Savremeni civilni avioni namijenjeni komercijalnim zračnim prijevoznicima ne samo da moraju pokazivati visoke performanse, već se moraju odlikovati i niskim operativnim troškovima. Prilikom stvaranja novih uzoraka takve opreme uzima se u obzir potreba smanjenja svih osnovnih troškova, a stalno se pojavljuju nove mogućnosti za smanjenje troškova održavanja i letova. Zanimljivu verziju broda, sposobnu pokazati posebnu efikasnost, ove su godine predložile organizacije NASA -e i DLR -a. Koncept koji obećava zove se eRay.
Američka Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir (NASA) i Njemački centar za aeronautiku i svemir (DLR) daju značajan doprinos razvoju zrakoplovstva u svim većim kategorijama, uključujući komercijalno zrakoplovstvo, koje je odgovorno za prijevoz ljudi i robe. Stručnjaci ovih organizacija neprestano traže nove ideje, smišljaju nove prijedloge i testiraju ih. U ljeto ove godine dvije su organizacije predstavile koncept obećavajućeg zrakoplova sposobnog pokazati visoke performanse sa povećanim ekonomskim pokazateljima.
Novi projekt s okvirnim naslovom eRay radio je s rezervom za budućnost. Prilikom formuliranja zahtjeva za to uzete su u obzir prognoze razvoja komercijalnog zrakoplovstva do 2045. godine. Trenutne prognoze pokazuju da će do tada u razvijenim zemljama i zemljama u razvoju, putnički i teretni promet značajno porasti. S tim u vezi bit će potreban razvoj aerodromske mreže i rješavanje različitih organizacijskih pitanja. Osim toga, za podršku transporta bit će potrebna nova zrakoplovna tehnologija sa karakterističnim sposobnostima. Po svojim karakteristikama trebao bi nadmašiti postojeće uzorke.
NASA i DLR vjeruju da bi komercijalni zrakoplovi budućnosti trebali biti 60% ekonomičniji od sadašnjih. Trebao bi biti u mogućnosti raditi na malim aerodromima, kao i biti odlikovan smanjenom bukom i lakoćom rada. U svom istraživanju i izvještaju o tome, autori novog projekta koristili su postojeću serijsku letjelicu Airbus A321-200 kao svojevrsnu referencu. Obećavajući eRay trebao je imati slične parametre kapaciteta i nosivosti, ali istovremeno pokazati prednosti u svim drugim područjima.
Koncept eRay još nije namijenjen punopravnom dizajnu s kasnijim pokretanjem proizvodnje i rada opreme. U tom smislu, stručnjaci znanstvenih organizacija nisu se mogli ograničiti i koristiti najhrabrije ideje koje još nisu spremne za primjenu u praksi. Upotreba takvih rješenja omogućila je rješavanje postavljenih zadataka i "stvaranje" nove verzije aviona budućnosti.
Prema najoptimističnijim prognozama, avion eRay bit će 30% lakši od serijskog A321. Efikasnost elektrane povećana je za 48%. Ukupna energetska efikasnost ploče raste za 64%. Valja napomenuti da su za postizanje takvih rezultata znanstvenici i dizajneri morali ne samo uvesti nove ideje, već i napustiti svoja uobičajena rješenja. Kao rezultat toga, predložena košuljica značajno se razlikuje od modernih predstavnika svoje klase.
Projekt eRay predlaže izgradnju konzolnog niskokrilnog aviona sa zakrivljenim krilom. Na raspolaganju je repna jedinica, uključujući samo stabilizator s velikim poprečnim slojem V. Nema kobilice. Na originalan način, zbog potrebe poboljšanja efikasnosti, riješen je problem uređenja elemenata elektrane. Njegove pojedinačne jedinice postavljene su u različite dijelove krila, kao i u rep trupa.
Trup aviona općenito podsjeća na jedinice postojećih strojeva. Predlaže se izgradnja potpuno metalne konstrukcije velikog izduženja aerodinamičkog oblika. Pramčani dio dat je ispod kokpita i tehničkih prostorija, iza kojih se nalazi veliki salon sa putničkim sjedalima. Ispod putničkog prostora predviđen je prostor za teret - prije svega za prtljag. Zadnji dio mora sadržavati jedan od motora elektrane.
Predlaže se pristajanje brisanih aviona s trupom. Krilo ima optimalan profil, a na većini njegove površine nema elemenata koji bi mogli ometati protok. Na prednjoj i stražnjoj ivici krila osigurana je mehanizacija tradicionalnog tipa. Na krajeve su dizajneri postavili par zaobilaznih turboreaktivnih motora sa potrebnom opremom.
Umjesto tradicionalnog osnaživanja, projekt eRay koristi neobičan sistem. Na stražnjem dijelu trupa ugrađen je konusni prstenasti kanal za potisnu elisu elektrane. Sa strane ovog kanala, dizajneri su postavili dvije ravni stabilizatora sa značajnim poprečnim slojem V. Nema kobilice. Kontrolu zakretanja treba izvesti promjenom potiska krilnih motora ili pomoću krilne mehanizacije.
Prema proračunima NASA-e i DLR-a, tri četvrtine povećanja energetske učinkovitosti može se postići samo aerodinamikom. Na primjer, 13% ukupnog povećanja efikasnosti osigurava laminarno strujanje oko trupa. Dovođenje raspona krila na 45 m daje povećanje od još 6%. Napuštanje kobilice skraćuje površinu okvira, smanjujući otpor zraka.
Međutim, zadatak smanjenja "dodatnog" rasipanja energije riješen je ne samo zbog aerodinamike. Dakle, razmatrana je mogućnost uklanjanja bočnih prozora putničkog prostora. U ovom slučaju, dizajn trupa značajno je pojednostavljen, što dovodi do njegove manje težine i odgovarajućeg smanjenja zahtjeva za motore. Međutim, takva se inovacija ne smatra obveznom, jer se putnicima možda neće svidjeti. Malo je vjerojatno da prijevoznik želi postići energetsku efikasnost, ali da ostane bez kupaca.
Projekat eRay predviđa opremanje aviona hibridnom elektranom. Krilo bi trebalo biti opremljeno turboreaktivnim motorima koji stvaraju potisak od plinova, kao i pokretati par električnih generatora. Električna energija putem potrebnih pretvarača mora se dovoditi u baterije, kao i u zadnji motor. Glavna prednost takve elektrane je mogućnost fleksibilne promjene općih parametara potiska kako bi se postigla optimalna potrošnja goriva koja odgovara trenutnom režimu leta.
NASA i DLR vide par zaobilaznih turbo -mlaznica kao osnovu za elektranu za eRay. Predlaže se postavljanje proizvoda s dovoljnim performansama i smanjenim dimenzijama na vrhove krila. U okviru projekta proučavana je primjena motora sa sistemom izmjenjivača topline, koji zagrijavaju dolazni atmosferski zrak zbog plinova iza turbine. U nekim načinima rada to vam omogućuje smanjenje potrošnje goriva za 20%.
Stručnjaci iz dvije organizacije pregledali su postojeće električne uređaje potrebnih tipova i donijeli određene zaključke. Pokazalo se da postojeći generatori, baterije i motori omogućuju izgradnju elektrane za eRay, ali njegove karakteristike bit će daleko od željenih. Za dobivanje optimalnih parametara potrebne su nove tehnologije i rješenja. Posebno se razmatra mogućnost korištenja učinka supravodljivosti koji može utjecati na parametre elektromotora.
Postojeće akumulacijske baterije također ne dopuštaju stvaranje aviona sa željenim parametrima. Tehnologije na nivou 2010. pružaju gustoću energije reda 335 W * h / kg. Očekuje se da će do 2040. godine ovaj parametar narasti na 2500 W * h / kg. Međutim, kratkoročno, moramo se osloniti na baterije skromnijih karakteristika od oko 1500 W * h / kg. Prema proračunima, kombinirana elektrana s električnim i turboreaktivnim motorima omogućit će trajanje leta od najmanje 6-7 sati i domet veći od 6.000 km.
Izvještaj o eRay koncept projektu daje zanimljive podatke koji pokazuju potencijal takve tehnike. Dizajneri su izračunali glavne pokazatelje performansi različite opreme rješavajući isti problem. Avion A321, kada obavlja "referentni" let na dometu od 4.200 km, trebao bi potrošiti ukupno nešto manje od 84,5 MW energije. Za to mu je potrebno 15881 kg goriva. Avion troši 2,36 litara goriva za prevoz jednog putnika na 100 km. Za obećavajuće avione eRay, prema proračunima, ukupna potrošnja energije doseže 39,57 MW - to je 5782 kg goriva. Za prijevoz putnika na 100 km potrebno vam je samo 0,82 litara goriva. Dakle, pod datim uvjetima, mašina koja obećava pokazala se 65,3% učinkovitijom od serijskog modela.
