JC
Active member
Het zal me benieuwen of, en wanneer, we dit in de praktijk gaan zien. Klinkt weer veelbelovend.
----------
Uit "Technisch weekblad", oktober 2006:
Door Henk Klomp.
Het gasturbinelab van MIT heeft een turboschoep gebouwd die bij hetzelfde toerental dubbele druk opbouwt. Hierdoor kan de vliegtuigmotor of efficienter, of stiller of krachtiger.
Leverden gaatjes in vliegtuigvleugels in de jaren zeventig uiteindelijk weinig op, in de bladen van propellers en compressoren lijken ze nu voor een doorbraak to gaan zorgen. Jack Kerrebrock van het gasturbinelab van MIT slaagde er als eerste in de schoep, bij hetzelfde toerental, twee keer zoveel zuigkracht te laten ontwikkelen. Hij bereikt dit, door het wegzuigen van lucht op het schoepblad. `De prestaties zijn indrukwekkend en voorspellen veel goeds', zegt Jos van Buijtenen, hoogleraar gasturbinetechniek aan de TU Delft. 'Kerrebrock houdt wet zorgvuldig geheim waar hij nu precies lucht wegzuigt. Dat is natuurlijk ook het geheim van de smid.'
Terwijl ingenieurs een schoep met snelheden boven die van het geluid (aan de rand 450 m/s) moeten laten ronddraaien voor drukverdubbeling, lukt Kerrebrock dit al op een tweemaal zo laag toerental. Draait Kerrebrocks' schoep op de snelheid van het geluid, dan verdubbelt hij de druk niet, maar verdrievoudigt hem. `Met zo'n schoep als propeller of fan, zal de efficientie van de vliegtuigmotor fors kunnen verbeteren', schat Van Buijtenen in.
Ook zal de vliegtuigmotor, die nu de benodigde druk in de gasturbine moet opbouwen in meerdere trappen, met minder trappen toekunnen. Want: 'floe minder trappen, hoe lichter de motor.'
De zuigkracht is essentieel, want de efficientie van een vliegtuigmotor wordt gemeten aan de verhouding tussen aangezogen lucht en de stroom door de turbine: de zogeheten bypassratio. Een motor in een passagiervliegtuig, een zogeheten turbofan, houdt feitelijk het midden tussen een propellermotor (optimaal bij lage snelheden) en een straalmotor (optimaal bij hope snelheid). Zo'n turbofan werkt via het zogeheten 'suck-squeeze-bang-blow' principe (zuig-samenknijp-knal-blaas): een fan zuigt een relatief brede kolom lucht aan, waarvan een deel de turbine ingaat. De schoepen achter de fan, de zogeheten compressoren, versmallen de luchtkolom en drukken die daarmee samen. Deze smalle luchtkolom gaat een verbrandingskamer in, waar hij wordt vermengd met kerosine en vervolgens spontaan ontbrandt. Net als bij de straalmotor ontstaat er een superhete straal met hope snelheid. Die straal drijft weer een turbine aan, die de as ronddraait waarop de eerdergenoemde fan en compressoren draaien. Het vliegtuig zuigt zich dus door de lucht met de fan, terwijl de hete straal voor extra stuwkracht zorgt.
