Rolls Royce Ultrafan

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26 Aprile 2012
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Apro questo thread perchè, malgrado la pandemia e dopo le esperienze non proprio ottime per il Trent 1000, RR ha iniziato la costruzione dell'Ultrafan.
Rolls-Royce begins building world's largest jet engine which is designed to slash emissions for airlines post-pandemic - and runs on waste


fonte qui.

RR s'è data degli obiettivi mica da ridere: -20% di emissioni, riduzione del rumore rispetto al Trent 700, turnround più veloce... Se ce la faranno il 350 avrà una seconda vita mica da ridere.
 
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Apro questo thread perchè, malgrado la pandemia e dopo le esperienze non proprio ottime per il Trent 1000, RR ha iniziato la costruzione dell'Ultrafan.


fonte qui.

RR s'è data degli obiettivi mica da ridere: -20% di emissioni, riduzione del rumore rispetto al Trent 700, turnround più veloce... Se ce la faranno il 350 avrà una seconda vita mica da ridere.
È un po' che seguo gli sviluppi dell'ultrafan e devo dire che è un gran bel motore.
Vero che il Trent 1000 non ha avuto i risultati sperati, al contrario il Trent XWB sta performando alla grande. Infatti è e rimarrà l'unica opzione per motorizzare il 350. Sempre che l'azienda di Derby non vada a zampe per aria...
 
È un po' che seguo gli sviluppi dell'ultrafan e devo dire che è un gran bel motore.
Vero che il Trent 1000 non ha avuto i risultati sperati, al contrario il Trent XWB sta performando alla grande. Infatti è e rimarrà l'unica opzione per motorizzare il 350. Sempre che l'azienda di Derby non vada a zampe per aria...

Sono un po' cattivo con RR, devo ammettere... il Trent 1000 di sicuro è un motore molto differente dall'XWB essendo bleedless e via dicendo, per cui spero che Ultrafan sia più XWB che 1000. Se davvero riusciranno ad essere il 20% in meglio dei motori attuali sarebbe davvero dura per Boeing col 777-X.
 
Sarebbe il motore perfetto per il 787-10, che attualmente dispone di un range di soli 11.750 km a causa della scelta di Boeing di mantenere il MTOW del 787 a 254t. Scelta che a quel punto pagherebbe alla grande.
 
Sarebbe il motore perfetto per il 787-10, che attualmente dispone di un range di soli 11.750 km a causa della scelta di Boeing di mantenere il MTOW del 787 a 254t. Scelta che a quel punto pagherebbe alla grande.

Non credo sia bleedless.
 
Non lo è in effetti. Vedremo se Boeing riterrà i vantaggi del nuovo motore superiori ai costi per adeguare il 787.

Fanno prima a ridisegnare l'intero aereo: uno dei concetti di base del 787 è appunto quello di essere tutto elettrico, senza bleed air...
 
Ti dispiacerebbe ampliare il commento, mi piacerebbe capirci di più.

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Premessa: non sono un ingegnere.

In soldoni, tutti gli aerei tranne il 787 hanno un sistema di bleed air. Il sistema prende aria "travasata" (bled, non so esattamente come tradurlo... magari "spillata"?) dai motori e dall'APU per vari sistemi. Qui lo spiega meglio:

The design of most turbojet and turboprop powered aircraft incorporates a bleed air system. A bleed air system uses a network of ducts, valves and regulators to conduct medium to high pressure air, "bled" from the compressor section of the engine(s) and APU, to various locations within the aircraft. There it is utilized for a number of functions inclusive of:



Fonte.

Il 787, invece, non usa questo sistema e, se non ricordo male, usa attuatori elettrici al posto di alcuni sistemi idraulici. Il motivo è di risparmiare peso, ma alla fine della fiera ciò costituisce un aereo molto diverso da quelli 'normali'. Inserire un motore bleed air sul 787 equivarrebbe a, praticamente, disegnare un nuovo aereo.

Da Boeing:

On the 787, bleed air is only used for engine cowl ice protection and pressurization of hydraulic reservoirs. The electrified functions are wing deicing protection, engine starting, driving the high-capacity hydraulic pumps, and powering the cabin environmental control system.
 
Premessa: non sono un ingegnere.

In soldoni, tutti gli aerei tranne il 787 hanno un sistema di bleed air. Il sistema prende aria "travasata" (bled, non so esattamente come tradurlo... magari "spillata"?) dai motori e dall'APU per vari sistemi. Qui lo spiega meglio:



Fonte.

Il 787, invece, non usa questo sistema e, se non ricordo male, usa attuatori elettrici al posto di alcuni sistemi idraulici. Il motivo è di risparmiare peso, ma alla fine della fiera ciò costituisce un aereo molto diverso da quelli 'normali'. Inserire un motore bleed air sul 787 equivarrebbe a, praticamente, disegnare un nuovo aereo.

Da Boeing:
Però l'esempio di "riadattamento" al contrario c'è: il GE del 787 è lo stesso che spinge i B747-8i che usa spillamenti.
Il fatto di sottrarre aria a livello del compressore, è di per sé, una perdita di efficienza, mentre della corrente generata da ciascun generatore se ne usa meno di un terzo. Inoltre, laria calda spillata dai motori viene prima raffreddata, poi di nuovo scaldata,poi ri-raffreddata ed infine mixata con aria calda per ottenere la temperatura ottimale.
 
