Công nghệ máy bay tiếp tục phát triển hàng năm, nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, dẫn đến lợi nhuận tài chính tốt hơn cho các nhà khai thác. Trong những năm qua đã có một số sáng kiến từ tất cả các nhà sản xuất máy bay, nhưng trong những năm 1980, công nghệ quạt không ống dẫn (UDF) đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu trên các mẫu máy bay mới cho những năm 1990. McDonnell Douglas là một trong những nhà sản xuất đã theo đuổi công nghệ mới này trong gần một thập kỷ trước khi từ bỏ nó như một động cơ hàng không trong tương lai.
Một nỗ lực để vượt qua các Turbofan
Máy bay phản lực hiện đại hoạt động trên động cơ phản lực cánh quạt, khá đơn giản có một quạt ống dẫn gắn phía trước động cơ phản lực. Đi vào chi tiết về cấu tạo và hoạt động của tua bin phản lực sẽ cần một bài báo riêng; nhưng tuabin tạo ra phần lớn lực đẩy, quạt ống dẫn tạo ra lực đẩy bổ sung và giảm tiếng ồn tổng thể của động cơ, và đây là những gì các máy bay phản lực hiện đại sử dụng để vận hành máy bay của họ.
Năm 1973, khi OPEC thực hiện lệnh cấm vận dầu mỏ với các quốc gia được cho là ủng hộ Israel trong Chiến tranh Yom Kippur, giá dầu đã tăng vọt chỉ trong một đêm dẫn đến mức tăng từ 36 cent / gallon lên 53 cent / gallon. Đến năm 1974, một thùng dầu đã tăng gấp bốn lần so với những năm trước đó. Lệnh cấm vận kết thúc 1.19 tháng sau đó, nhưng giá dầu và sau đó là giá khí đốt tiếp tục leo thang. Một gallon gas đạt mức trung bình 1973 đô la một gallon chỉ sáu năm sau đó, một mức tăng giá đáng kể, gần gấp bốn lần so với năm 1980. Nhưng nó không dừng lại vào năm XNUMX, gas tiếp tục tăng giá dẫn đến một nỗ lực nghiêm túc để tìm và cập nhật các bộ nguồn để tiết kiệm nhiên liệu hơn.
NASA thực sự đã dẫn đầu trong việc tìm kiếm công nghệ và khái niệm mới để giảm đốt cháy nhiên liệu, bằng cách làm việc với các nhà sản xuất và cung cấp các khoản tài trợ nghiên cứu do NASA tài trợ. Các nhà sản xuất đã xem xét các cách để làm cho máy bay của họ tiết kiệm nhiên liệu hơn trong bối cảnh cuộc khủng hoảng nhiên liệu qua đêm khiến giá nhiên liệu tăng. Máy bay đột ngột đốt cháy một lượng lớn nhiên liệu là một nỗi đau cho các hãng hàng không. Một trong những nguồn điện quan trọng cho thấy nhiều hứa hẹn là công nghệ Quạt không giới hạn (UDF). Hai nhà sản xuất động cơ chủ chốt, Pratt & Whitney và General Electric đã đầu tư vào công nghệ này với động cơ nguyên mẫu, và Boeing và McDonnell Douglas cung cấp giường thử máy bay và giới thiệu các mẫu máy bay mới để giới thiệu cho khách hàng của hãng hàng không. Ngoài ra, các nhà sản xuất khác như Fokker, British Aerospace và Tupolev đều đầu tư vào việc thử nghiệm các loại động cơ điện dựa trên giá đỡ thay thế ở các mức độ khác nhau trong những năm qua.
UDF: Người hâm mộ không được cải tiến nổi lên như một lựa chọn
Trong khi có rất ít thông tin, McDonnell Douglas đã xem xét công nghệ UDF cho dòng MD-80 mới ra mắt như một lựa chọn. Điều thú vị là, bản trình diễn ban đầu ở dạng mô hình tỷ lệ 1/100 khác biệt đáng kể so với các bộ nguồn cuối cùng đã bay, có quạt đẩy hướng về phía trước. Đó là sự thể hiện gần gũi của 501 cánh quạt Allison 78-M1981 và một cánh quạt tiêu chuẩn Hamilton, được sử dụng trong một cuộc thử nghiệm với cánh quạt đẩy của NASA. Các tổ máy ban đầu này là động cơ phản lực cánh quạt được sửa đổi với quạt được đặt bên ngoài trục động cơ trên cùng trục với cánh máy nén, và giả định đây là một nghiên cứu thiết kế ban đầu từ năm XNUMX.
NASA đã công bố các nghiên cứu nội bộ của họ về công nghệ propfan cho các nhà sản xuất động cơ, những người quan tâm đến việc theo đuổi công nghệ này. Đến năm 1984, NASA đã trao một hợp đồng trị giá 20 triệu đô la để nghiên cứu sâu hơn và theo đuổi khái niệm về một nhà máy điện rôto hở cho General Electric (GE). GE đã hợp tác chặt chẽ với Boeing trong việc phát triển UDF để sản xuất động cơ máy bay đường ngắn mới, được đặt tên là 7J7 để giới thiệu trên thị trường vào năm 1991. 7J7 là máy bay đường ngắn thân rộng với tầm bay ban đầu lên đến 2700 hải lý. Nhưng cuối cùng, Boeing đã giới thiệu khái niệm thân hẹp lai với kích thước 155 inch cho các hãng hàng không như là cấu hình cuối cùng, với cấu hình chỗ ngồi 2-2-2 đảm bảo không có ghế giữa. Điều đó phụ thuộc vào khách hàng của hãng hàng không mà bạn đã nói chuyện, vì người ta nói rằng Boeing liên tục thay đổi suy nghĩ của họ về loại máy bay đang và sẽ như thế nào.
GE đã công bố khái niệm động cơ của họ tại Triển lãm Hàng không Farnborough năm 1984, hứa hẹn giảm tới 30% lượng nhiên liệu đốt mà không làm giảm tốc độ hành trình trên máy bay. Hai điểm quan trọng đối với đề xuất của GE là hai quạt quay ngược chiều giúp giữ cho chiều dài cánh quạt ở kích thước hợp lý (12 feet) so với một giá đỡ duy nhất có đường kính gần 20 feet. Điểm đáng chú ý thứ hai là việc thiếu hộp số, truyền sức mạnh từ tua-bin đến cánh quạt. Bắt đầu từ năm 1986, GE36 đã thực hiện một số chuyến bay thử nghiệm đáng kể, đạt tốc độ hành trình Mach .84 ở độ cao 39,000 feet trên chiếc máy bay 727 thử nghiệm của Boeing.
Có sự quan tâm đáng kể từ British Airways như một sự thay thế cho những chiếc 737-200, SAS và American Airlines. Tuy nhiên, British Airways đã lựa chọn Boeing 737-300 để thay thế. American Airlines đã lo ngại nếu chiếc 7J7 có thể được kéo dài hơn nữa bằng cách sử dụng cùng một động cơ. Trong nội bộ Boeing, 7J7 được coi như một quả bóng chính trị: một dòng máy bay tiết kiệm nhiên liệu mới có thể xảy ra, hay là thần chết cho dòng 737. Cuối cùng, American Airlines đã sử dụng máy bay Fokker 100 dựa trên tình trạng sẵn có. Công nghệ động cơ tuy đang tiến triển nhưng vẫn chưa đủ nhanh để đảm bảo ra mắt chiếc 7J7 vào năm 1991. Với sự cạnh tranh từ McDonnell Douglas, chưa kể đến chiếc Airbus A320 mới được giới thiệu, Boeing cuối cùng đã phải trì hoãn và sau đó hủy bỏ một chiếc máy bay sử dụng động cơ UDF. Nhưng McDonnell Douglas vẫn tiếp tục.
Allison Engine Company, công ty đã có khởi đầu từ một khái niệm tương tự, hợp tác với Pratt & Whitney vào năm 1987 để sản xuất một UDF nguyên mẫu để chạy thử nghiệm trên máy bay McDonnell Douglas. Trong khi Allison đã sản xuất một nguyên mẫu nhỏ hơn và thử nghiệm cùng với NASA vào năm 1981, nó đã bắt kịp GE36 vào năm 1985, chiếc bay đầu tiên. Pratt & Whitney sẽ không thể phát triển và chứng nhận thiết kế động cơ ban đầu để đáp ứng ngày ra mắt máy bay, và do đó hợp tác với Allison để tăng tốc độ phát triển. Động cơ được đề xuất với hai kích cỡ, với biến thể nhỏ hơn có công suất trục 10k mã lực và tỷ số nén 23: 1, với một máy nén tăng áp ba giai đoạn và tuabin điện cho 100 máy bay chở khách; và một máy bay mã lực trục 15k lớn hơn cho tối đa 160 hành khách. Động cơ được đặt tên là 578-DX, nhưng không giống như GE36, 578-DX trên thực tế sẽ có hộp số giảm tốc và nhờ đó tiết kiệm thêm 7% nhiên liệu. Nhưng có một hộp số đồng nghĩa với việc đau đầu về bảo trì và độ tin cậy hơn và các hãng hàng không đã phải cảnh giác. Allison tuyên bố rằng hộp số sẽ cần đại tu sau 30,000 giờ và thực tế là đáng tin cậy (mặc dù điều này sẽ không bao giờ được chứng minh).
McDonnell Douglas tham gia tất cả trên UDF
McDonnell Douglas đã lên kế hoạch cho loạt máy bay tiếp theo của mình dựa trên loạt MD-80 thành công. Chiếc máy bay thế hệ tiếp theo đầu tiên là MD-90, một phiên bản cập nhật của MD-80 với tất cả động cơ mới và buồng lái bằng kính, tầm bay tốt hơn và tiêu thụ ít nhiên liệu hơn. Nó cũng sẽ giải quyết tiếng ồn bằng cách có cấu hình tiếng ồn thấp hơn so với các động cơ JT8D hiện tại. Nhưng đây được cho là một biện pháp ngăn chặn khoảng cách cho đến khi công nghệ UDF phát triển mạnh mẽ và cuối cùng thay thế các máy bay MD-80 và 90 chạy bằng phản lực. Sau đó, McDonnell Douglas bắt đầu tiếp thị máy bay MD-91 và MD-92 ngay từ năm 1985, tất cả đều chạy bằng động cơ UDF của GE hoặc P&W.
MD-91 có thể là loại máy bay có sức chứa nhỏ nhất trong số các dịch vụ, ở mức 114 hành khách (2 hạng ghế) hoặc 130 hành khách (tất cả các hạng phổ thông) và chỉ dài dưới 129 feet. Nó sẽ sử dụng thân máy bay MD-87, nhưng với phần cánh lệch về phía sau 3 feet. MD-90 (được cung cấp năng lượng truyền thống) sẽ chở 153 hành khách (2 hạng ghế) hoặc tối đa 172 hành khách ở tất cả các cấu hình hạng phổ thông, với chiều dài thân là 152 feet. Cuối cùng, MD-92 lớn hơn một chút với chiều dài 157 feet, sử dụng thân máy bay MD-88 (kéo dài 133 inch về phía trước của cánh), và 165 hành khách (2 hạng) hoặc 173 hành khách ở tất cả các hạng phổ thông. Tất cả các máy bay sẽ có bộ ổn định ngang tổng hợp, với thang máy và bánh lái được hỗ trợ chia đôi và buồng lái kỹ thuật số hoàn toàn bằng kính. Tiếp theo đó là những chiếc máy bay khác được đưa ra thị trường như MD-94, nhưng đây được đề xuất là một thiết kế sạch để cạnh tranh với 7J7 của Boeing.
Có nhận định rằng một chiếc máy bay cánh quạt mở cho thấy tiếng ồn bên trong cho hành khách. McDonnell Douglas tuyên bố rằng mức độ tiếng ồn trong cabin của MD-91/92 sẽ là 80dB, tức là nó sẽ êm hơn tới 6dB so với máy bay chạy bằng phản lực. McDonnell Douglas tuyên bố rằng người biểu tình đã đăng ký 82dB trong quá trình thử nghiệm và các giám đốc điều hành hãng hàng không bay trên các chuyến bay tiếp thị đã đưa ra những tuyên bố như "rất yên tĩnh, tốt hơn mong đợi" hoặc "máy bay rất êm, đặc biệt là ở hàng cuối cùng." Điều này mâu thuẫn với báo cáo của các thành viên khác trong ngành du lịch, những người nói rằng bên trong rất ồn, một loại âm thanh chống đỡ khác, nhưng chắc chắn gây chú ý và tạo ra một số rung động trong cabin (sẽ được giải quyết ở phần sau). Các chuyến bay thử nghiệm tiếp thị đã được thực hiện ở Long Beach, và bay nhân viên hàng không, truyền thông, quân đội và các ngành khác (tổng cộng có 181 người). Máy bay sẽ bay ra khỏi LGB và ra Thái Bình Dương, trực tiếp qua Đảo Catalina, sau đó nó sẽ rẽ trái và về phía Nam, nơi nó sẽ quay đầu qua đảo San Clemente và quay trở lại LGB.
