2011. március 25., péntek

Kereskedelmi repülés - ketyeg a villanyóra?

Nem lennék ma a légitársaságok vagy a repülőgépgyárak stratégiai döntéshozói helyében. Egyetlen biztos dolog látszik ma a kereskedelmi légiiparban, mégpedig az, hogy túl kell élni. De hogy pontosan mit és hogyan, arra koránt sem egyszerű a válasz. Vegyük sorra a legkényesebb szempontokat.

Meddig ér a takaró?

Ami egészen biztosan a utoléri előbb vagy utóbb az iparágat, az az energiahordozók piacának átrendeződése. Az olajkészlet véges mivolta szinte már lerágott csont, ennek ellenére nincsenek pontos prognózisok arra nézve, hogy milyen ütemben kényszerül a világ leszokni róla. Ráadásul ahelyett, hogy az idő előrehaladtával tisztábban látnánk, a kép egyre több tényező miatt lesz homályosabb.

Az arab világ a szokott feszültségekhez képest is bizonytalanabb képet mutat jelenleg. Nem tudni, milyen társadalmi, politikai változások jönnek, és ezek hogyan hatnak a piacra. Annyi bizonyos, hogy önmagában a politikai bizonytalanság is árfelhajtó tényező. Az is valószínű, hogy ha a megindult társadalmi változások nyugvópontra is jutnak, az arab világ, illetve minden olajtermelő ország maga is kénytelen lesz a kitermelés és eladás jövőjével szembenézni, hiszen akár öt, akár ötven éven belül kezd megdőlni a termelés és a fogyasztás viszonylagos egyensúlya, a történet vége mindenképp az export csökkenése, miközben a lakosság létszáma általában lendületesen növekszik. Komoly válsághelyzetek elé néznek azok az államok, amelyek nagyrészt az olajexportra támaszkodtak eddig. Ha átmenetileg növekedhet is a hordónkénti ár, hosszabb távon a világ le fog szokni az olaj közlekedési célú elégetéséről, már csak muszájból is... 

Ám ez nagy valószínűséggel sem időben, sem földrajzilag nem egyszerre fog lezajlani a világban. Olyan nagyméretű gazdaságok, mint Kína, India durván bővülő energiafogyasztása egyelőre biztosnak látszik. A két ország lakossága meghaladja a 2,5 milliárd főt, miközben a világ összlakossága 7 milliárd körül mozog. Ez azt jelenti, hogy a világ minden harmadik polgára az említett két, gazdaságilag lendületesen növekvő országának lakója. A gazdaság növekedése a motorizáció, ipari, mezőgazdasági energiafelhasználás növekedését is jelenti egyben. Kérdés, hogy ezek az országok milyen gyorsan képesek átlépni az olajkérdést, merthogy erre nekik is égető szükségük lesz. Az átmeneti időben azonban fogyasztásuk meghatározó lehet az olajárra illetve az üzemanyagok árára is.
Maga az olajkérdés természetesen a világ összességére nézve is kemény kihívás, potenciális válságtényező. A jelenleg elmaradott technológiákat használó országoknak igen gyorsan kell alkalmazkodniuk a jövő lehetőségeihez, nem járhatják végig azt a kényelmes, lomha, olajpazarló fejlődési pályát amit a mai fejlett világ bejárt.
A fejlett országoknak is néhány év alatt kell "csodát" tenniük, ha ki akarják védeni a fenyegető olajhiányt. Az ún. olajcsúcs (peak oil) elmélet taglalja ezt az ügyet. Az elmélet egyetlen problémája, hogy nem tudja egzakt módon meghatározni, hogy mikor és mennyire nyílik meg a kereslet és kínálat ollója.

Mi lehet a kerozin alternatívája?


A kérdésre nyilván rengeteg ötlet jut eszünkbe, ám a realitás kijózanítóan kevés valóban járható utat hagy nyitva. A világ mezőgazdaságilag hasznosítható területei csökkennek és nő a lakosság létszáma (2050-re már 10 milliárd köré teszik a várható népességet), eközben  üzemanyag termelés céljára befogni a mezőgazdasági területeket nem tűnik hosszútávú realitásnak. Mi egyebet tudunk még elégetni a hajtóműben? Folytak és ma is folynak kísérletek cseppfolyós gázokkal, ám ezek előállítása, tárolása, biztonságos elhelyezése a repülőgépen, vagy egy baleset esetén történő lefejtés, ártalmatlanítás lehetősége mind megoldatlan probléma.
Sokkal egyszerűbbnek és biztonságosabbnak látszik az  elektromos meghajtás fejlesztése...
Játék?
Melyik gyermeklelkű repülős ember nem állt már meg mélázva egy modellezőbolt, vagy akár a hipermarketek játékosztályának polca előtt, ahol párezer forintért elemes, vagy lítium-polimer (LiPo) akkus elektromos modellel lepheti meg a gyerekét, vagy akár saját magát... Ezeken a modelleken a számítógépes meghajtókból ismert apró motorokhoz hasonló nagy nyomatékú hajtást használnak, ám a technológia a ritka földfém mágnesekkel kiegészítve már egészen komoly teljesítmény leadására képes. Pofonegyszerűnek tűnik tehát a kérdés: - ami kicsiben olyan kiválóan működik öt tíz percig, azt hogyan lehet megvalósítani többszázezerszer nagyobb tömegű, 10-15 órát repülni képes kereskedelmi gépeken?

Búcsú a gázturbinától?

Előbb-utóbb biztosan. Egyelőre még a meglévő technológia gazdaságosabbá tételén dolgoznak a gyártók, az átmenet pedig viszonylag lomha. Egy-egy gépet a légitársaságok, lízingcégek 12-15 évig biztosan használnak, de gyakori az ennél hosszabb üzemeltetés. Sok repülőgép ennek az időnek a leteltével kezdi meg a második életét akár egy kis chartercég vagy egy fejlődő ország flottájában, akár tehergépnek átalakítva. Az esetleges modernizálás, áthajtóművezés nem rutinművelet, tehát nem olyan egyszerű a dolog, hogy feltehetők a gazdaságosabb hajtóművek a régi helyére. A hajtóműveket teljesítményben és más paraméterekben is illeszteni kell az adott típushoz, függesztőpilonokat, hajtóműgondolákat és vezérlést kell cserélni a repülőgépen, valamint több szoftvert módosítani, újraírni, típusmódosítással együtt új légialkalmassági, vagy akár típusalkalmassági vizsgát tenni. Ez pedig már egy öregecske gépen nem biztos, hogy megéri.

Ráadásul éppen egy olyan nagyságrendű generációváltás zajlik a repülőgépiparban, amire a jetkorszak beköszöntése óta nem volt példa. A Boeing 787-es már repül, az A350 még készül. Közös bennük az agresszív előrelépés a kompozitok alkalmazásában, ami a repülőgép szerkezetének kb. felét teszi ki. Ez az üres tömeg (OEW) és a karbantartási igény csökkenését is jelenti, egyúttal olyan formai kialakításokat tesz lehetővé, amelyek az aerodinamikai fejlesztésben kulcsfontosságúak.
Elektromos fékek
Emellett a B787-es már nem a hajtómű által forróra sűrített levegőt használja fűtésre, és a hidraulikaszivattyúk, elektromos generátorok sem élősködnek már a hajtóműre épített mechanikus áttételen. Egyszerűen integráltak a hajtómű forgórészre egy indítómotor-generátort, amely elegendő energiát szolgáltat a fűtés, légkondicionálás, hidraulikanyomás, fékrendszer, jó hatásfokú elektromos táplálásához. A cél tehát a rendszerek szintjén már az "elektromosabb repülőgép" (more electric aircraft). A 787-esen még az utasablakok sötétítőlapjai helyett is elektrokromatikus ablaksötétítőt alkalmaznak. Szintén folyik a korábban hidraulikus meghajtású gépészeti egységek "villamosítása", ami lassan a teljes hidraulikarendszert kiválthatja.

A következő lépcső a hajtóműtől független, üzemanyagcellás segédrenszer kialakítása lehet. Az üzemanyagcella elektromos energát állít elő a repülőgép utaskényelmi és egyéb, viszonylag egyenletes terhelésű alrendszerei számára. Ez egy optimalizálható folyamat, miközben a hajtómű energiája egyre inkább csak a tolóerő előállítására fordítható. Ez az a pont, ahol azt mondhatjuk, hogy mindegy, mivel hajtjuk a repülőgépet, a hajtómű és amit tankolunk hozzá, akár le is cserélhető.
Kisebb, 1-2 személyes repülőgépek már ma is léteznek üzemanyagcellás elektromos hajtással éppúgy, mint a modellezésben említett, de a hibrid autókból is ismert LiPo akkumulátorral. Ám az üzemanyagcella  jelenleg nem alkalmas több tíz megawattos hajtóművek táplálására, ( kisgépes alkalmazásban is lítium akkuval segítik ki a nagyobb teljesítményt igénylő repülési fázisokban.)

