ve dünyanın önde gelen havacılık mühendislerinden oluşan bir ekip, bu rakamları %20 daha düşürmeyi planlıyor, bu da şimdiye kadar elde edilen en büyük karbon azaltımını temsil edecek.

İddialı vizyonları, motor mimarisi ve teknolojisindeki büyük gelişmelere bağlı ama takım işinin başında. Harper, “Safran, uçak gövdeleri ve havayollarıyla çok zaman geçiriyorum. Vizyonumuzu tanımlamak, gelecekteki ürün gereksinimlerimizi belirlemek ve geleceğimizi en iyi şekilde destekleyecek bir motor geliştirmek için birlikte çalışıyoruz. En büyük faydayı sağlayacağına inandığımız ve önümüzdeki yıllarda göstermeyi planladığımız alansa, çok önemli bir yakıt yakma ve CO2 emisyonu iyileştirmesi sağlayacak olan açık fan konsepti.” diyor.

Bu mimarinin önündeki fan, diğer turbofan motorların aksine bir kasa ile çevrili değil ve “açık” bir tasarım sunuyor. Bu açık fan, azaltılmış emisyon ve yakıt tüketimine önemli bir katkı sağlayan itme veriminde önemli bir gelişme sağlamaya yardımcı oluyor. Harper, “En sürdürülebilir çözümlerimize en büyük faydayı sağlayanlar, fizik açısından açık bir fan mimarisi gerektiriyor.” diyor. “Diğer potansiyel mimarileri araştırırken, açık bir fanla elde edebileceğimiz aynı düzeyde yakıt yakma ve CO2 emisyonu iyileştirmesi sağlayamadılar.”

Bu fan, aynı zamanda motora baktığınızda en göze çarpan özellik. Ekip, bunu üç boyutlu olarak ve içine reçine enjekte edilmiş özel bir karbon fiberden yapmayı planlıyor. Hafif ve sağlam malzeme, mühendislerin 13 fit çapa kadar oldukça büyük rotorlar oluşturmasına olanak tanıyor ve bu da itme verimi ve baypas oranını artırıyor.

Bu terimi unutmayın. Baypas oranı, rotorun ürettiği itme kuvveti ile rotoru çalıştırmak için ne kadar enerji gerektirdiği arasındaki ilişkiyi tanımlayan son derece önemli bir sayı. CFM motorları, 1980’lerde 5:1 baypas oranı ile başlayıp, 11:1 baypas oranına sahip LEAP motoruna dönüşmeyi başardı. Açık bir fan ise 70:1’in üzerinde bir baypas oranına ulaşabilir. Harper, “Motorun etrafında dolaşan havayı daha az miktarda hızlandırıyoruz; ancak çok daha fazla miktarda hava olduğu için büyük bir fayda elde ediyoruz.” diyor.

İlginç bir şekilde yeni nesil açık fan, GE‘nin 1980’lerde NASA ile birlikte Safran’ın desteğiyle geliştirdiği başka bir açık rotorun üzerinde yer alacak. GE36 olarak adlandırılan ve kompozit fan kanatlarına da sahip olan bu deneysel motor, aynı zamanda 1988 Farnborough Airshow’da uçan bir uçağa da güç vermişti.

Harper, Boeing 777X için GE9X jet motorunun geliştirilmesine yardımcı olan isimlerden biriydi. Credit: Travis Harper.

GE36 önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağladı, ancak aynı dönemde yakıt fiyatları önemli ölçüde düştü. Yine de motorun öncülük ettiği teknolojiler, gelecek yıllar boyunca havacılığın gidişatını belirlemeye yardımcı oldu. Karbon fiber kanatlar, Boeing 777 ve Boeing 787 Dreamliner gibi dört yerine sadece iki motor ile uzun mesafeli uçuşlar gerçekleştirebilen jetlere yol açarak GE Havacılık‘ın yüksek baypaslı jet motorları serisini doğurdu.  1995 yılından bu yana, Boeing 777’ye güç veren GE90 motoru, geçen yıl GE9X tarafından koltuğundan indirilene kadar dünyanın en güçlü jet motoru olarak kaldı. Harper, “80’lerde insanlar açık rotorun güçlü bir fikir olduğunu biliyorlardı.” diyor ve ekliyor: “Ancak o zamanlar aerodinamik ve akustiği optimize etme yeteneğimizde o kadar gelişmiş değildik.”

Harper, hem GE hem de Safran‘ın rüzgar tünellerinden tam motor testlerine kadar test sonuçlarıyla desteklenen analitik ve hesaplama araçlarıyla inanılmaz ilerleme kaydettiğini söylüyor; ancak daha büyük bir fan oluşturmak, bir motoru daha verimli hale getirmenin tek yolu değil. Başka bir yaklaşım da yakıtın enerjisini verimli dönme hareketine dönüştüren ve diğer bileşenleri yani kompresörü, yakıcıyı, türbini bir arada tutan motorun çekirdeğini içeriyor.

Harper, erken yaşlardan beri havacılık alanına hayrandı. Credit: Travis Harper.

RISE ekibi bunu LEAP motorunda ve GE9X’te halihazırda test edilmiş başka bir devrim niteliğindeki malzemeyi kullanarak yapıyor. Seramik matris veya CMC olarak adlandırılan bu malzeme, çeliğin ağırlığının üçte biri kadar ama birçok gelişmiş metalik süper alaşımın erime noktasının ötesinde, 2.400 Fahrenheit derecesine kadar yüksek sıcaklıklara dayanabiliyor. Sıcaklıktaki bu artış, motorun termal verimliliğini artırıyor. GE9X geliştirme sürecini yöneten ve Harper’ın programda yöneticisi olan emekli GE Havacılık mühendisi Ted Ingling, “GE’nin kurumsal laboratuvarları olan GE Research‘te bu teknolojiyi geliştirmek 30 yılımızı aldı ve LEAP motorunda buna öncülük ettik.” diyor. “LEAP motoru, geçtiğimiz beş yılda yaklaşık 4.500 adet teslimatla CFM’nin tarihindeki en hızlı satılan motor. Bu program sayesinde, artık malzemeden parça üretmeyi ve onun özelliklerinden yararlanan yeni parçalar tasarlamayı biliyoruz.” Bu motor ayrıca 3D baskılı bileşenleri, hibrit elektrik sistemlerini, gelişmiş ısı transfer devrelerini ve diğer çığır açan teknolojileri de içerecek. Yani GE‘nin öncülük ettiği katmanlı imalat teknolojisi burada da kendini gösteriyor.

RISE ekibi, uçak üreticilerinin ve operatörlerinin ileri teknolojiden tam olarak yararlanabildiklerine emin olmak istiyor. Harper, “En iyi motoru, en iyi uçak için yapma ve tam tersini de gerçekleştirebilme fırsatına sahibiz. Uçak üreticileriyle birlikte çalışarak, motorun kurulumunu ve uçaktaki performansını optimize edebiliyoruz.” diyor. 

Harper‘a, ailesiyle birlikte soğuk Chicago’dan güneşli Florida’ya yaptığı ilk uçuşun üzerinden asırlar geçmiş gibi geliyor. “Havacılık endüstrisinin nasıl çalıştığını ve farklı parçaların nasıl bir araya geldiğini hayat boyu öğrenen biri oldum.” diyor. “Her zaman olabildiğince çabuk ve öğrenebildiğim kadar çok şey öğrenmek istedim. Kendimi sürekli bir şeyler öğrenebileceğim insanlarla çevreliyorum. Uçakları heyecanla izleyen bir çocuk olarak, uçmayı daha sürdürülebilir ve gelecek nesiller için uygun hale getirecek teknolojiler geliştirme çabasına öncülük edeceğimi asla hayal edemezdim.”

Uçuşun geleceğini yeniden icat etmek kesinlikle ona bu fırsatı veriyor.

Yorumlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir