آشنایی با موتور جت رولزرویس Trent XWB

موتور جت رولزرویس Trent XWB یک توربوفن سه‌محوری با دور بالا (high-bypass) است که برای تأمین نیروی پیشران هواپیمای ایرباس A350 XWB طراحی شده است. این موتور دارای فَن با قطر 3 متر (118 اینچ)، نسبت دور (bypass ratio) 9.6:1 و نسبت فشار کلی (overall pressure ratio) 50:1 است. Trent XWB در دو نسخه اصلی عرضه می‌شود: XWB-84 با رانش 84,200 پوند-نیرو (374.5 کیلونیوتن) برای A350-900 و XWB-97 با رانش 97,000 پوند-نیرو (431.5 کیلونیوتن) برای A350-1000 و A350F. این موتور از طراحی سه‌محوری (low-pressure, intermediate-pressure, and high-pressure spools) رولزرویس بهره می‌برد و مجهز به سیستم کنترل دیجیتال FADEC است. وزن خشک موتور حدود 7.3 تن و طول آن 4.6 متر است.

چرا Trent XWB یکی از پیشرفته‌ترین موتورهای جت دنیاست؟

Trent XWB به دلیل بهره‌وری سوخت، فناوری‌های پیشرفته و قابلیت اطمینان بالا به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین موتورهای جت جهان شناخته می‌شود. این موتور با ترکیب طراحی سه‌محوری، مواد کامپوزیتی سبک و سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته، مصرف سوخت را تا 15 درصد نسبت به موتورهای نسل قبلی کاهش داده است. فناوری‌هایی مانند پره‌های تیتانیومی تقویت‌شده و پوشش‌های مقاوم در برابر دمای بالا (تا 1700 درجه سانتی‌گراد) عملکرد آن را در شرایط سخت بهینه می‌کنند. نرخ اطمینان 99.9 درصدی و قراردادهای خدمات بلندمدت با اپراتورها، Trent XWB را به انتخابی ایده‌آل برای پروازهای طولانی تبدیل کرده است. این موتور همچنین از فناوری‌های برنامه UltraFan رولزرویس بهره می‌برد که نوآوری‌های آینده را پیش‌بینی می‌کند.

مشخصات فنی موتور جت Rolls-Royce Trent XWB

• نوع موتور: توربوفن سه‌محوری (Three-shaft turbofan)
• میزان رانش مدل Trent XWB-84: حدود 84,000 پوند
• میزان رانش مدل Trent XWB-97: حدود 97,000 پوند
• قطر فن جلو: 3.0 متر (118 اینچ)
• تعداد پره‌های فن: 20 عدد (ساخته‌شده از تیتانیوم سبک‌وزن)
• نسبت کنارگذر (Bypass Ratio): حدود 9.6:1
• نسبت فشار کلی: بیش از 50:1
• طول موتور: حدود 4.37 متر
• وزن خشک موتور: حدود 7,000 کیلوگرم
• کاربرد اصلی: هواپیمای ایرباس A350 (مدل‌های 900 و 1000)
• ویژگی خاص: طراحی ماژولار برای تعمیر و نگهداری سریع‌تر
• چرخه کاری: سه مرحله کمپرسور فشار پایین، هشت مرحله کمپرسور فشار بالا، دو مرحله توربین فشار بالا، شش مرحله توربین فشار پایین

عملکرد موتور در هواپیمای ایرباس A350

Trent XWB به‌طور انحصاری برای ایرباس A350 طراحی شده و عملکرد بی‌نظیری در این هواپیما ارائه می‌دهد. نسخه XWB-84 برای A350-900 رانش کافی برای برد 15,000 کیلومتر و ظرفیت 300 تا 350 مسافر فراهم می‌کند، در حالی که XWB-97 برای A350-1000 امکان حمل 350 تا 410 مسافر در پروازهای طولانی مانند پروژه سانرایز کانتاس (Sydney-London، 20 ساعت) را فراهم می‌کند. این موتور با مصرف سوخت پایین (1 درصد بهبود در نسخه Enhanced Performance) و نرخ اطمینان 99.9 درصد، به A350 کمک کرده تا در برابر رقبایی مانند بوئینگ 787 و 777X برتری یابد. عملکرد آن در محیط‌های گرم و شنی نیز بهبود یافته است.