Tehát a nagygépes repülésben még mindig gázturbinás hajtóműről beszélünk... És úgy tűnik még van mit fejleszteni a technológián...
P&W: Áttételes csőlégcsavaros hajtómű
Pillanatnyilag a különleges aerodinamikai kialakítású kompozit ventillátorlapátok (fan) bevezetése folyik, emellett tovább növekszik az úgynevezett kétáramúsági fok, ami a hajtómű belső folyamataihoz, égéshez, turbinahajtáshoz használt levegő és a tisztán tolóerőhöz átbocsájtott levegő hányadosa. Ez az arány a gázturbina bevezetésekor 1:1 - 1:2 között változott, ma túl vagyunk az 1:10-1:12-n is. Ugyanakkor igyekeznek könnyíteni és egyszerűsíteni a belső fokozatokat. Ez azt jelenti, hogy a hatalmas hajtóműburkolat alatt valójában egyre kisebb a tényleges nyomatékot előállító szerkezet, a hajtómű egyre nagyobb részét a csőlégcsavar, a ventillátor fokozat adja. Sorra jelennek meg a korábbinál jóval hatékonyabb hajtóművek. A General Electric GEnx, vele párhuzamosan a Snecma vegyesvállalat CFMI a Leap-X szériát, a Pratt&Whitney pedig az áttételezett ventillátorfokozatú GTF koncepciót dolgozta ki. A RollsRoyce Trent 1000-ese a B787-es, a Trent XWB az áttervezett, leendő Airbus A350 igényeit szolgálja ki. A légiipari fejlesztésben ismét egyre komolyabb tényezőnek számító orosz tervezőirodák sem maradnak ki a folyamatból.

NK-93: ellenforgó "ducted fan"
Úgy tűnik tehát, hogy ahogy a közutakról, a levegőből sem tűnik el egyhamar a megszokott hajtásmód, hanem egyelőre a hatékonyság a fogyasztáscsökkentés az elsődleges csapásirány.  Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy egyes technológiák nem vezethetők be hirtelen a teljes termékpalettán. Pl. az áttételes hajtás könnyebben megvalósítható a kisebb teljesítményű hajtóműveken, mint az A380-A350, vagy a B777-787 szintjén. Egy-egy fejlesztési irány teljes kidolgozása és engedélyeztetése 5-10 évig is elhúzódhat. Siettetni nem szabad a folyamatokat. A piac egyszerre akar gyorsan nagy előrelépéseket ugyanakkor kezdettől kimagasló üzembiztosságot vár el. Ez feltétele is a hatósági engedélyezésnek és a hosszútávú (ETOPS) üzemeltetésnek.

Itt tartunk most

Hogy mi lesz a gázturbinás hajtás esetleges elektromos utódja, hogyan lesz utasforgalmi méretekben is elérhető teljesen elektromos repülőgép -"all electric aircraft" - ezt még nem látni biztosan.  Kényes egyensúlyi helyzet alakult ki az évek folyamán a gép, hajtómű és hajtóanyag tömege, valamint a teljesítmény, hasznos teher és a hatótáv kérdéseiben, amelyek finomítása adja pillanatnyilag azokat a százalékokat, amelyek évről évre javuló hatásfokú repülőgépeket eredményeznek.
Az elektromos hajtást mamár senki nem tartja elvetemült ötletnek, de még nem látni akár csak alakulófélben sem egy prototípust. Szupravezetők, ritka földfém mágnesek, hidrogén, földgáz, biogáz üzemű üzemanyagcellák, hibrid megoldások forognak a tervezőasztalokon.

Sonex: LiPo akkuval
A most folyó kutatások számolnak az egyáltalán nem újkeletű open rotorral és a burkolt, impelleres (ducted fan) technológiával éppúgy, mint a hagyományosabb légcsavaros megoldással. Az utasgépekre alkalmas elektromos hajtóművek azonban egyelőre nehezebbnek ígérkeznek a meglévő gázturbináknál, ami a repülőgép struktúrális átalakítását igényli. Ráadásul emellett a repüléshez szükséges energia tárolása már semmiképp nem mehet a hasznos teher rovására, mert az mindenképp visszalépés lenne.
(Ugyanezzel a problémával küzd a hibrid- és a tisztán elektromos gépkocsi is).



A legvalószínűbb forgatókönyv az, hogy ahogyan a játéknak indult elektromos repülők már kézzelfogható sportgépekké segédmotoros vitorlázókká nőtték ki magukat, úgy folytatódhat a technológia térnyerése a nagyobb gépeken is.


Mindeközben a repülőgépek sárkányára is komoly fejlődés vár, de ezt egy külön cikkben fogjuk boncolgatni. Lesznek meglepetések a témában, kicsit át fog fogalmazódni a repülőgépekről alkotott képünk az elkövetkező években.

Addig azonban jópár gyerekcipőt ki kell nőni, tévedésekre pedig nemigen marad idő ...

És mégvalami: az atomenergia bősz ellenfeleinek is le kell majd ülni kicsit töprengeni.....
 








Boeing: üzemanyagcellás elektromos Dimona

(Bár igyekeztem a fentiekben a közérthetőség határain belül maradni, bármilyen kérdést bátran fel lehet tenni a cikk alatti megjegyzés mezőben. A cikk kevésbé a szakmának szól, inkább az érdeklődőknek igyekeztem összefoglalni a pillanatnyi helyzetet. Az anyag lehetne akár tízszerekkora is :) )


Folytatjuk....


Creative Commons LicencTrikó Nick

Nincsenek megjegyzések: