เครื่องยนต์ Gas Turbine ถูกคิดค้นและสร้างขึ้นเป็นเครื่องแรกของโลกในปี ค.ศ. 1930 โดยนักบินทดสอบชาวอังกฤษ Frank Whittle นับได้ว่ามันคือเครื่องยนต์กังหันไอพ่นเครื่องแรกที่เกิดจากมันสมองของมนุษย์ แต่เครื่องยนต์ Gas Turbine ดังกล่าวก็ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้งานบนอากาศยานแต่อย่างใด เนื่องจาก Frank Whittle สร้างเครื่องยนต์พลังสูงตัวนี้ด้วยขนาดที่เล็กเพื่อการทดสอบการทำงานแต่เพียงอย่างเดียว เครื่องยนต์ชนิดนี้ต่อมาในภายหลังถูกเรียกว่า Turbo Jet Engine
...
อีก 6 ปีต่อมาในช่วงปี ค.ศ. 1936 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Dr. Hans Von Ohain ได้สร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine เพื่อนำไปใช้งานกับเครื่องบินทดสอบ Heinkel He 178 ของกองทัพอากาศเยอรมัน ซึ่งกลายเป็นอากาศยานแบบแรกของโลกที่ติดตั้งเครื่องยนต์ Gas Turbine และทำการขึ้นบินเพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ Gas Turbine รวมถึงทดสอบสมรรถนะที่มีความแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบลูกสูบในด้านของพลังและการขับเคลื่อน หลักการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้น แตกต่างจากเครื่องยนต์ลูกสูบมาก มันให้พลังหรือแรงขับดันที่จะทำให้อากาศยานบินด้วยความสูงและความเร็วมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบหลายเท่า ซึ่งส่งผลไปถึงสมรรถนะในการบินทุกรูปแบบที่มีข้อดีมากกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบในเรื่องของกำลังและความเร็วที่ใช้ในการบิน แนวคิดของการออกแบบ พัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้น เกิดขึ้นจากหลักคิดในกฎของนิวตัน เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุว่าทุกแรงกิริยามีค่าเท่ากับแรงปฏิกิริยาเสมอ การทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine เกิดจากการปลดปล่อยแก๊สร้อนความเร็วสูงออกทางท่อท้ายของเครื่องยนต์ หรือ Nozzle เมื่อเริ่มต้นวงจรการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine อากาศภายนอกจะถูกดูดเข้ามาโดยกังหันหรือ Fan อากาศที่ไหลผ่านเข้ามาจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งจะพุ่งตรงเข้าสู่เครื่องยนต์หรือ Engine Core อากาศอีกส่วนหนึ่งจะไหลผ่านรอบเครื่องยนต์ไปออกทางท่อท้าย
วิศวกรการบินเรียกอากาศในส่วนนี้ว่า Bypass Air เพื่อสร้างแรงขับดัน โดยแรงขับที่มาจากใบพัดหรือ Fan นั้นจะมีค่าทางการคำนวณคิดเป็น 75% ของแรงขับทั้งหมดที่ได้รับจากเครื่องยนต์ อากาศส่วนแรกที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์จะถูก Compressed Air บีบอัดจนมีความดัน อุณหภูมิ และความเร็วสูงขึ้นมาก อากาศที่ถูกอัดโดย Compressed Air นี้จะถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบเพื่อเข้าสู่ห้องเผาไหม้หรือ Combustor เมื่อเผาไหม้แล้วจะได้แก๊สร้อนความเร็วสูงออกมาหมุนชุด Turbine และผ่านออกไปยังท่อท้ายโดยมีชุด Mixture ซึ่งทำหน้าที่ผสม Bypass Air กับอากาศร้อน Exhaust ที่ออกมาจากเครื่องยนต์เพื่อการลดเสียงการทำงานของเครื่อง Gas Turbine เมื่อชุด Turbine หมุน ชุด Compressor ซึ่งรวมถึง Fan ก็จะหมุนไปด้วยเนื่องจากชุด Turbine จะมีแกนต่อไปยัง Compressor และ Fan ด้วย ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องยนต์ถูกสตาร์ตคือ กระบวนการทำงานจะเป็นไปอย่างต่อเนื่องไปเรื่อยๆ หรือที่เรียกว่า Self Sustention จนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดลงหรือถูกตัดการทำงานจากการยกเลิกการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์
...
Rolls Royce Trent 1000 / XWB เกิดจากการพัฒนาเครื่องยนต์อากาศยานรุ่นใหม่ที่ให้แรงขับดันสูงเพื่อใช้ในเครื่องบินพาณิชย์ขนาดใหญ่ของบริษัท Airbus สำหรับอากาศยานโดยสารขนาดยักษ์รุ่น A380 ซึ่งสามารถติดตั้งเครื่องยนต์รุ่น Trent 1000 และเครื่องบินโดยสารรุ่นใหม่ล่าสุด A350 XWB โดยความร่วมมือในการค้นคว้า ทดสอบและพัฒนาโดยบริษัทยักษ์ใหญ่แห่งวงการบินและการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน นั่นก็คือบริษัท Rolls Royce เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนทวินเจ็ตเป็นเครื่องยนต์พลังสูงที่ผลิตขึ้นใหม่หมดโดยใช้ส่วนประกอบของตัวเครื่องที่ผ่านการค้นคว้าวิจัยและทดสอบบนสภาพการทำงานจริง เป็นการนำเอาข้อดีของเครื่องยนต์ที่ผลิตโดย Pratt & Whitney และบริษัท GE Aircraft Engines มาร่วมกันพัฒนาเพื่อทำให้เกิดเครื่องยนต์รุ่นใหม่ที่มีคุณลักษณะเหมาะสมกับความก้าวล้ำของอากาศยานโดยสารรุ่นใหม่ กลีบใบพัดของชุดคอมเพรสเซอร์อัดอากาศมีชายขอบหน้าเป็นรูปวงรี รวมถึงการลดระยะห่างระหว่างปลายกลีบใบพัดกับผนังของชุดเทอร์ไบน์ ซึ่งการปรับปรุงในลักษณะดังกล่าวยังสามารถทำการดัดแปลงกับเครื่องยนต์ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันอีกด้วย สำหรับการปรับปรุงในส่วนของการระบายความร้อนในชุดเทอร์ไบน์มาใช้งาน ซึ่งสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงลงได้อีกถึงร้อยละสิบ
...
หลักการสำคัญในการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine คือ ระบบควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ เนื่องจากเครื่องยนต์ชนิดนี้มีช่วงของการทำงานกว้างมากในด้านความสูงและความเร็ว รวมถึงอุณหภูมิและปัจจัยต่างๆ ที่มีค่าไม่คงที่และมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาในระหว่างทำการบิน โดยจะส่งผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์ อัตราการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ จึงต้องผ่านการคำนวณและทดสอบอย่างหนัก การสั่งการด้วยสมองกลคอมพิวเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงสุดจากกล่องควบคุมของเครื่องยนต์ Trent XWB วิศวกรของ Rolls Royce ได้นำเอาเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าของเครื่องยนต์กังหันไอพ่นรุ่นใหม่ มาควบรวมเป็นระบบตรวจสอบรุ่นก้าวหน้า ช่วยเพิ่มระบบการตรวจสอบ รวมถึงการวิเคราะห์ปัญหา สามารถช่วยลดการซ่อมบำรุงและเข้าถึงปัญหาที่เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปัญหาความล่าช้าในการบินซึ่งมักเกิดการ Delay ในระหว่างการเตรียมขึ้นทำการบินเดินทางลดลง
...
วิทยาการอันก้าวไกลในด้านวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่นำเข้ามาประยุกต์มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแกร่งมากยิ่งขึ้น ชุดใบพัด Fan Blades และตัวครอบชุดใบพัด Fan Case ทำมาจากเส้นใยคาร์บอนและกาวอีพอกซี่เรซิน ทำให้มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงมากยิ่งขึ้น มีการดูแลรักษาและการซ่อมบำรุงที่ง่ายทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งาน สำหรับอากาศยานโดยสารที่ติดตั้งเครื่องยนต์ Trent 1000 เช่น Boeing 787 Dream Liner Boeing 747 Advanced ชุดใบพัดมีลักษณะที่กว้างขึ้นทำจากวัสดุประกอบโดยมีชายหน้าปีกของใบพัด Leading Edge ทำมาจากไทเทเนียม ความแตกต่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนก็คือชุดใบพัดของเครื่องยนต์ลดจำนวนลงจาก 22 ใบ เหลือ 18 ใบ การปรับปรุงลักษณะการไหลเวียนของอากาศให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ที่ลดลงยังช่วยทำให้การซ่อมบำรุงลดระยะเวลาลงไปได้จนอยู่ในเกณฑ์ที่ดีกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่นเก่า ชุดอัดอากาศหรือ Compressor สามารถอัดอากาศได้สูงถึง 23 เท่าของความดันอากาศปกติ ชุดห้องเผาไหม้แบบ Twin Annular Premixing Swirder ปรับจูนให้อากาศมีการผสมกับเชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพ ลดความเสียหายในห้องเผาไหม้ เนื่องจากอากาศหล่อเย็นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการสันดาปและช่วยลดมลภาวะได้มากยิ่งขึ้น
Trent 1000 พัฒนาขึ้นมาจากเครื่องยนต์รุ่นเก่า Trent 900 โดยออกแบบให้ติดตั้งกับปีกของเครื่องบินโดยสารขนาดยักษ์ Airbus A380 ชุดใบพัดที่ขึ้นรูปจากวัสดุไทเทเนียม เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนสมรรถนะสูงรุ่นนี้ออกแบบให้มีชุดแกนหมุน 3 ชุด จุดเด่นของมันก็คือระบบกำเนิดไฟฟ้าของเครื่อง 787 สามารถติดตั้งไว้กับกังหันต้นกำลังความดันระดับกลาง Intermediate Turbine ดังนั้น กังหันต้นกำลังความดันสูง High pressure Turbine จึงทำหน้าที่อย่างอิสระเพื่อส่งกำลังให้กับกังหันอัดอากาศความดันสูง High pressure Compressor เพียงอย่างเดียว การออกแบบลักษณะการทำงานของเครื่องยนต์ Rolls Royce Trent 1000 วิศวกรการบินให้ความสำคัญในความเป็นอิสระและความเสถียรของการทำงานในชุดอัดอากาศความดันสูง โดยสามารถเพิ่มเติมความเร็วรอบของเครื่องยนต์ได้มากยิ่งขึ้น เครื่องยนต์จึงมีค่าหรือตัวเลขในระหว่างการทดสอบสูงกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่นเก่า ทั้งยังมีอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลงร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Rolls Royce Trent 800 ใน Boeing 777 จุดเด่นอีกประการหนึ่งของเครื่องยนต์ Trent 1000 คือการออกแบบให้การทำงานสอดคล้องกับลักษณะของเครื่องบิน Boeing 787 นั่นก็คือการเพิ่มความสามารถของการตรวจสอบสภาพเครื่องยนต์ซึ่งถือเป็นเรื่องที่มีความสำคัญในลำดับต้นๆ ของการบิน รอบการทำงานของเครื่องยนต์จะถูกประเมินเพื่อที่จะทำการบำรุงรักษาชิ้นส่วนแต่ละชิ้นภายในเครื่องยนต์ ช่วยลดขั้นตอนที่ยุ่งยากในการซ่อมบำรุงตามความต้องการของผู้ออกแบบอากาศยานรุ่น 787 Dream Liner
เครื่องยนต์รุ่น Trent XWB 12 เครื่อง ได้รับการทดสอบภาคพื้นดินมาตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ 2555 และเริ่มการทดสอบภาคพื้นอากาศร่วมกับเครื่อง A380 รวมถึง Airbus A350XWB ที่แสดงให้เห็นถึงสมรรถนะ ความทนทาน และความปลอดภัย เครื่องยนต์รุ่นเทรนท์ XWB ที่จะขับเคลื่อนอากาศยานรุ่น A350-800 และ A350-900 ได้รับอนุญาตให้ขึ้นบินตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ ปี พ.ศ. 2557 โดยสำนักงานการบินและความปลอดภัยยุโรป หรือ EASA ขณะที่เครื่องยนต์เทรนท์ XWB รุ่นที่ปรับปรุงให้มีแรงขับสูงขึ้น พัฒนาเพื่อใช้สำหรับอากาศยานรุ่น A350-1000 โดยเฉพาะ
ข้อมูลสำคัญ
ใบพัดด้านหน้ามีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 10 ฟุต (9.8) และสามารถตักอากาศได้มากถึง 1.3 ตันต่อวินาทีในระหว่างนำเครื่องขึ้น
กำลังส่งของใบพัดในระหว่างนำเครื่องขึ้นนั้น มีน้ำหนักเกือบ 1,000 ตัน ซึ่งมีน้ำหนักมากราวกับมีรถไฟขนสินค้าแขวนอยู่บนใบพัดข้างละหนึ่งขบวน
ใบพัดเทอร์ไบน์แรงดันสูงข้างในเครื่อง สามารถหมุนได้ 12,500 รอบต่อนาที ซึ่งหมายความว่าปลายใบพัดหมุนด้วยความเร็วประมาณ 1,200 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือเร็วกว่าความเร็วเสียงถึงสองเท่า
ระหว่างนำเครื่องขึ้นนั้น ใบพัดเทอร์ไบน์แรงดันสูงทั้ง 68 ใบในเครื่องยนต์รุ่นเทรนท์ XWB ให้กำลังประมาณแรงขับดันสูงถึง 90,000 ปอนด์
เมื่อใช้กำลังสูงสุด แรงดันอากาศที่ถูกปล่อยออกมาจากด้านหลังเครื่องยนต์จะมีความเร็วถึง 1,000 ไมล์ต่อชั่วโมง.