طراحی توربوفن دو محوری با فشار بالا

موتور جت رولزرویس Trent XWB از طراحی سه‌محوری (three-spool) استفاده می‌کند، برخلاف طراحی دو محوری (dual-spool) که در موتورهایی مانند GE9X رایج است. این طراحی شامل محورهای کم‌فشار (LP)، میان‌فشار (IP) و پرفشار (HP) است که به هر بخش اجازه می‌دهد با سرعت بهینه خود بچرخد، و کارایی آیرودینامیکی را افزایش می‌دهد. محور پرفشار (HP) با دو مرحله توربین و کمپرسور پیشرفته، فشار کلی 50:1 را فراهم می‌کند. این طراحی به موتور امکان می‌دهد نسبت دور بالا (9.6:1) را حفظ کرده و مصرف سوخت را کاهش دهد. پره‌های فَن تیتانیومی با قطر 3 متر، جریان هوای عظیمی (1.3 تن در ثانیه) تولید می‌کنند که به رانش بالا و کاهش نویز کمک می‌کند.

میزان رانش تولیدی موتور Trent XWB

موتور رولزرویس Trent XWB در نسخه‌های مختلف رانش متفاوتی تولید می‌کند. نسخه XWB-84 برای A350-900 رانش 84,200 پوند-نیرو (374.5 کیلونیوتن) ارائه می‌دهد، که برای پروازهای میان‌برد و طولانی مناسب است. نسخه XWB-97 برای A350-1000 و A350F رانش 97,000 پوند-نیرو (431.5 کیلونیوتن) تولید می‌کند، که برای پروازهای فوق‌بلند مانند مسیرهای 20 ساعته کانتاس طراحی شده است. این افزایش رانش با تقویت پره‌های فَن (6 درصد سرعت بالاتر) و بزرگ‌تر کردن هسته موتور (5 درصد افزایش اندازه) به‌دست آمده است. این رانش بالا A350-1000 را در رقابت با بوئینگ 777-300ER قرار می‌دهد، اما با وزن کمتر و مصرف سوخت پایین‌تر.

فناوری پره‌های کامپوزیتی در موتور

Trent XWB از پره‌های فَن تیتانیومی با روکش فلزی استفاده می‌کند، اما رولزرویس در حال انتقال به پره‌های کامپوزیتی کربن-تیتانیوم (CTi) است که در برنامه UltraFan آزمایش شده‌اند. این پره‌ها در نسخه‌های آینده XWB-97 استفاده خواهند شد و وزن را کاهش داده و مقاومت در برابر ضربه را افزایش می‌دهند. پره‌های فعلی 22 عدد هستند و با قطر 3 متر، جریان هوای عظیمی تولید می‌کنند. در نسخه XWB-97، پره‌های تیتانیومی ضخیم‌تر برای تحمل نیروهای بالاتر طراحی شده‌اند، و فناوری‌های خنک‌کننده پیشرفته از برنامه Environmentally Friendly Engine (EFE) برای افزایش دوام استفاده شده‌اند. این پره‌ها به بهبود آیرودینامیک و کاهش مصرف سوخت کمک می‌کنند.

سیستم کنترل دیجیتال FADEC در Trent XWB

سیستم کنترل دیجیتال کامل اقتدار (FADEC) در Trent XWB مدیریت دقیق عملکرد موتور را امکان‌پذیر می‌کند. این سیستم تمام پارامترهای موتور، از جمله دما، فشار، و سرعت محورها را نظارت کرده و تنظیمات را به‌صورت خودکار بهینه می‌کند. FADEC با استفاده از حسگرهای پیشرفته و الگوریتم‌های پیچیده، مصرف سوخت را کاهش داده و واکنش موتور به تغییرات پروازی را بهبود می‌بخشد. این سیستم همچنین داده‌های بلادرنگ را برای تیم‌های زمینی ارسال می‌کند تا پیش‌بینی خرابی‌ها و برنامه‌ریزی نگهداری را تسهیل کند. FADEC در Trent XWB با سیستم‌های اویونیک ایرباس A350 یکپارچه شده و عملکرد هماهنگی را تضمین می‌کند.

کاهش مصرف سوخت تا 15٪

موتور مصرف سوخت را تا 15 درصد نسبت به موتورهای نسل قبلی مانند Trent 700 (برای A330) کاهش داده است. این بهبود از طریق نسبت دور بالا (9.6:1)، فشار کلی 50:1، و آیرودینامیک پیشرفته به‌دست آمده است. نسخه Enhanced Performance (XWB-84 EP) که در آوریل 2025 توسط EASA تأیید شد، 1 درصد کاهش اضافی در مصرف سوخت ارائه می‌دهد. این کاهش به دلیل بهبود آیرودینامیک فَن، کمپرسور و توربین، و خنک‌کننده بهتر پره‌ها است. این بهره‌وری سوخت به A350 امکان می‌دهد هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده و انتشار CO₂ را تا 25 درصد در مقایسه با هواپیماهای قدیمی‌تر کم کند.

مواد مقاوم در برابر حرارت در موتور

Trent XWB از مواد پیشرفته مقاوم در برابر حرارت مانند آلیاژ نیکل RR1073 و پوشش‌های سرامیکی ماتریس کامپوزیت (CMC) در بخش‌های داغ (hot section) استفاده می‌کند. این مواد دماهای تا 1700 درجه سانتی‌گراد در محفظه احتراق را تحمل می‌کنند. در نسخه XWB-97، پوشش‌های مقاوم در برابر CMAS (کلسیم-منیزیم-آلومینوسیلیکات) برای محافظت از پره‌های توربین در محیط‌های شنی مانند خاورمیانه اضافه شده‌اند. این پوشش‌ها دوام پره‌ها را در شرایط سخت افزایش داده و زمان بین تعمیرات اساسی (time-on-wing) را بهبود می‌بخشند. استفاده از مواد کامپوزیتی در بدنه موتور نیز وزن را کاهش داده است.

تحلیل آیرودینامیکی قطعات داخلی

آیرودینامیک قطعات داخلی Trent XWB برای حداکثر کارایی طراحی شده است. فَن 3 متری با 22 پره تیتانیومی، جریان هوای 1.3 تن در ثانیه تولید می‌کند که با نسبت دور 9.6:1 به بهره‌وری سوخت کمک می‌کند. کمپرسور میان‌فشار (IP) و پرفشار (HP) با طراحی پیشرفته، نسبت فشار 50:1 را فراهم می‌کنند. توربین پرفشار دو مرحله‌ای با پره‌های خنک‌شده توسط هوای هدایت‌شده، کارایی حرارتی را افزایش می‌دهد. آیرودینامیک بهبودیافته توربین و کمپرسور از برنامه Advance3 رولزرویس الهام گرفته شده و جریان هوای یکنواخت‌تری در محفظه احتراق ایجاد می‌کند، که به کاهش مصرف سوخت و انتشار گازها منجر می‌شود.

تست‌های کیفیت و دوام Rolls-Royce

رولزرویس برای اطمینان از کیفیت و دوام Trent XWB، آزمایش‌های گسترده‌ای انجام داده است. اولین آزمایش موتور در 14 ژوئن 2010 انجام شد و اولین پرواز آزمایشی روی یک ایرباس A380 در 18 فوریه 2012 صورت گرفت. آزمایش‌های زمینی شامل شبیه‌سازی شرایط سخت مانند بلعیدن شن (dust ingestion) و دماهای بالا بود. نسخه XWB-97 تحت آزمایش‌های استقامت در محیط‌های شنی خاورمیانه قرار گرفت تا دوام آن بهبود یابد. این موتور تا اکتبر 2017 بیش از 1 میلیون ساعت پرواز بدون قطعی در پرواز ثبت کرد و نرخ اطمینان 99.9 درصد را به‌دست آورد. آزمایش‌های پروازی در سال 2024 برای نسخه XWB-84 EP نیز تأیید شد.

سرویس و نگهداری هوشمند Trent XWB

رولزرویس برای Trent XWB برنامه‌های نگهداری هوشمند مبتنی بر داده (data-driven maintenance) ارائه می‌دهد. این موتور مجهز به سیستم‌های نظارتی پیشرفته است که داده‌های عملکرد را به‌صورت بلادرنگ به مراکز خدمات رولزرویس ارسال می‌کنند. 90 درصد موتورهای Trent XWB تحت قراردادهای خدمات بلندمدت (TotalCare) قرار دارند که تعمیرات پیش‌بینانه را امکان‌پذیر می‌کند. هفت مرکز تعمیر و نگهداری (MRO) در جهان، از جمله دربی انگلستان و Delta TechOps، خدمات این موتور را ارائه می‌دهند. بهبودهای اخیر مانند پوشش‌های CMAS و پره‌های خنک‌شده، زمان بین تعمیرات را افزایش داده و هزینه‌های نگهداری را کاهش داده‌اند.

عملکرد موتور در پروازهای بین‌قاره‌ای

موتور جت رولزرویس Trent XWB برای پروازهای بین‌قاره‌ای، به‌ویژه مسیرهای فوق‌بلند مانند پروژه سانرایز کانتاس (20 ساعت از سیدنی به لندن)، بهینه شده است. نسخه XWB-97 با رانش 97,000 پوند-نیرو، امکان حمل بار سنگین و برد 8,700 کیلومتر را برای A350-1000 فراهم می‌کند. این موتور در دماهای بالا و محیط‌های شنی مانند خاورمیانه عملکرد خوبی دارد، هرچند چالش‌هایی در دوام پره‌ها در این شرایط گزارش شده است. نرخ اطمینان 99.9 درصد و مصرف سوخت پایین، آن را برای پروازهای طولانی با شرکت‌هایی مانند Qatar Airways و Singapore Airlines ایده‌آل کرده است.

نرخ اطمینان بالا در استفاده تجاری

Trent XWB با نرخ اطمینان 99.9 درصد، یکی از قابل‌اعتمادترین موتورهای جت تجاری است. تا ژوئیه 2018، این موتور 2 میلیون ساعت پرواز را بدون قطعی در پرواز ثبت کرد. این عملکرد با آزمایش‌های گسترده، طراحی سه‌محوری و سیستم FADEC به‌دست آمده است. از زمان ورود به خدمت در سال 2015 با Qatar Airways، بیش از 30 اپراتور از جمله Air India و Cathay Pacific از این موتور استفاده می‌کنند. قراردادهای خدمات TotalCare رولزرویس، که 90 درصد موتورها را پوشش می‌دهد، با نظارت بلادرنگ و تعمیرات پیش‌بینانه، این نرخ اطمینان را حفظ کرده است.

مقایسه با موتورهای GE9x و PW1000G

Trent XWB در مقایسه با موتور GE9X (برای بوئینگ 777X) و PW1000G (برای A320neo و A220) ویژگی‌های متفاوتی دارد. GE9X با رانش 105,000 پوند-نیرو و نسبت دور 10:1، مصرف سوخت 5 درصد بهتری نسبت به XWB دارد، اما سنگین‌تر است و از طراحی دو محوری استفاده می‌کند که پیچیدگی کمتری دارد اما کارایی در سرعت‌های مختلف کمتر است. PW1000G با فن دنده‌ای (geared turbofan) برای هواپیماهای تک‌راهرو طراحی شده و رانش کمتری (24,000 تا 33,000 پوند-نیرو) ارائه می‌دهد، اما مصرف سوخت آن تا 20 درصد نسبت به موتورهای قدیمی‌تر کاهش یافته است. Trent XWB با وزن سبک‌تر و طراحی سه‌محوری، برای A350 بهینه‌تر است و انحصار آن در این هواپیما مزیت رقابتی ایجاد کرده است.

کاهش نویز صوتی در موتور

موتور جت رولزرویس Trent XWB با طراحی آیرودینامیکی پیشرفته و نسبت دور بالا (9.6:1)، نویز صوتی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داده است. فَن 3 متری با پره‌های بهینه‌شده و بدنه کامپوزیتی، ارتعاشات و نویز را کاهش می‌دهد. این موتور استانداردهای Stage 5 نویز ایکائو را با حاشیه قابل‌توجهی رعایت می‌کند. در مقایسه با موتورهای نسل قبلی مانند Trent 700، نویز Trent XWB تا 6 دسی‌بل کمتر است. این کاهش نویز تجربه مسافران را بهبود بخشیده و تأثیرات زیست‌محیطی در فرودگاه‌ها را کاهش داده است، که برای پروازهای طولانی و مکرر حیاتی است.

نحوه عملکرد توربین با فشار بالا

توربین پرفشار (HP) در Trent XWB از دو مرحله تشکیل شده و با پره‌های خنک‌شده توسط هوای هدایت‌شده و پوشش‌های سرامیکی CMC کار می‌کند. این توربین دماهای تا 1700 درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کند و با سرعت بالا (حدود 12,000 دور در دقیقه) می‌چرخد. طراحی آیرودینامیکی پره‌ها و خنک‌کننده پیشرفته، کارایی حرارتی را افزایش داده و مصرف سوخت را کاهش می‌دهد. در نسخه XWB-97، توربین تقویت‌شده برای مدیریت جریان هوای بیشتر (به دلیل فَن سریع‌تر) طراحی شده است. این توربین با کمپرسور پرفشار هماهنگ شده تا نسبت فشار 50:1 را حفظ کند.

تعامل هوشمند با سیستم‌های ایرباس

Trent XWB با سیستم‌های اویونیک ایرباس A350 از طریق سیستم FADEC یکپارچه شده است، که امکان تبادل داده‌های بلادرنگ بین موتور و کابین خلبان را فراهم می‌کند. این سیستم پارامترهای پرواز مانند ارتفاع، سرعت و دما را تحلیل کرده و عملکرد موتور را به‌طور خودکار تنظیم می‌کند. این تعامل هوشمند به خلبانان امکان می‌دهد تا با داده‌های دقیق‌تر تصمیم‌گیری کنند و ایمنی پرواز را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، داده‌های موتور به مراکز زمینی رولزرویس ارسال می‌شود تا نگهداری پیش‌بینانه انجام شود، که هماهنگی بین ایرباس و رولزرویس را تقویت می‌کند.

آمار فروش و تولید جهانی موتور جت رولزرویس Trent XWB

تا فوریه 2023، رولزرویس بیش از 2000 موتور Trent XWB تولید کرده است، که بزرگ‌ترین سفارش آن 68 موتور XWB-97 (به علاوه 20 گزینه) برای Air India بود. این موتور از زمان ورود به خدمت در سال 2015 با Qatar Airways، بیش از 8 میلیون ساعت پرواز را با 30 اپراتور ثبت کرده است. تا نوامبر 2021، 1000 موتور XWB-84 تحویل داده شد، و تولید این موتور به دلیل انحصار در A350 ادامه دارد. سفارش‌ها برای A350-900 و A350-1000، به‌ویژه از شرکت‌هایی مانند Singapore Airlines و Cathay Pacific، فروش موتور جت رولزرویس Trent XWB را تقویت کرده‌اند.

منبع: ابرار صنعتی