Flygplans bränsleförbrukning kan minskas med 15 procent
De två flygmotorkoncepten växlad turbofläkt och open rotor gör det möjligt att minska bränsleförbrukningen hos flygplan betydligt. Med open rotor är den möjliga minskningen 15 procent. Detta visar chalmersforskaren Linda Larsson, som har analyserat och utvärderat de två koncepten.
Antalet kilometer som vi reser med flyg har i genomsnitt ökat med 5,8 procent per år, och bränsleförsäljningen har ökat med 2,2 procent per år under de senaste 40 åren. Nya tekniska lösningar måste till för att flyget ska minska sin klimatpåverkan.
Linda Larsson presenterade i fredags sin doktorsavhandling på Chalmers, där hon har studerat två lovande flygmotorkoncept.
– De kallas för växlad turbofläkt och open rotor. Det är två koncept där framdrivningsverkningsgraden är hög, det vill säga att energin som kärnmotorn skapar omvandlas på ett effektivt sätt till dragkraft, säger hon.
Det som skiljer en växlad turbofläkt från en vanlig turbofläkt är att den stora fläkten fram på motorn går med ett lägre varvtal än turbinen som driver den. Det sitter alltså en växellåda mellan turbinen och fläkten som reducerar varvtalet. Detta möjliggör en lättare turbin och högre turbinverkningsgrad.
I en open rotor-motor genereras det mesta av dragkraften av två motroterande propellerrader istället för en innesluten fläkt. Detta möjliggör större motordiametrar, och därmed högre framdrivningsverkningsgrad, utan att för den skull ge ett alldeles för stort och tungt motorhölje.
– Båda koncepten visade sig ha väldigt god potential för att minska bränsleförbrukningen. Växlad turbofläkt med upp till 4 procent, och open rotor med upp till 15 procent. Men sen gäller det förstås att utveckla tekniken och få den på plats, säger Linda Larsson.
Open rotor-konceptet studerades redan på 80-talet efter oljekrisen när bränslepriserna steg, och redan då kunde man visa att det fungerar. Men så sjönk bränslepriserna och teknologin blev mindre intressant. Nu börjar man få upp ögonen för den igen.
– Bränslekostnaden är en av flygbolagens största kostnader, och så finns det ju uppenbara miljöskäl och politiska incitament för att minska bränsleförbrukning och utsläpp. Det pågår en hel del forskning kring open rotor-koncept just nu, och någonstans runt 2030 tror jag att open rotor-konceptet kan vara på plats, säger Linda Larsson.
Hennes studie av open rotor-konceptet har gjorts på ett möjligt framtida litet flygplan som flyger kortare sträckor, till exempel mellan Göteborg och Berlin. För att göra dessa beräkningar krävs en metod för att representera propellerprestanda. Sådana modeller finns redan inom industrin, men då för specifika designer, vilka inte är öppet tillgängliga. Linda Larsson har istället tagit fram en metod som kan användas fritt och brett och som kan skalas om allteftersom mer data blir tillgängliga.
Open rotor-konceptet ligger alltså några år framåt i tiden, men när det gäller växlad turbofläkt är tillämpningarna inte långt borta.
– Jag har studerat hur stor potential arkitekturen i sig själv har, och har inte undersökt några specifika modeller från tillverkare, men redan nästa år kommer det finnas flygplan med växlad turbofläkt på marknaden, säger Linda Larsson.
FAKTA
Linda Larsson, industridoktorand på GKN Aerospace, presenterade sin doktorsavhandling på Chalmers den 9 maj. Avhandlingens titel är ”Analysis of concepts to reduce the environmental impact of aviation”
Läs mer om: Graphene Flagship