Wegzuigen van grenslagen
Kerrebrocks schoepen met gaatjes werden geproduceerd in titaan door de Amerikaanse schoepmaker Turbocam. In het Nasa Glenn Research Center in Cleveland zijn ze uitvoerig getest. Directeur Arun Sehra van Glenn Research Center zegt in het vakblad Progress in Aerospace Sciences: 'Dit is de sleuteltechnologie voor lichtere, krachtiger en efficientere vliegtuigmotoren.' Kerrebrock, sinds kort met emeritaat, had een academisch leven lang nieuwe schoepontwerpen uitgeprobeerd op de computer. Pas met de nauwkeurigheid van computersimulaties die de laatste jaren werd bereikt, kwamen er interessante dingen uit. Het bleek dat het gericht wegzuigen van een fractie van de luchtstroom, een tot twee procent slechts, de vullingsgraad van de schoep drastisch vergroot- `De truc is, om de grenslaag zo dun mogelijk to houden', vertelt Van Buijtenen. 'Deze groeit namelijk en maakt de doorstroom kleiner. Daarmee neemt de snelheid toe, tot boven die van het geluid, waarbij schokgolven de efficientie verder gaan verlagen.' Kerrebrock pakt die groei van de grenslaag nu aan door lucht op gebieden met een lage druk, plekken waar de luchtstroom de neiging heeft om to keren, aan de achterkant van het schoepblad via gaatjes weg to zuigen. Omdat de druk laag is, kost het wegzuigen bovendien nauwelijks extra vermogen. Bij het wegzuigen van grenslagen aan de vleugels in de jaren zeventig ging het om veel grotere hoeveelheden lucht.
Nasa en MIT presenteerden het eerste idee van hun turboschoep met gaatjes in 2003 op de ASME Turbo Expo in Atlanta. Sindsdien is het stil rond de turboschoep, al meldt motorbouwer General Electric wel dat zijn nieuwe turbofanmotor Genx uit minder trappen zal bestaan. De eveneens zeer stille en zuinige motor van de Airbus A380 - de GP7000 - profiteert in ieder ge val niet mee, want die is inmiddels uitontwikkeld en doorloopt de eerste vliegtesten. De GP7000 bereikt zijn geringe geluid door een slim ontwerp van de schoepen en verbeterde luchtstroom rond de schoepenuiteinden.
Vliegtuigdeskundige dr. Ronald Slingerland van de Faculteit Luchtvaart en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft erkent de kracht van de technologie van de schoepen met gaatjes, maar wijst er wel op dat er nog praktische problemen kunnen zijn. `In de jaren zeventig bleek de efficientiewinst van de met lasers in vleugels gebrande gaatjes uiteindelijk ook veel minder to zijn dan aanvankelijk voorgespiegeld. Er waren toen problemen met het openhouden van de gaatjes in alle weersomstandigheden. Het certificatieproces is dus cruciaal.'
Gejank en gefluit
Terwijl Kerrebrocks schoep de technologische basis legt, liggen de toepassingen ervan in handen van de ontwerpers van de vliegtuigmotoren. Ze kunnen in principe optimaliseren op efficientie, op geluidsniveau, op grootte van de motor of op kracht. Met de turboschoep zijn stille motoren to bouwen door de schoepen op een lager toerental to laten draaien, maar ook motoren op hetzelfde toerental als het huidige met minder schoepen of minder bladen op de schoepen, of motoren met eenzelfde aantal schoepen die sneller gaan.
Op het laatste zetten Kerrebrock en zijn onderzoeksteam in: zij werken aan motoren voor vliegtuigen met snelheden boven de geluidssnelheid die over land kunnen vliegen omdat ze weinig lawaai makenin dit zogeheten Quiet Supersonic Propulsion project draaien de compressoren met meer dan de geluidssnelheid, maar zorgt afzuiging ervoor dat er geen schokgolven onstaatn. Er ligt een model voor een motor met dezelfde stuwkracht, maar twee keer minder gewicht dan die van de Concorde.
Nasa heeft zelf uitgedacht hoe vliegtuig motiren van hun “gejank” en “gelfuit” af zouden kunnen komen. Het gefluit onstaat door luchtstoten aan de voorkant van de schoep en neemt af met lager toerental. Het gejank ontstaat in het visceuze zog van de rotorbladen. Ingenieuers bij het Glenn Research Center hebben aangetoond dat dit gejank verdwijnt bij het aanblazen van lucht uit de rand van het blad. Van de grondtoon van het gejank en de eerste drie octaven daarboven bleek de helft van het geluid af te snoepen, aanblazen met één procent van de aangezogen lucht.
