سيحتوي المحرك النفاث على مئات من شفرات التوربينات
في كل مرة تطير فيها، يحدث إنجاز غير عادي من القدرة على التحمل داخل محركات الطائرة.
مخفية عن الأنظار داخل الكنة الخارجية الأنيقة مئات من شفرات التوربينات الصغيرة التي يمكنها مقاومة الضغوط الميكانيكية الهائلة ودرجات الحرارة التي تتجاوز 1500 درجة مئوية.
إنها أعجوبة هندسية حقيقية. وهذه الشفرات القوية لا يتم نحتها أو قطعها من موادها – بل يتم زراعتها.
خلال الستينيات، توصل المهندسون إلى كيفية أخذ سبيكة معدنية منصهرة، وصبها على شكل شفرة توربينية، ثم تبريدها بعناية فائقة من طرف إلى آخر خلال ساعات. تتشكل بلورة واحدة أو حبة من السبائك المعدنية أثناء عملية التصلب التدريجي والدقيق.
مثل تحويل كوب من الماء إلى ندفة ثلج كبيرة، من تصميمك الخاص، بدلاً من عاصفة ثلجية صغيرة مكونة من العديد من رقاقات الثلج الأصغر حجمًا.
يقول بن فيفوت، مهندس التصنيع في شركة رولز رويس، التي تصنع شفرات التوربينات في المملكة المتحدة: "الأمر معقد بقدر ما أصبح التصنيع". "إنه حافز حقيقي للخروج من السرير في الصباح."
لا يستطيع سوى عدد قليل من الشركات حول العالم إنتاج هذه الشفرات البلورية المفردة للتوربينات، وقد تم إتقان العملية بشكل كامل في خمس دول فقط، بما في ذلك الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. يتنافس صانعو المحركات باستمرار للوصول إلى هذه التكنولوجيا.
وتعد رولز رويس، وجنرال إلكتريك، وسافران الفرنسية من بين الشركات القليلة التي أتقنت هذه العملية.
وفي سبتمبر/أيلول، أعلنت شركة GE Aerospace أنها ستستحوذ على مورد شفرات التوربينات الخاصة بها مقابل 11.75 مليار دولار (8.78 مليار جنيه استرليني). ولم تستجب أي من الشركتين لطلبات بي بي سي نيوز للتعليق، ولكن تم وصف هذه الخطوة بأنها محاولة لضمان توفير هذه المكونات المهمة.
بشكل منفصل، في شهر مارس، قالت شركة رولز رويس إنها ستستثمر أكثر من 19 مليون جنيه إسترليني في منشأة روثرهام لصب الشفرات.
يواصل المتخصصون في شفرات التوربينات العمل على تحسين قدرات هذه التكنولوجيا غير المعروفة. وفي الوقت نفسه فإن الصين تسعى جاهدة إلى إثبات أن مهندسيها قادرون على إنتاج شفرات توربينات بنفس الجودة التي تتمتع بها تلك الموجودة في الغرب. من سيخرج على القمة؟
يقول بيل سويتمان، الكاتب والمستشار في مجال صناعة الطيران: "إن الطلب على [شفرات التوربينات] ضخم. ولم تتمكن سوى عدد قليل من الشركات من القيام بذلك، مما يمنحها هذا النوع من الهالة السحرية".
وهو يشتبه في أن الخطوة الأخيرة التي اتخذتها شركة GE Aerospace تتعلق بتأمين الموثوقية والقدرة على التنبؤ في سلسلة توريد تصنيع الطائرات المتقلبة.
تلعب القوالب دورًا مهمًا في عملية التبريد
ولكن لماذا لا تزال عملية صب البلورة الواحدة، والتي كانت موجودة منذ عقود، متخصصة جدًا؟
ويؤكد فيفوت أن زراعة إحدى هذه الشفرات يعني "محاربة قوانين الكون".
وذلك لأن كل شفرة منصهرة ستبرد بشكل طبيعي إلى جسم صلب يتكون من العديد من الحبيبات الصغيرة من السبائك المعدنية، كلها مختلطة معًا. لكنك لا تريد مكعبًا من السكر متفتتًا، بل تريد ألماسة مثالية.
إن الحصول على بلورة واحدة لتنمو على شكل النصل لا يقتصر فقط على تبريد النسخة المنصهرة ببطء، بل تستخدم العملية أيضًا خدعة غريبة تسمى الضفيرة.
الضفيرة عبارة عن حلزوني صغير في أحد طرفي النصل. يقول فيفوت إنه في بداية عملية التبريد، "يخنق" هذا الحلزوني تدفق البلورات المتصلبة بحيث تتولى واحدة فقط المهمة. يشبه الأمر إلى حدٍ ما المنعطف الحاد في سباق فورمولا 1 قبل خط النهاية مباشرة - يمكن لسائق واحد أن يأخذ زمام المبادرة هنا ويستمر في الفوز.
يضيف فيفوت: "في بعض الأحيان نحتاج إلى التلاعب بعدد اللفات أو الزوايا الموجودة على [الضفيرة] لمحاولة الحصول على حبوب أكثر ملاءمة". بمجرد تشكيل النصل، يتم قطع هذه الدوامة الحاسمة ولكن المضحية.
تعد شركة سافران الفرنسية من بين الشركات القليلة التي يمكنها صنع شفرات بلورية واحدة
تُستخدم الشفرات التي تصنعها شركة رولز رويس في محركات الطائرات بما في ذلك محرك Trent XWB-84، الذي يشغل طائرة الإيرباص A350-900، ومحرك Trent 1000 XE لطائرة Boeing 787.
تعتبر البلورة المفردة ضرورية لضمان أداء كل شفرة. في بعض الأحيان لا تبرد الشفرة تمامًا كما هو مخطط لها، على سبيل المثال تتشكل بلورتان بداخلها بدلاً من واحدة فقط، ويجب إعادة معالجة السبيكة المعدنية حتى تتمكن الشركة المصنعة من إعادة استخدام المادة.
تعمل الطلاءات الخزفية الخاصة أيضًا على حماية الشفرات من درجات الحرارة القصوى داخل المحركات. وهناك ميزة أخرى مهمة وهي أن الشفرات مصبوبة بقنوات صغيرة تسمح بتدفق الهواء البارد لتغطيتها بنوع من الغشاء أثناء عمل محرك الطائرة.
يقول بول ويثي، من جامعة برمنجهام، الذي عمل سابقًا لدى شركة رولز رويس: "إن الدافع في الوقت الحالي [في جميع أنحاء الصناعة] هو جعل ممرات التبريد هذه معقدة للغاية". ويوضح أنه كلما كانت تلك التدفقات الصغيرة من الهواء البارد أكثر اضطرابًا، كلما زادت حرارة الهواء المحيط بها والأكثر سخونة.
ويسعى صانعو الشفرات أيضًا إلى تقليل كتلة هذه المكونات قدر الإمكان.
يقول فيفوت: "إذا تمكنا من إزالة أي وزن منه، فيمكنك تشغيل هذا المحرك بكفاءة أكبر باستخدام وقود أقل - ويمكنك تدويره بشكل أسرع وأكثر سخونة".
تُستخدم شفرات التوربين في محرك Trent 1000 وغيره
وفي الوقت نفسه، تأمل الصين أن تصبح الدولة السادسة التي تتقن سلسلة التكنولوجيا بأكملها لصب الشفرة البلورية الفردية.
نقل تقرير في شهر مايو عن أحد المهندسين في معهد AECC في بكين لمواد الطيران قوله إن الصين لديها الآن سبيكة بلورية واحدة "متفوقة أو معادلة للجيل الثاني من السبائك الفائقة أحادية البلورة المستخدمة على نطاق واسع في أوروبا والولايات المتحدة". ويبدو أن تكلفة صنعها أقل أيضًا.
لكن الغرب يتمتع "بميزة كبيرة" على الصين، بالنظر إلى أن غالبية إنتاج الطائرات التجارية يتم هناك، كما يقول سويتمان. وتتجمع سلاسل التوريد وأحدث الابتكارات بشكل عام في الغرب. بالإضافة إلى ذلك، لدى الشركات المصنعة الغربية أيضًا سجلات سلامة طويلة تحت أحزمتها.
ويتعين على الصين أن تتنافس عملياً في كل جانب من جوانب تصنيع الطائرات، خارجياً - وليس فقط على شفرات التوربينات بأي حال من الأحوال - من أجل تحقيق نجاحات جادة. ويضيف سويتمان: "يمكنك أن ترى ذلك يحدث بالتأكيد، لكنه صراع طويل وشاق".
الطلب على الطائرات مرتفع حاليًا، الأمر الذي يجهد بالفعل سلاسل التوريد المختلفة في الصناعة. ويشير ويثي إلى أن هذا الطلب قد ينمو بشكل أعلى.
ويقول إنه خلال السنوات القليلة المقبلة، يمكن لإحدى شركتي صناعة الطائرات الرئيسيتين، إيرباص وبوينغ، إطلاق طائرة جديدة للمسافات القصيرة، خارجية. وبعد ذلك، سيتعين على الآخر أن يحذو حذوه لكي يظل قادرًا على المنافسة.
يقول ويثي: "ستكون هناك معركة على الكعكة"، حول من سيزود المحركات، وبالتالي، تلك الشفرات البلورية المفردة المهمة للغاية.