Cực to và cực hiệu quả
GE36 cũng đã được thử nghiệm trên bệ thử McDonnell Douglas MD-80 cho loạt máy bay MD-9x trong tương lai một năm sau đó vào năm 1987. Nó được sửa đổi từ một cánh 8 × 8 được thiết lập (8 cánh trên mỗi cánh chống quay ngược chiều) thành một 10 × 8 với giá đỡ phía sau chứa 8 lưỡi so với đạo cụ phía trước là 10 lưỡi. Cấu hình này dẫn đến hoạt động êm ái hơn và phiên bản sản xuất thương mại sẽ có số lượng lưỡi dao khác nhau trên mỗi giá đỡ để đạt được độ ồn mong muốn và hiệu suất tốt nhất. Hầu hết các chuyến bay thử nghiệm với giường thử McDonnell Douglas MD-80 đều được thực hiện với GE36, vì tùy chọn P&W bị chậm so với kế hoạch.
Hầu hết các thử nghiệm trên giường thử MD-80 là với GE36, đạt tốc độ tối đa Mach 865 ở độ cao 37,000 feet. Động cơ này sẽ thực hiện được 165 giờ trong 93 lần bay thử nghiệm, nhiều hơn đáng kể so với 578-DX. McDonnell Douglas bắt đầu đề cập đến UDF bằng một từ viết tắt khác: UHB - Ultra High Bypass, và đưa ra các biến thể và loại máy bay khác sử dụng từ viết tắt UHB. Chúng được bán trên thị trường với khả năng đốt cháy ít nhiên liệu hơn tới 40%, nhưng bỏ qua sự gia tăng chi phí đáng kể để có được những bộ nguồn mới này. McDonnell Douglas thậm chí còn đang thảo luận về việc cung cấp các trang bị động cơ trên các máy bay dòng MD-80 hiện có. Khi Boeing hủy chuyến bay 7J7, McDonnell Douglas trong tài liệu tiếp thị cho các hãng hàng không bắt đầu nói rằng bạn không thể nhận công nghệ UDF từ bất kỳ ai ngoài McDonnell Douglas. Tất cả đều dựa trên GE36, vì cho đến thời điểm này, 578-DX vẫn chưa bay trên khung máy bay McDonnell Douglas do đã bỏ lỡ nhiều mốc quan trọng trong lịch trình do nhiều vấn đề.
McDonnell Douglas rất tự tin vào những gì UDF đưa ra, đến nỗi nó đã trở thành một biến thể quân sự khi Hải quân bắt đầu tìm kiếm một máy bay tuần tra mới, cụ thể là cuộc thi Máy bay có khả năng tác chiến chống tàu ngầm tầm xa (LRAACA) được khởi động vào tháng 1987 năm 3. Cuộc thi này đang tìm kiếm sự thay thế cho chiếc máy bay P-3 Orion đã cũ. Không có nhà sản xuất nào khác ngoài Lockheed quan tâm đến việc xây dựng một phiên bản phái sinh cho P-1987. Nhưng Hải quân sẽ không chỉ giao cho Lockheed một hợp đồng mà không đấu thầu nó, và do đó đã mở rộng phạm vi bao gồm các dẫn xuất máy bay thương mại vào tháng XNUMX năm XNUMX.
McDonnell Douglas đã gửi một dẫn xuất MD-91, trớ trêu là MD-91 vẫn chưa chính thức bay. Tên gọi cho phái sinh là P-9D, và nó là MD-91 được UDF cấp nguồn nhưng có thêm thiết bị. McDonnell Douglas đã đưa ra một trong hai động cơ (P&W hoặc GE) như một sự lựa chọn cho Hải quân, mặc dù chiếc 578-DX chưa bay trên giường thử MD-80. P-9D được cho là có mức đốt cháy nhiên liệu thấp hơn 45% + so với P-3 Orion hiện tại. P-9D lẽ ra sẽ mang theo các thiết bị điện tử và cảm biến mới nhất, cùng với Tên lửa AGM-84 Harpoon và hoạt động với phi hành đoàn 11 người. Tuy nhiên, vào tháng 1988 năm 7, Hải quân đã chọn đề xuất Lockheed (P-91) thấp hơn đáng kể. về chi phí so với đề xuất của McDonnell Douglas, đồng thời được đánh giá là vượt trội về mặt kỹ thuật với ít rủi ro kỹ thuật hơn. McDonnell Douglas tiếp tục với MD-92 và MD-1988 thương mại, bay nguyên mẫu UDF đến Farnborough Airshow năm 36 được trang bị động cơ GEXNUMX với hy vọng tăng doanh số bán hàng.
578-DX sẽ trải qua quá trình thử nghiệm trên mặt đất từ cuối năm 1987, với kế hoạch thử nghiệm trên máy bay (được lắp đặt trên giường thử MD-80) được lên kế hoạch vào đầu năm 1988. Do các vấn đề cơ khí và kỹ thuật lặp đi lặp lại trên mặt đất, 578-DX đã không 'sẽ được phát sóng cho đến tháng 1989 năm 77, muộn gần hai năm. Nhưng khi thực hiện, nó được cho là đã bay không vấn đề gì với tốc độ lên tới Mach 30,000 ở độ cao 10 feet. McDonnell Douglas thậm chí còn đang thử nghiệm ý tưởng thay thế động cơ turbofans trên DC-270 bằng bộ nguồn UDF, với một ví dụ được đặt tên khái niệm là “UHB-XNUMX”, nhưng chưa bao giờ xuất hiện bên ngoài dạng mô hình.
Sau nhiều năm trì hoãn, McDonnell Douglas đã khai tử các biến thể UDF của máy bay MD-9x mới vào tháng 1989 năm 578, một tháng sau khi thử nghiệm thành công 9-DX. Rõ ràng là sự chậm trễ của động cơ sẽ đẩy dòng máy bay MD-1990x đi xa hơn vào giữa cuối những năm 150 trước khi khách hàng của hãng hàng không có thể nhận hàng. Và GE không quan tâm đến việc tiếp tục với UDF của họ trừ khi McDonnell Douglas có đơn đặt hàng chắc chắn cho ít nhất XNUMX máy bay. Bị mắc kẹt trong kịch bản gà và trứng, các hãng hàng không nói chung không muốn đặt hàng một loại hoàn toàn mới mà nhà sản xuất không cam kết đầy đủ về loại này. Nhưng McDonnell Douglas sẽ không cam kết bất cứ điều gì, từ đảm bảo dữ liệu hiệu suất đến sản xuất máy bay mà không cần đơn đặt hàng.
Cuối con đường cho UDF
Điều gì đã giết chết khái niệm UDF? Giá cả, giá cả và giá cả. Giá nhiên liệu khi khái niệm UDF ra mắt đã đứng đầu thị trường và đang tăng lên từng ngày. Nhưng khi các khái niệm UDF cuối cùng đã bay, giá khí đốt đã bắt đầu giảm xuống. Từ mức cao 1.31 đô la một gallon vào năm 1981, đến năm 1986, giá xăng trung bình là 86 một gallon. Khí đốt không còn được coi là một vấn đề tài chính so với đầu những năm 1980. Vấn đề thứ hai là giá của động cơ. Chiếc 578-DX của Pratt & Whitney được dự báo sẽ có chi phí mua cao hơn 40% so với loại động cơ phản lực cánh quạt hiện có trên máy bay Boeing và McDonnell Douglas. Kinh tế học không hoàn toàn hoạt động theo cách họ mong đợi. Cuối cùng, không có khách hàng nào đặt hàng chắc chắn cho máy bay chạy bằng quạt đẩy. Cả ba vấn đề này đã giết chết khái niệm UDF.
Nhưng tất cả đều không mất đi, và rất nhiều điều đã học được từ cuộc tập trận của UDF. Công nghệ chế tạo cánh quạt của UDF được sử dụng để phát triển cánh quạt cho GE90, một trong những động cơ cung cấp năng lượng cho máy bay Boeing 777. Công nghệ sử dụng vật liệu composite hiện được sử dụng trong nhiều bộ phận của máy bay. Và vẫn có những công ty, bao gồm cả GE, tiếp tục xem xét công nghệ UDF.
