Avioanele civile moderne destinate transportatorilor aerieni comerciali nu trebuie doar să prezinte caracteristici de înaltă performanță, ci să se distingă și prin costuri de operare reduse. Atunci când se creează noi eșantioane de astfel de echipamente, este luată în considerare necesitatea reducerii tuturor costurilor de bază și apar în mod constant noi opțiuni pentru reducerea costurilor de întreținere și zboruri. O versiune interesantă a căptușelii, capabilă să arate o eficiență deosebită, a fost propusă anul acesta de organizațiile NASA și DLR. Un proiect conceptual promițător se numește eRay.
Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA) din SUA și Centrul German pentru Aeronautică și Spațiu (DLR) aduc contribuții semnificative la dezvoltarea aviației în toate categoriile majore, inclusiv în aviația comercială, care este responsabilă cu transportul de persoane și mărfuri. Specialiștii acestor organizații caută în permanență idei noi, vin cu noi propuneri și le testează. În vara acestui an, cele două organizații au prezentat conceptul unei aeronave promițătoare capabile să prezinte caracteristici de înaltă performanță cu indicatori economici crescuți.
Noul proiect cu titlul provizoriu eRay a fost elaborat cu o rezervă pentru viitor. La formularea cerințelor pentru aceasta, au fost luate în considerare previziunile privind dezvoltarea aviației comerciale până în 2045. Previziunile actuale arată că până în acest moment în țările dezvoltate și în curs de dezvoltare, traficul de pasageri și mărfuri va crește semnificativ. În acest sens, va fi necesară dezvoltarea rețelei de aerodromuri și soluționarea diferitelor probleme organizaționale. În plus, va fi necesară o nouă tehnologie aeriană cu capacități caracteristice pentru a sprijini transportul. În ceea ce privește caracteristicile sale, ar trebui să depășească probele existente.
NASA și DLR consideră că aeronavele comerciale din viitor ar trebui să fie cu 60% mai economice decât cele actuale. Ar trebui să poată lucra la aerodromuri mici, precum și să se distingă prin zgomot redus și ușurință în operare. În cercetarea și raportul lor, autorii noului proiect au folosit aeronava de producție existentă Airbus A321-200 ca un fel de referință. Un eRay promițător trebuia să aibă parametri similari de capacitate și capacitate de încărcare, dar în același timp să prezinte avantaje în toate celelalte domenii.
Conceptul eRay nu este încă conceput pentru un design complet, cu lansarea ulterioară a producției și operării echipamentelor. În acest sens, specialiștii organizațiilor științifice au reușit să nu se limiteze și să folosească cele mai îndrăznețe idei care nu sunt încă pregătite pentru implementare în practică. Utilizarea unor astfel de soluții a făcut posibilă rezolvarea sarcinilor atribuite și „crearea” unei noi versiuni a aeronavei viitorului.
Conform celor mai optimiste prognoze, avionul eRay va fi cu 30% mai ușor decât A321 de producție. Eficiența centralei este mărită cu 48%. Eficiența energetică totală a plăcii crește cu 64%. Trebuie remarcat faptul că, pentru a obține astfel de rezultate, oamenii de știință și proiectanții au trebuit nu numai să introducă idei noi, ci și să renunțe la soluțiile lor obișnuite. Ca urmare, linia propusă diferă semnificativ de reprezentanții moderni ai clasei sale.
Proiectul eRay propune construirea unei aeronave în consolă cu aripă joasă cu aripă măturată. Este prevăzută o unitate de coadă, care include doar un stabilizator cu un transversal mare V. Nu există chilă. Într-un mod original, datorită necesității de a îmbunătăți eficiența, a fost rezolvată problema amenajării elementelor centralei. Unitățile sale individuale sunt plasate în diferite părți ale aripii, precum și în coada fuselajului.
Fuzelajul aeronavei, în general, seamănă cu unitățile mașinilor existente. Este propusă construcția unei structuri din metal, de mare alungire, cu formă aerodinamică. Partea de arc este dată sub cabină și încăperile tehnice, în spatele cărora există un salon mare cu scaune pentru pasageri. Un volum pentru marfă este prevăzut sub habitaclu - în primul rând pentru bagaje. Secțiunea de coadă trebuie să găzduiască unul dintre motoarele centralei electrice.