Jedan od načina za poboljšanje energetske efikasnosti je mudro korištenje prostora u putničkom prostoru. NASA i DLR nude tri opcije za kokpit linijskog broda različitih kapaciteta. Prije svega, razmatramo kabinu ekonomske klase, nastalu na bazi kabine A321. U tom slučaju sjedala se postavljaju u redove 3 + 3 sa središnjim prolazom. U ovoj konfiguraciji avion prevozi 200 ljudi. U konfiguraciji Premium Economy kapacitet sjedala je povećan na 222 putnika, za što se koriste različita sjedala i optimizira distribucija raspoložive količine. Razrađena je i varijanta sa salonima tri klase. Poslovna klasa prima 8 sjedala, dok "Economy" i "Economy-slim" primaju 87, odnosno 105 putnika.
U predloženom obliku avion eRay ima dužinu od 43,7 m. Raspon krila je 38 m u osnovnoj konfiguraciji ili 45 m u naprednoj, što daje izvjestan porast energetske efikasnosti. Težina praznog aviona određena je na 36,5 tona, maksimalna poletna težina je 67 tona, nosivost je oko 25 tona, uključujući 21 tonu putnika i 4 tone prtljaga. Performanse leta zavise od elemenata korišćene elektrane. Općenito, oni bi trebali biti na razini postojećih modela komercijalnog zrakoplovstva.
***
Koncept eRay, koji su ove godine predstavile vodeće istraživačke organizacije u Sjedinjenim Državama i Njemačkoj, zapravo je još jedan pokušaj pronalaženja načina za daljnji razvoj putničkog zrakoplovstva. Kako je s pravom navedeno u izvještaju o projektu, u budućnosti će postojati novi zahtjevi za komercijalno zrakoplovstvo, a prijevoznicima će biti potrebni novi modeli opreme sa posebnim mogućnostima. Potraga za rješenjima ovog problema ne prestaje, a projekt eRay ponovno nudi originalne ideje ove ili one vrste.
U projektu NASA -e i DLR -a, glavni ciljevi su bili povećanje energetske efikasnosti i poboljšanje aerodinamike, što bi trebalo pozitivno uticati na ukupnu efikasnost aviona. Da bi se dobile takve karakteristike, predlaže se poseban dizajn okvira koji kombinira dobro savladana i nova rješenja, kao i neobična hibridna elektrana zasnovana na različitim komponentama. Proračuni pokazuju da bi optimalna potrošnja energije goriva u kombinaciji s poboljšanom aerodinamikom trebala povećati i letne i ekonomske performanse opreme.
Međutim, do sada su svi ovi rezultati ostali „na papiru“. Koncept eRay liner -a, kao i drugi događaji ove vrste, ima ozbiljnu manu, a njegovi autori su toga svjesni. U današnje vrijeme i u bliskoj budućnosti dizajneri neće moći shvatiti sve prednosti predloženog koncepta. Ostvarenje postavljenih ciljeva otežano je nedostatkom potrebne tehnologije. Stoga ideja o turbo -mlaznom motoru s izmjenjivačima topline i izlaznom snagom generatora zahtijeva daljnju razradu i praktično testiranje. Baterije sa željenim karakteristikama još nisu dostupne, a karakterističan aerodinamički izgled aviona mora potvrditi njegove sposobnosti u toku različitih studija.
Razvoj tehnologije potrebne za izgradnju pravog eRay aviona je skup i dugotrajan. Autori projekta su toga svjesni i stoga razmatraju obećavajući zrakoplov u kontekstu razvoja zrakoplovstva u sljedećim desetljećima - do 2040-45. Vjeruju da će do tog vremena znanost stvoriti potrebne komponente i provesti sva potrebna istraživanja, što će omogućiti implementaciju novih koncepata: ili eRay ili drugih projekata.
Koncept NASA / DLR eRay koncepta - zbog svoje posebne namjene - ne može se smatrati uspjehom ili neuspjehom. Njegov cilj je bio odrediti puteve razvoja civilnog komercijalnog zrakoplovstva i pronaći optimalni dizajn koji zadovoljava zahtjeve budućnosti. Naučnici i inženjeri dvije zemlje pažljivo su proučili aktuelno pitanje i predstavili svoju verziju odgovora. Sasvim je moguće da će krajem tridesetih letjeti zrakoplovi slični sadašnjem eRay -u. Međutim, razvoj zrakoplovstva može ići na druge načine, pa će budući avioni imati sličnosti s drugim konceptima našeg doba.