Però l'esempio di "riadattamento" al contrario c'è: il GE del 787 è lo stesso che spinge i B747-8i che usa spillamenti.
Il fatto di sottrarre aria a livello del compressore, è di per sé, una perdita di efficienza, mentre della corrente generata da ciascun generatore se ne usa meno di un terzo. Inoltre, laria calda spillata dai motori viene prima raffreddata, poi di nuovo scaldata,poi ri-raffreddata ed infine mixata con aria calda per ottenere la temperatura ottimale.

Vero ma c’è un distinguo: aggiungere un sistema di bleed air a un motore è molto più semplice che prendere un aereo e sistituire vari componenti alimentati da generatori con un altro sistema “classico”. Fai prima a progettare un 787 nuovo.

Tutto questo per dire che un 787-neo, chiamiamolo cosi, non potrebbe usare l’ultrafan concepito com’è concepito ora; avrebbe bisogno di un nuovo GEnX o Trent 1000 e al momento non mi sembra che i due siano in sviluppo.
 
Vero ma c’è un distinguo: aggiungere un sistema di bleed air a un motore è molto più semplice che prendere un aereo e sistituire vari componenti alimentati da generatori con un altro sistema “classico”. Fai prima a progettare un 787 nuovo.

Tutto questo per dire che un 787-neo, chiamiamolo cosi, non potrebbe usare l’ultrafan concepito com’è concepito ora; avrebbe bisogno di un nuovo GEnX o Trent 1000 e al momento non mi sembra che i due siano in sviluppo.
Infatti, credo che mettere un ultrafan senza spillamenti sia decisamente più semplice, dando al generatore un output più elevato per sopperire all'aumento di richiesta di energia.
Basti pensare che il RR XWB ha un rapporto di diluizione di 9.3:1 mentre il Trent 1000 arriva a 10:1. Per l'Advance si parla di 11:1
 
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Sono incappato in una notizia che mi ha incuriosito e dato che da solo non colgo bene i razionali la condivido qui (non c'e' ancora un 3d specifico per gli aerei ibridi o elettrici, ma c'e' questo che assumo di poter utilizzare per le innovazioni di RR).



Ora, 1 MW (o anche 2.5 MW) e' poca roba, come la potenza di 10 o 25 auto. Pero' se ho capito bene e' in turbo generatore con una densita' di potenza relativamente elevata, essendo inglesi hanno paragonato le dimensioni dell'oggetto ad un barilotto di birra.

E qui i razionali che mi sfuggono: quali sono i vantaggi?

In volo non si puo' sfruttare la frenata rigenerativa per recuperare energia che e' il principale vantaggio dei veicoli ibridi (anche se anni fa era uscita la notizia di una ricerca di EZ che ipotizzava il recupero di energia in fase di rullaggio).

La tramissione tradizionale puramente meccanica probabilmente e' piu' efficiente che la doppia conversione meccanica-elettrica-meccanica.

Quindi mi aspetterei che solo cambiando l'architettura del mezzo si possano ottenere vantaggi, ma qui passo alla pura fantasticheria.

Esempio: se ho batterie a bordo sufficienti per le brevi fasi in cui e' necessaria piu' potenza (es. decollo) o per atterrare in caso di avaria del motore termico, questo puo' essere piu' ridotto e ottimizzato per la velocita' di crociera e, soprattutto, non ridondato. Invece di Etops devo poter atterrare solo in elettrico.

Inoltre le emissioni e l'inquinamento sonoro potrebbero essere contenuti operando negli aeroporti nei pressi di aree urbane, sia in fase di rullaggio che decollo e atterraggio.

Se poi le batterie possono essere ricaricate anche a terra senza usare il generatore e quindi combustibili fossili risparmio sia sui costi del carburante che sulle emissioni anche in caso di capacita' limitata delle stesse.

Inoltre essendo i motori elettrici molto piu' compatti e leggeri, oltre che meno costosi e complessi, forse sono possibili diverse architetture per la propulsione. Per intenderci, un solo motore termico grosso, tanti motori elettrici piccoli.

Il motore termico puo' essere anche accoppiato meccanicamente ad un elica in coda che opera solo una volta in quota, quando il problema del rumore e' meno pressante.

E poi boh, ho finito le fantasticherie.

Qualcuno ha idea di come vogliono utilizzare questo coso? In che direzione vanno?
 
Mah.

Può essere che sia possibile uno "scaling up" tale da rendere un aereo regionale ibrido/elettrico possibile, però... il problema è che la "densità energetica" delle batterie agli ioni di litio è e rimane minuscola.

chemical_energy_content.png


Le batterie attuali dovrebbero migliorare 100 volte per arrivare ad essere più 'efficienti' efficienti del Jet A1. E, a differenza delle auto dove questo conta fino ad un certo punto, il peso in aviazione si fa sentire. Le batterie di una Tesla modello S pesano mezza tonnellata, e "tengono" solo 85kWh.
 
Infatti la soluzione in oggetto e' un generatore in grado di produrre la potenza elettrica necessaria a partire da normale combustibile.

Le batterie se presenti potrebbero essere di capacita' (e quindi peso) limitati come in un veicolo ibrido, pero' magari sufficienti per intervenire in fasi specifiche dando forse qualche vantaggio come ho provato a ipotizzare qui sopra.

Batterie sufficienti per voli commerciali puramente elettrici probabilmente resteranno al di la del fattibile ancora per un po', se non a cortissimo raggio.

La mia curiosita' era sul progetto specifico di RR citato negli articoli e sui possibili casi di utilizzo di un turbogeneratore fatto cosi', almeno idealmente.