פיתוח מנוע טורבו-מניפה אדפטיבי רב תכליתי עבור מל”טים

הפרויקט בוצע על ידי סטודנט לתואר שני, מר מיכאל פלמן.

תמונה של מר מיכאל פלמן, סטודנט לתואר שני

עם התרחבות מעטפת ביצועים של כלי טיס בלתי מאוישים למהירות עבר-קולית (Transonic Flight), תהליך הפיתוח של מנוע דורש התחשבות ופשרות בביצועי דחף, משקל, צריכת דלק, גודל, אמינות ועלות יצור. יתר על כן, המנוע נדרש לעבוד בנקודות מרובות (שהייה במהירות נמוכה ושיוט במהירות גבוהה) אשר קובעות קריטריונים מנוגדים לתכן.

כיום, הרוב המכריע של פלטפורמות מל”ט מיועדות ליישומים במהירות נמוכה. לכן, הדחף נוצר לרוב על ידי מנוע בעירה פנימית, אשר מניע מדחף. יעילות טיפוסית של מחזור תרמודינמי עבור מנוע הזרקת דלק או דיזל בקנה מידה קטן היא 35%. עם זאת, מערכת הנעה זו אינה מתאימה לטיסה במהירות גבוהה.

מנוע טורבו-מניפה יעיל ביותר וקל משקל, מוצע כתחליף של מנועי הבעירה הפנימית הנוכחיים. הפתרון המוצע כולל המרת מנוע מיקרו-סילון בעל גל יחיד למנוע מיקרו-מניפה באמצעות שימוש במניפה המוצמדת לתמסורת רציפה והוספת נחיר מעקף בעל שטח חתך משתנה. בעתיד, מנוע זה יכול לעבור שדרוג נוסף על ידי הוספת מחזור גזי פליטה, תהליך אשר יגביר באופן משמעותי את יעילות מחזור המנוע.

איור של קונספט המרת מנוע מיקרו-סילון למיקרו-מניפה

 

איור של קונספט המרת מנוע מיקרו-סילון למיקרו-מניפה

 

כיום משאבי התכן בשוק המיקרו-טורבינות הינם מוגבלים. לכן, על מנת להפחית את עלויות תהליך הפיתוח למינימום ו להגדיל את אחזקתיות המנוע, השאיפה של הפרויקט היא לא לשנות את הליבה.

הפתרון המוצע מעלה את הדחף בצורה משמעותית תוך כדי הורדת צריכת הדלק למינימום באמצעות הפעלת הליבה באופן עצמאי. זה מאפשר עבודה אופטימלית והרחבת טווח תפעולי תוך שמירה על תצורה פשוטה של גל יחיד. יתר על כן, הצמדת מניפה באמצעות תמסורת רציפה מאפשרת אופטימיזציה בזמן אמת למספר מצבי פעולה. בנוסף ליתרונות הבקרה, הגידול בדחף המנוע משפיע ישירות על משקל ההמראה המרבי. בקרה בלתי תלויה על נחיר הפליטה ומהירות המניפה מאפשרים טיסה עבר-קולית והפחתה כללית בצריכת הדלק. שילוב של השפעות אלו גורם לעליה בטווח הטיסה ובזמן שהייה מעל מטרה. כלי הטייס אשר יהיו מצוידים במנוע האדפטיבי המוצע יאפשרו ביצוע משימות ייחודיות שהיו בעבר בלתי ניתנות לביצוע או שדרשו התקנת מערכות הנעה שונות על המל”ט. אחת מהמשימות הללו, שתוכל להדגים את ביצועי המנוע, היא משימת מעקב.

 

מפרט אפשרי של פלטפורמת מל"ט

מפרט אפשרי של פלטפורמת מל”ט

 

ניתן להמחיש משימת מעקב באמצעות ניתוח מקרה היפותטי בו מיקום מרוחק סובל מאסון טבע. יש צורך דחוף לספק תצפית על מנת להכווין את צוותי הקרקע. על מנת לבוא לעזרתם, מל”ט אשר מופעל על ידי שני מנועים אדאפטיביים יישלח לתת תמיכה אווירית.

המל”ט יעלה לגובה 9 ק”מ וישייט לכיוון אזור האסון במהירות מאך 0.9. לאחר מכן הוא ישהה מעל המטרה כמה שיותר זמן בגובה של 5 ק”מ. במהלך סימולציה זו אנו משווים את תפקודם של ארכיטקטורות מנועים שונים. המל”ט אשר לו מנוע בעל תמסורת רציפה ונחיר פליטה מבוקר של טורבו מניפה הראה ביצועים טובים יותר והיה מסוגל לשהות באוויר 60 דקות יותר מכל מנוע אחר – עליה של 20% בזמן השהייה, בהשוואה למערכות הנעה אחרות.

השוואה של ארכיטקטורות מנועים שונות דרך ניתוח תרמו-דינמי - ספיקת דלק כפונקציה של דחף ב: a - המראה, b - שהייה, c - שיוט

השוואה של ארכיטקטורות מנועים שונות דרך ניתוח תרמו-דינמי – ספיקת דלק כפונקציה של דחף ב: a – המראה, b – שהייה, c – שיוט