Myśliwiec przyszłości potrzebuje własnej elektrowni. Ten silnik ma zapewnić mu przewagę

Myśliwiec F-35 | Autor: Kapitan Nathan Poblete

Potencjalny myśliwiec przyszłości ma widzieć dalej, przetwarzać ogromne ilości danych, zakłócać elektronikę przeciwnika, komunikować się z dronami i korzystać z uzbrojenia, które jeszcze niedawno istniało głównie w prezentacjach producentów. Wszystko to prowadzi do problemu mniej widowiskowego niż lot naddźwiękowy, ale równie trudnego do rozwiązania. W skrócie? Ktoś musi zasilić te wszystkie systemy, a później pozbyć się wygenerowanego przez nie ciepła.

Ponad 100 prób, ale pełny silnik jeszcze nie pracuje

Rolls-Royce, włoskie Avio Aero oraz japońskie IHI Corporation zakończyły kolejną serię przeglądów projektowych układu napędowego przygotowywanego dla programu GCAP. Właśnie ta międzynarodowa inicjatywa Wielkiej Brytanii, Włoch i Japonii ma około 2035 roku doprowadzić do wprowadzenia myśliwca szóstej generacji, który zastąpi między innymi Eurofightery Typhoon oraz japońskie Mitsubishi F-2. Droga jest więc jeszcze długa, a do zrobienia całkiem sporo, więc często będziemy słyszeć o tego typu mniejszych osiągnięciach.

Eurofighter Typhoon Tym razem najważniejsza informacja sprowadza się do ponad 100 zakończonych testów podskalowych komponentów. Jednocześnie trwa już wytwarzanie części, a konstrukcja głównego demonstratora silnika zbliża się do ostatecznego zatwierdzenia. Kolejnym dużym etapem mają być próby naziemne kompletnego demonstratora opracowanego wspólnie przez firmy z trzech państw. Zebrane wtedy dane posłużą do dopracowania docelowego układu napędu, zasilania oraz zarządzania temperaturą.

Brzmi to jak wielki sukces i bez wątpienia jest to ważny etap. Trzeba jednak od razu zaznaczyć, że “ponad 100 testów komponentów” nie oznacza ponad 100 uruchomień gotowego silnika. Nie wiemy nawet, które dokładnie elementy sprawdzano, w jakich warunkach prowadzono próby oraz ile z pierwotnych założeń konstrukcyjnych trzeba było po drodze zmienić. Komunikat nie zdradza również docelowego ciągu, możliwości generowania energii elektrycznej ani wydajności systemu chłodzenia.

Mamy więc jakieś osiągnięcie, ale jeszcze nie dowód na to, że pełny układ działa zgodnie z oczekiwaniami. Ten pojawi się dopiero wtedy, gdy demonstrator trafi na stanowisko naziemne i zostanie obciążony tak, jak docelowa jednostka podczas realnego lotu. Właśnie dlatego uważam, że najciekawsza część całego programu dopiero się zaczyna.

Silnik ma napędzać samolot i zasilać całe jego cyfrowe wnętrze

Rolls-Royce opisuje opracowywany układ jako coś przypominającego “latającą elektrownię”. Określenie to wyjątkowo dobrze oddaje zmianę, która zachodzi w lotnictwie bojowym. Silnik nie ma już tylko sprężać powietrza, spalać paliwa i wytwarzać ciągu. Musi też zapewniać energię elektryczną dla radarów, systemów walki elektronicznej, komputerów pokładowych, czujników, łączności, siłowników oraz przyszłego uzbrojenia, bo wszystkie te technologiczne nowinki w kupie stają się coraz bardziej energożerne.

Nieprzypadkowo w tekstach o myśliwcach szóstej generacji coraz rzadziej skupiamy się wyłącznie na prędkości maksymalnej. GCAP ma być elementem większego systemu, a więc latającym centrum dowodzenia, wymiany informacji i zarządzania bezzałogowcami. W takiej maszynie radar, elektronika oraz oprogramowanie mogą mieć dla rezultatu misji większe znaczenie niż zdolność do osiągnięcia kolejnej dziesiątej części Macha. Do tego dochodzi uzbrojenie kierowane energią. Broń laserowa nadal pozostaje technologią pełną ograniczeń, a jej obecności w produkcyjnym GCAP nie należy dziś traktować jako pewnik. Mimo wszystko właśnie takie systemy najlepiej pokazują skalę wyzwania. Laser bojowy nie potrzebuje magazynu klasycznych pocisków, ale za to wymaga potężnego źródła energii, odpowiedniej elektroniki i wyjątkowo wydajnego chłodzenia. Bez tego pozostaje tylko kosztowną latarką, która po krótkiej chwili musi przestać działać.

Podobny problem dotyczy radarów i systemów walki elektronicznej. Im większa moc oraz możliwości obliczeniowe, tym więcej energii trzeba doprowadzić do urządzeń i tym więcej ciepła zostaje wewnątrz samolotu. Można więc zbudować fenomenalny czujnik, ale jeśli maszyna nie będzie potrafiła go zasilić przez odpowiednio długi czas, to jego katalogowe możliwości przestaną mieć znaczenie.

Największym przeciwnikiem może okazać się temperatura

Mam wrażenie, że właśnie kwestia chłodzenia najlepiej pokazuje, dlaczego stworzenie silnika dla myśliwca szóstej generacji jest tak trudne. Wygenerowanie dużej ilości energii to dopiero połowa sukcesu. Później trzeba jeszcze poradzić sobie z ciepłem powstającym w generatorach, komputerach, radarze, systemach zakłócających i potencjalnym uzbrojeniu energetycznym. W zwykłej elektrowni można zastosować rozbudowane wymienniki, duże radiatory i ciężkie instalacje chłodzące. Myśliwiec nie daje takiej swobody. Każdy kilogram wpływa na zasięg oraz osiągi, każda dodatkowa przestrzeń zwiększa rozmiary kadłuba, a nieprzemyślany wlot lub wylot powietrza może pogorszyć charakterystykę aerodynamiczną albo zwiększyć wykrywalność przez radar.

Rolls-Royce od lat rozwija więc zintegrowaną architekturę, w której turbina gazowa, generatory, magazyn energii, układ chłodzenia i elektroniczne sterowanie są projektowane jako jedna całość. Firma rozpoczęła jeszcze w 2014 roku prace nad generatorem-rozrusznikiem umieszczonym bezpośrednio w rdzeniu silnika. Takie rozwiązanie ma ograniczać konieczność stosowania zewnętrznej przekładni napędzającej klasyczny generator, a więc oszczędzać miejsce oraz zmniejszać liczbę elementów mechanicznych wokół jednostki napędowej.

Co ważne, energia może być zarządzana dynamicznie. W jednej fazie lotu priorytetem będzie zapewnienie maksymalnych osiągów silnika, w innej zasilenie radaru lub systemu walki elektronicznej, a jeszcze w innej ograniczenie temperatury, aby wydłużyć żywotność komponentów. Rolls-Royce pracował również nad maszynami elektrycznymi połączonymi z dwoma wałami silnika, magazynowaniem energii oraz algorytmami rozdzielającymi moc zależnie od sytuacji. Nie wiemy wprawdzie, ile z tych rozwiązań znajdzie się w docelowym GCAP, ale wyraźnie pokazują one kierunek rozwoju.

Silnik staje się więc tym samym nie tyle pojedynczym urządzeniem, ile całym systemem energetycznym samolotu. Jest to coś znacznie bardziej złożonego niż klasyczne dokładanie większego generatora do istniejącej konstrukcji.

Ponad 9000 miejsc pracy i równie wiele powodów do ostrożności

Konsorcjum podaje, że program układu napędowego GCAP wspiera już ponad 9000 specjalistycznych miejsc pracy na świecie. Pokazuje to ogromną skalę całego przedsięwzięcia, ale przypomina również, że nie rozwijamy tu pojedynczego demonstratora przeznaczonego wyłącznie do wykonania kilku prób. Wielka Brytania, Japonia i Włochy budują zaplecze przemysłowe, które ma projektować, produkować, rozwijać oraz obsługiwać nową rodzinę samolotów przez wiele dekad.

Z jednej strony trudno nie docenić postępów. Ponad 100 prób podzespołów, rozpoczęcie produkcji elementów i zbliżanie się do zatwierdzenia projektu demonstratora oznaczają, że GCAP powoli opuszcza świat grafik koncepcyjnych. Jest to bardzo ważne, bo wspólny myśliwiec Wielkiej Brytanii, Japonii i Włoch od początku był przedsięwzięciem na tyle ambitnym, że łatwo było traktować go jako kolejną odległą obietnicę.

Z drugiej strony nie znamy najważniejszych parametrów. Nie wiemy, jaką moc elektryczną zapewni docelowy układ, ile ciepła będzie w stanie odprowadzić, jaki osiągnie ciąg, jak wpłynie na zasięg ani ile będzie ważyć. Nie dostaliśmy też terminu rozpoczęcia prób kompletnego demonstratora. Jeśli jednak pełny demonstrator potwierdzi założenia Rolls-Royce’a, Avio Aero i IHI, to właśnie ukryty głęboko pod poszyciem układ napędowy może okazać się najważniejszą technologią całego GCAP.

Czytaj cały artykuł u źródła — Chip.pl