Slechts drie
Vliegtuigingenieurs zouden dus twee vliegen in een klap kunnen slaan als ze de lucht die ze door Kerrebrocks gaatjes wegzuigen op het blad wegblazen in het zog. Dan zou zowel het gefluit aan de voorzijde als het gejank aan de achterzijde van de schoep kunnen verminderen. Dit vergt een gecompliceerd schoepontwerp, maar Nasa zou hiermee de ambitieuze technologische doelstelling, die ze in 1997 tijdens het bewind Clinton formuleerde, kunnen halen: de Amerikanen zouden in 2007 al tweemaal stillere vliegtuigmotoren bouwen als in 1997, in 2020 zelfs viermaal stillere. Op den duur zouden vliegtuigen van Amerikaanse makelij buiten bet vliegveld gewoon niet meer te horen mogen zijn, vond Nasa toen.
Maar hoeveel mogelijkheden er ook zijn, een concrete toepassing in een vlicmotor is duur en kost, vanwege de stenge certificatie, veel tijd. Eigenlijk zouden meerdere motorbouwers op deze technologie met elkaar moeten concurreren. Het probleem is, volgens Slingerland, dat er nog maar zo weinig vliegtuigmotorenbouwers over zijn. 'Drie slechts: General Motors, Rolls Royce en Pratt&Whitney. En met Pratt&Whitney gaat het niet zo goed.’ TW
"De GP7000 van Airbus A380 geldt al als men van de stilste, zuinigste en krachtigste motoren ter wereld. Met name de geringe hoeveelheid geluid is opvallend, want de turbofan maakt nog geen gebruik van gaatjes in de schoepen of lokale afzuiging. De GP70000 bereikt zijn lage geluidsniveau met een slimme vorm van de schoepen en verbeterde luchtstroom rond de schopenuiteinden."
PS: indien er interesse is kan ik vaker luchtvaart gerelateerde artikelen uit TW plaatsen. Ze publiceren rgelmatig over dit onderwerp. Er moet dan wel wat interesse zijn, scannen en redigeren is wel wat werk.
----------
Uit "Technisch weekblad", oktober 2006:
Door Henk Klomp.
Het gasturbinelab van MIT heeft een turboschoep gebouwd die bij hetzelfde toerental dubbele druk opbouwt. Hierdoor kan de vliegtuigmotor of efficienter, of stiller of krachtiger.
Leverden gaatjes in vliegtuigvleugels in de jaren zeventig uiteindelijk weinig op, in de bladen van propellers en compressoren lijken ze nu voor een doorbraak to gaan zorgen. Jack Kerrebrock van het gasturbinelab van MIT slaagde er als eerste in de schoep, bij hetzelfde toerental, twee keer zoveel zuigkracht te laten ontwikkelen. Hij bereikt dit, door het wegzuigen van lucht op het schoepblad. `De prestaties zijn indrukwekkend en voorspellen veel goeds', zegt Jos van Buijtenen, hoogleraar gasturbinetechniek aan de TU Delft. 'Kerrebrock houdt wet zorgvuldig geheim waar hij nu precies lucht wegzuigt. Dat is natuurlijk ook het geheim van de smid.'
Terwijl ingenieurs een schoep met snelheden boven die van het geluid (aan de rand 450 m/s) moeten laten ronddraaien voor drukverdubbeling, lukt Kerrebrock dit al op een tweemaal zo laag toerental. Draait Kerrebrocks' schoep op de snelheid van het geluid, dan verdubbelt hij de druk niet, maar verdrievoudigt hem. `Met zo'n schoep als propeller of fan, zal de efficientie van de vliegtuigmotor fors kunnen verbeteren', schat Van Buijtenen in.
Ook zal de vliegtuigmotor, die nu de benodigde druk in de gasturbine moet opbouwen in meerdere trappen, met minder trappen toekunnen. Want: 'floe minder trappen, hoe lichter de motor.'
De zuigkracht is essentieel, want de efficientie van een vliegtuigmotor wordt gemeten aan de verhouding tussen aangezogen lucht en de stroom door de turbine: de zogeheten bypassratio. Een motor in een passagiervliegtuig, een zogeheten turbofan, houdt feitelijk het midden tussen een propellermotor (optimaal bij lage snelheden) en een straalmotor (optimaal bij hope snelheid). Zo'n turbofan werkt via het zogeheten 'suck-squeeze-bang-blow' principe (zuig-samenknijp-knal-blaas): een fan zuigt een relatief brede kolom lucht aan, waarvan een deel de turbine ingaat. De schoepen achter de fan, de zogeheten compressoren, versmallen de luchtkolom en drukken die daarmee samen. Deze smalle luchtkolom gaat een verbrandingskamer in, waar hij wordt vermengd met kerosine en vervolgens spontaan ontbrandt. Net als bij de straalmotor ontstaat er een superhete straal met hope snelheid. Die straal drijft weer een turbine aan, die de as ronddraait waarop de eerdergenoemde fan en compressoren draaien. Het vliegtuig zuigt zich dus door de lucht met de fan, terwijl de hete straal voor extra stuwkracht zorgt.
Wegzuigen van grenslagen
Kerrebrocks schoepen met gaatjes werden geproduceerd in titaan door de Amerikaanse schoepmaker Turbocam. In het Nasa Glenn Research Center in Cleveland zijn ze uitvoerig getest. Directeur Arun Sehra van Glenn Research Center zegt in het vakblad Progress in Aerospace Sciences: 'Dit is de sleuteltechnologie voor lichtere, krachtiger en efficientere vliegtuigmotoren.' Kerrebrock, sinds kort met emeritaat, had een academisch leven lang nieuwe schoepontwerpen uitgeprobeerd op de computer. Pas met de nauwkeurigheid van computersimulaties die de laatste jaren werd bereikt, kwamen er interessante dingen uit. Het bleek dat het gericht wegzuigen van een fractie van de luchtstroom, een tot twee procent slechts, de vullingsgraad van de schoep drastisch vergroot- `De truc is, om de grenslaag zo dun mogelijk to houden', vertelt Van Buijtenen. 'Deze groeit namelijk en maakt de doorstroom kleiner. Daarmee neemt de snelheid toe, tot boven die van het geluid, waarbij schokgolven de efficientie verder gaan verlagen.' Kerrebrock pakt die groei van de grenslaag nu aan door lucht op gebieden met een lage druk, plekken waar de luchtstroom de neiging heeft om to keren, aan de achterkant van het schoepblad via gaatjes weg to zuigen. Omdat de druk laag is, kost het wegzuigen bovendien nauwelijks extra vermogen. Bij het wegzuigen van grenslagen aan de vleugels in de jaren zeventig ging het om veel grotere hoeveelheden lucht.
Nasa en MIT presenteerden het eerste idee van hun turboschoep met gaatjes in 2003 op de ASME Turbo Expo in Atlanta. Sindsdien is het stil rond de turboschoep, al meldt motorbouwer General Electric wel dat zijn nieuwe turbofanmotor Genx uit minder trappen zal bestaan. De eveneens zeer stille en zuinige motor van de Airbus A380 - de GP7000 - profiteert in ieder ge val niet mee, want die is inmiddels uitontwikkeld en doorloopt de eerste vliegtesten. De GP7000 bereikt zijn geringe geluid door een slim ontwerp van de schoepen en verbeterde luchtstroom rond de schoepenuiteinden.
Vliegtuigdeskundige dr. Ronald Slingerland van de Faculteit Luchtvaart en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft erkent de kracht van de technologie van de schoepen met gaatjes, maar wijst er wel op dat er nog praktische problemen kunnen zijn. `In de jaren zeventig bleek de efficientiewinst van de met lasers in vleugels gebrande gaatjes uiteindelijk ook veel minder to zijn dan aanvankelijk voorgespiegeld. Er waren toen problemen met het openhouden van de gaatjes in alle weersomstandigheden. Het certificatieproces is dus cruciaal.'
