En mer effektiv jetmotor är gjord av lättare delar, vissa 3D-tryckta

En ny generation av motorer utvecklas av världens största jetmotortillverkare, CFM (ett partnerskap mellan GE och Snecma of France), kommer att tillåta flygplan att använda cirka 15 procent mindre bränsle – tillräckligt för att spara cirka 1 miljon dollar per år per flygplan och avsevärt minska koldioxidutsläppen.

Stort fan: CFM testar kompositfläktbladen för den nya LEAP-motorn. De är monterade på en av företagets äldre motorer.

Den första av dessa nya motorer, kallad LEAP, kommer att innehålla en teknik som aldrig tidigare har använts i en storskalig produktion av jetmotorer: keramiska kompositmaterial som väger mycket mindre än de metallegeringar de kommer att ersätta och som tål mycket högre temperaturer . Motorn kommer också att använda sig av delar som produceras genom 3-D-utskrift, en ny typ av tillverkning som kan producera komplexa former som skulle vara svåra eller omöjliga att göra med konventionella tillverkningstekniker (se 10 Breakthrough Technologies 2013: Additive Manufacturing ). Dessa tekniker kan så småningom användas för att göra fler delar av motorn, vilket leder till ytterligare framsteg i effektivitet, säger Gareth Richards, LEAP-programchef för GE Aviation.

Även om byggandet av den första motorn började för mindre än två veckor sedan har företaget redan order på 4 500. De kommer att användas i Airbus A320neo, Boeing 737 Max och ett nytt plan från Kina, Comac C919. Förutom att spara pengar kommer motorn att hjälpa tillverkarna att följa nuvarande och förväntade föreskrifter utformad för att minska utsläppen av koldioxid och föroreningar som smogbildande kväveoxider (NOx).

En av de viktigaste innovationerna är användningen av keramiska matriskompositer utvecklade av GE. Keramik tål höga temperaturer, men de är normalt för spröda för användning i motorer. Forskare vid GE utvecklade ett sätt att förstärka dem med kiselkarbidfibrer, vilket gör dem lika motståndskraftiga som metall.

Keramiken kommer att minska mängden energi som används för att kyla av motordelar. Nuvarande motorer arbetar vid temperaturer som faktiskt är högre än smältpunkten för nickelmetallegeringarna som används inuti dem; för att förhindra att de smälter, leder motorn luften från en kompressor inuti motorn genom små hål i delarna, vilket skapar ett skyddande kyllager. Den keramiska kompositen kräver inte denna kylning, så luften kan istället användas för att generera dragkraft.

I LEAP-motorn kommer de keramiska matriskompositerna endast att ersätta några av nickellegeringsdelarna. Men i framtiden skulle de kunna användas för fler motordelar, vilket ytterligare minskar förlusterna från kylning. Denna förändring kan också tillåta motorer att köra vid högre temperaturer, vilket gör det möjligt att få mer dragkraft från en given mängd bränsle. Dessutom kan kompositer göra motorer lättare - delar gjorda av dessa material väger en tredjedel så mycket som motsvarande nickellegeringsdelar.

Motorn kommer också att ha 3-D-printade delar som kan förbättra motorns effektivitet och minska utsläppen. Systemet är mer sofistikerat och kraftfullt än de stationära 3D-skrivarna som har fått uppmärksamhet nyligen. Istället för att avsätta material använder den en laser för att förvandla metallpulver till solida former, lager för lager. Metoden förenklar tillverkningen av exakt formade bränslemunstycken som hjälper motorn att gå vid höga temperaturer utan att producera kväveoxider (se Additive Manufacturing och GE och EADS to Print Parts for Airplanes ).

En annan motortillverkare, Pratt & Whitney , utvecklar sin egen avancerade motor som kan minska bränsleförbrukningen med cirka 15 procent; köpare av Airbus A320neo kan välja antingen Pratt & Whitney-motorn eller CFM-motorn. Men Pratt & Whitney har en helt annan strategi för att förbättra effektiviteten. Istället för att använda kompositer, introducerar det växlar som hjälper olika delar av motorn att röra sig med optimala hastigheter (se Mer effektiv jetmotor kommer i växel och hybridvingen använder hälften av bränslet från ett standardflygplan).

Dölj