Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
De snelste supercomputer ter wereld helpt een bouwer van vliegtuigmotoren bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie turboprops.
Turbopropellers zijn niet nieuw. De Russische bommenwerper Toepolev Tu-95 (bijgenaamd Bear, foto hieronder), maakt bijvoorbeeld al sinds de jaren 50 gebruik van vier Koeznetsov turboprop-motoren met contraroterende propellers. Tot grote verrassing van de Amerikanen bleken die in staat om flinke snelheden te ontwikkelen. Niet de verwachtte 650 km/u, maar een dikke 900 km/u.
Maar in een tijd waarin vliegtuigbrandstof goed betaalbaar was, won de straalmotor in de burgerluchtvaart glansrijk van de propfans. Nu dat is veranderd en er steeds hogere eisen worden gesteld, wil vliegtuigmotorenbouwer GE de oude techniek toch weer in een nieuw jasje steken. Een kersverse Amerikaanse supercomputer gaat daarbij helpen.
Unducted fans (UDF’s), ook bekend als propfans of open rotormotoren, zijn er in allerlei soorten en maten. Vaak hebben ze veel propellerbladen, soms zijn die naar achteren gebogen en soms hebben die ook een draai in elk blad. De twee propellers draaien soms in tegengestelde richting, soms dezelfde kant op en soms staan de achterste bladen helemaal stil.
RISE!
GE, dat de plannen voor de nieuwe turboprop twee jaar geleden al aankondigde, bouwt zijn variant samen met CFM International in een project dat RISE heet; revolutionary innovation for sustainable engines. Niet alleen onder druk van stijgende brandstofprijzen, maar ook van CO2-uitstoot en het lawaai dat vliegtuigmotoren produceren.
Om daarbij te helpen, heeft GE Aerospace simulaties uitgevoerd met behulp van ’s werelds snelste supercomputer: Frontier. Die staat bij het Oak Ridge National Laboratory en kan met zijn 37.000 GPU’s meer dan een kwintiljoen (1030) berekeningen per seconde uitvoeren. Alle mensen op aarde zouden er samen meer dan vier jaar over doen om te berekenen wat de supercomputer in één seconde kan. Met de computational fluid dynamics-software van GE Aerospace berekent Frontier met ongekende nauwkeurigheid hoe de omringende lucht precies langs en door de motor beweegt.
Grote stappen
En dat moet dus tot superefficiënte motoren leiden. Mohamed Ali (nee, niet die), vice-president van GE Aerospace zegt daarover: “De industrie kan haar milieuambities in 2050 niet halen met marginale verbeteringen in brandstofefficiëntie. Daar zijn revolutionaire technologieën voor nodig. Wij denken dat het nu tijd is voor open fan.”
Ali denkt dat op die manier een grote slag in efficiëntie kan worden gemaakt. Het bereik van een toestel met de nieuwe turboprop-motoren wordt wel 20 procent vergroot ten opzichte van toestellen met de huidige generatie straalmotoren. En bovendien zijn ze tot 20 procent schoner doordat ze kunnen vliegen op Sustainable Aviation Fuels (groene brandstof of kortweg SAF) en ook op waterstof. En de geluidsproductie, vroeger een flink probleem voor dit soort motoren, zou volgens GE/CFM ‘binnen de strengste normen vallen’.
Lange weg
Er zijn inmiddels wat prototypes gebouwd waarmee getest wordt, maar voordat de eerste motor echt in gebruik kan worden genomen, worden er wereldwijd nog heel wat condensstrepen door de lucht getrokken. De eerste tests waarbij de RISE-motoren een vliegtuig aandrijven, worden namelijk niet voor 2025 verwacht. En voordat ze onder een commercieel vliegtuig kunnen worden gehangen, zijn we al een heel eind op weg in de jaren dertig van deze eeuw.
Bronnen: GE, CFM, New Atlas
Beeld: GE, USAF, DOE, Oak Ridge National Laboratory