Gejank en gefluit
Terwijl Kerrebrocks schoep de technologische basis legt, liggen de toepassingen ervan in handen van de ontwerpers van de vliegtuigmotoren. Ze kunnen in principe optimaliseren op efficientie, op geluidsniveau, op grootte van de motor of op kracht. Met de turboschoep zijn stille motoren to bouwen door de schoepen op een lager toerental to laten draaien, maar ook motoren op hetzelfde toerental als het huidige met minder schoepen of minder bladen op de schoepen, of motoren met eenzelfde aantal schoepen die sneller gaan.
Op het laatste zetten Kerrebrock en zijn onderzoeksteam in: zij werken aan motoren voor vliegtuigen met snelheden boven de geluidssnelheid die over land kunnen vliegen omdat ze weinig lawaai makenin dit zogeheten Quiet Supersonic Propulsion project draaien de compressoren met meer dan de geluidssnelheid, maar zorgt afzuiging ervoor dat er geen schokgolven onstaatn. Er ligt een model voor een motor met dezelfde stuwkracht, maar twee keer minder gewicht dan die van de Concorde.
Nasa heeft zelf uitgedacht hoe vliegtuig motiren van hun “gejank” en “gelfuit” af zouden kunnen komen. Het gefluit onstaat door luchtstoten aan de voorkant van de schoep en neemt af met lager toerental. Het gejank ontstaat in het visceuze zog van de rotorbladen. Ingenieuers bij het Glenn Research Center hebben aangetoond dat dit gejank verdwijnt bij het aanblazen van lucht uit de rand van het blad. Van de grondtoon van het gejank en de eerste drie octaven daarboven bleek de helft van het geluid af te snoepen, aanblazen met één procent van de aangezogen lucht.
Slechts drie
Vliegtuigingenieurs zouden dus twee vliegen in een klap kunnen slaan als ze de lucht die ze door Kerrebrocks gaatjes wegzuigen op het blad wegblazen in het zog. Dan zou zowel het gefluit aan de voorzijde als het gejank aan de achterzijde van de schoep kunnen verminderen. Dit vergt een gecompliceerd schoepontwerp, maar Nasa zou hiermee de ambitieuze technologische doelstelling, die ze in 1997 tijdens het bewind Clinton formuleerde, kunnen halen: de Amerikanen zouden in 2007 al tweemaal stillere vliegtuigmotoren bouwen als in 1997, in 2020 zelfs viermaal stillere. Op den duur zouden vliegtuigen van Amerikaanse makelij buiten bet vliegveld gewoon niet meer te horen mogen zijn, vond Nasa toen.
Maar hoeveel mogelijkheden er ook zijn, een concrete toepassing in een vlicmotor is duur en kost, vanwege de stenge certificatie, veel tijd. Eigenlijk zouden meerdere motorbouwers op deze technologie met elkaar moeten concurreren. Het probleem is, volgens Slingerland, dat er nog maar zo weinig vliegtuigmotorenbouwers over zijn. 'Drie slechts: General Motors, Rolls Royce en Pratt&Whitney. En met Pratt&Whitney gaat het niet zo goed.’ TW
"De GP7000 van Airbus A380 geldt al als men van de stilste, zuinigste en krachtigste motoren ter wereld. Met name de geringe hoeveelheid geluid is opvallend, want de turbofan maakt nog geen gebruik van gaatjes in de schoepen of lokale afzuiging. De GP70000 bereikt zijn lage geluidsniveau met een slimme vorm van de schoepen en verbeterde luchtstroom rond de schopenuiteinden."
PS: indien er interesse is kan ik vaker luchtvaart gerelateerde artikelen uit TW plaatsen. Ze publiceren rgelmatig over dit onderwerp. Er moet dan wel wat interesse zijn, scannen en redigeren is wel wat werk.
Last edited:
