Mẫu động cơ của CFM có thể 'thay đổi ngành hàng không mãi mãi'

Sản xuất ra loại động cơ đạt đủ các yếu tố độ ồn thấp, mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu, giảm chi phí bảo trì và vận hành tổng thể là tôn chỉ hoạt động của CFM.

Kể từ khi các động cơ CFM đầu tiên đi vào hoạt động vào đầu những năm 1980, chúng đã giúp giảm 40% mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải CO2 so với các động cơ cũ. Hãng dự định cắt giảm thêm 20% nữa bằng việc chế tạo loại động cơ cánh quạt mở thông qua dự án RISE.

“Ý tưởng về cánh quạt mở giúp đốt cháy nhiên liệu hiệu quả và giảm phát thải CO2 là thứ mà chúng tôi tin rằng sẽ mang lại nhiều lợi ích nhất”, Travis Harper, Giám đốc sản phẩm GE trong dự án RISE, cho biết.

Điểm khác biệt của cấu trúc cánh quạt mở so với các động cơ cánh quạt phản lực là nó không có vỏ bọc. Quạt mở có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất lực đẩy, một yếu tố quan trọng góp phần giảm khí thải và tiêu thụ nhiên liệu.

Nhóm nghiên cứu dự định chế tạo cánh quạt từ sợi carbon đặc biệt, được dệt dạng không gian ba chiều và chứa nhựa thông bên trong. Vật liệu này nhẹ và dai, cho phép các kỹ sư làm ra cánh quạt có đường kính lớn tới gần 4 m (lớn hơn bề ngang cabin của Boeing 737) , từ đó gia tăng hiệu suất đẩy và tỷ lệ vòng quay.

Tỷ lệ vòng quay là một thông số quan trọng cho thấy mối tương quan giữa lực đẩy mà cánh quạt tạo ra với lượng nhiên liệu mà nó cần. Vào những năm 1980, các động cơ của CFM đạt tỷ lệ vòng quay 5:1 và đến động cơ LEAP, con số này là 11:1.

Động cơ cánh quạt mở có thể cho phép con số đạt tới 70:1. Điều này có nghĩa là cùng một lượng nhiên liệu, động cơ mới cho ra lực đẩy gấp 7 lần so với các động cơ hiện tại. CFM gọi đây là tương lai của ngành hàng không.

Ý tưởng về việc đưa cánh quạt ra ngoài động cơ đã được GE và NASA phát triển vào những năm 1980 với việc cho ra đời động cơ GE36. Đây là động cơ thử nghiệm có cánh quạt composite. Vật liệu mới giải quyết bài toán trọng lượng cho cánh quạt, giúp chúng có đường kính lớn hơn.

Từ đó loại động cơ phản lực hai luồng khí hệ số tách dòng cao ra đời. Nhà sản xuất máy bay có thể phát triển được những chiếc máy bay đường dài như Boeing 777 và Boeing 787 Dreamliner mà chỉ cần sử dụng 2 thay vì 4 động cơ.

“Cánh quạt mở là một ý tưởng tuyệt vời, nhưng 40 năm trước chúng ta chưa đủ khả năng tối ưu hóa khí động học và âm học”, Harper chia sẻ.

Chế tạo một chiếc quạt lớn hơn không phải là cách duy nhất để làm cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Một cách tiếp cận khác là cải thiện phần lõi của động cơ chứa máy nén, bộ đốt, turbine và các bộ phận khác giúp chuyển đổi năng lượng của nhiên liệu thành chuyển động quay hiệu quả.

Chương trình RISE sử dụng một vật liệu đã được thử nghiệm trong động cơ LEAP và GE9X là hỗn hợp ma trận gốm, hay còn gọi là CMC. Đây là vật liệu có trọng lượng bằng 1/3 thép nhưng có thể chịu được nhiệt độ cao tới 1.300 độ C, vượt quá điểm nóng chảy của nhiều siêu hợp kim kim loại tiên tiến. Điều này có ý nghĩa lớn đối với việc cải thiện hiệu suất chịu nhiệt của động cơ.

Ngoài ra trong chương trình RISE, động cơ cánh quạt mở sẽ là một động cơ lai điện sử dụng hoàn toàn nhiên liệu hàng không bền vững. CFM cho biết động cơ này sẵn sàng vận hành vào năm 2030.