Se propune ancorarea avioanelor măturate cu fuselajul. Aripa obține un profil optim și, pe cea mai mare parte a suprafeței sale, nu există elemente capabile să perturbe fluxul. Pe marginile anterioare și laterale ale aripii, este prevăzută mecanizarea de tip tradițional. La capete, proiectanții au plasat o pereche de motoare cu turboreactură by-pass cu echipamentul necesar.
În loc de empenajul tradițional, proiectul eRay folosește un sistem neobișnuit. La capătul cozii al fuselajului, este instalat un canal inelar conic pentru elica împingătoare a centralei electrice. Pe părțile laterale ale acestui canal, proiectanții au plasat două planuri stabilizatoare instalate cu o transversală semnificativă V. Nu există chilă. Controlul gulerului trebuie efectuat prin schimbarea tracțiunii motoarelor aripilor sau prin mecanizarea aripilor.
Conform calculelor NASA și DLR, trei sferturi din creșterea eficienței energetice poate fi realizată numai prin aerodinamică. De exemplu, 13% din creșterea globală a eficienței este asigurată de fluxul laminar în jurul fuselajului. Aducerea anvergurii la 45 m oferă o creștere de încă 6%. Abandonarea chilei scurtează suprafața cadrului, reducând rezistența la aer.
Cu toate acestea, sarcina de a reduce risipa „suplimentară” de energie este rezolvată nu numai datorită aerodinamicii. Deci, a fost luată în considerare posibilitatea de a scoate geamurile laterale ale habitaclului. În acest caz, designul fuselajului este semnificativ simplificat, ceea ce duce la o greutate mai redusă și la o reducere corespunzătoare a cerințelor pentru motoare. Cu toate acestea, o astfel de inovație nu este considerată obligatorie, deoarece pasagerilor s-ar putea să nu le placă. Este puțin probabil ca un transportator să dorească să obțină eficiență energetică, dar să rămână fără clienți.
Proiectul eRay are în vedere dotarea aeronavei cu o centrală hibridă. Aripa ar trebui să fie echipată cu motoare cu turboreactor care generează împingere din gaze, precum și să acționeze o pereche de generatoare electrice. Electricitatea prin intermediul convertoarelor necesare trebuie să fie furnizată bateriilor, precum și motorului din spate. Principalul avantaj al unei astfel de centrale este capacitatea de a modifica flexibil parametrii generali ai tracțiunii pentru a obține consumul optim de combustibil corespunzător regimului actual de zbor.
NASA și DLR consideră o pereche de turboreactoare de bypass ca bază pentru centrala electrică pentru eRay. Produsele cu performanțe suficiente și dimensiuni reduse sunt propuse pentru a fi plasate în vârfurile aripilor. În cadrul proiectului, a fost studiată aplicarea motoarelor cu un sistem de schimbătoare de căldură, care încălzesc aerul atmosferic primit din cauza gazelor din spatele turbinei. În unele moduri, acest lucru vă permite să reduceți consumul de combustibil cu 20%.
Experții din cele două organizații au analizat dispozitivele electrice existente din tipurile necesare și au făcut anumite concluzii. S-a dovedit că generatoarele, bateriile și motoarele existente permit construirea unei centrale electrice pentru eRay, dar caracteristicile sale vor fi departe de a fi dorite. Pentru a obține parametri optimi, sunt necesare noi tehnologii și soluții. În special, se ia în considerare posibilitatea utilizării efectului supraconductivității, care poate afecta parametrii unui motor electric.
Bateriile de stocare existente nu permit, de asemenea, crearea unei aeronave cu parametrii doriți. Tehnologiile de nivel 2010 asigură o densitate a energiei de ordinul a 335 W * h / kg. Până în 2040, se așteaptă ca acest parametru să crească la 2500 W * h / kg. Cu toate acestea, pe termen scurt, trebuie să vă bazați pe baterii cu caracteristici mai modeste de aproximativ 1500 W * h / kg. Potrivit calculelor, centrala electrică combinată cu motoare electrice și turboreactoare va asigura o durată de zbor de cel puțin 6-7 ore și o autonomie de peste 6.000 km.
Raportul despre proiectul concept eRay oferă cifre interesante care arată potențialul unei astfel de tehnici. Proiectanții au calculat principalii indicatori de performanță ai diferitelor echipamente, rezolvând în același timp aceeași problemă. Avionul A321, atunci când efectuează un zbor „de referință” la o distanță de 4.200 km, ar trebui să consume în total puțin sub 84,5 MW de energie. Pentru a face acest lucru, are nevoie de 15881 kg de combustibil. Avionul cheltuie 2,36 litri de combustibil pentru a transporta un pasager la 100 km. Pentru promițătoarele avioane eRay, conform calculelor, consumul total de energie ajunge la 39,57 MW - aceasta este 5782 kg de combustibil. Pentru a transporta un pasager la 100 km, aveți nevoie doar de 0,82 litri de combustibil. Astfel, în condițiile date, mașina promițătoare se dovedește a fi cu 65,3% mai eficientă decât modelul de serie.
Una dintre modalitățile de îmbunătățire a eficienței energetice este folosirea cu înțelepciune a spațiului din habitaclu. NASA și DLR oferă trei opțiuni pentru cabina de linie cu capacități diferite. În primul rând, luăm în considerare cabina de clasă economică, creată pe baza cabinei A321. În acest caz, scaunele sunt instalate pe rânduri de 3 + 3 cu un culoar central. În această configurație, aeronava transportă 200 de persoane. În configurația Premium Economy, capacitatea scaunelor este mărită la 222 de pasageri, pentru care sunt utilizate scaune diferite și distribuția volumelor disponibile este optimizată. De asemenea, a fost elaborată o variantă cu saloane de trei clase. Clasa Business are 8 locuri, în timp ce „economic” și „economic slim” pot găzdui 87 și respectiv 105 pasageri.
În forma propusă, aeronava eRay are o lungime de 43, 7 m. Anvergura aripilor este de 38 m în configurația de bază sau 45 m în cea avansată, ceea ce oferă o oarecare creștere a eficienței energetice. Greutatea aeronavei goale este determinată la 36,5 tone. Greutatea maximă la decolare este de 67 tone. Sarcina utilă este de aproximativ 25 de tone, inclusiv 21 de tone de pasageri și 4 tone de bagaje. Performanța zborului depinde de elementele centralei electrice utilizate. În general, acestea ar trebui să fie la nivelul modelelor existente de aviație comercială.
***
Conceptul eRay, dezvăluit anul acesta de organizații de cercetare de top din Statele Unite și Germania, este de fapt o altă încercare de a găsi modalități de a dezvolta în continuare aviația pasagerilor. După cum sa menționat pe bună dreptate în raportul de proiect, în viitor vor exista noi cerințe pentru aviația comercială, iar transportatorii vor avea nevoie de noi modele de echipamente cu capacități speciale. Căutarea soluțiilor la această problemă nu se oprește, iar proiectul eRay oferă din nou idei originale de un fel sau altul.
În proiectul NASA și DLR, principalele obiective au fost creșterea eficienței energetice și îmbunătățirea aerodinamicii, care ar trebui să afecteze pozitiv eficiența generală a aeronavei. Pentru a obține astfel de caracteristici, se propune un design special al cadrelor de aer, care combină soluții bine stăpânite și noi, precum și o centrală hibridă neobișnuită bazată pe componente diferite. Calculele arată că consumul optim de energie a combustibilului în combinație cu o aerodinamică îmbunătățită ar trebui să crească atât performanța de zbor, cât și cea economică a echipamentului.
Cu toate acestea, până acum toate aceste rezultate rămân „pe hârtie”. Conceptul de linie eRay, ca și alte evoluții de acest gen, are un defect serios, iar autorii săi sunt conștienți de acest lucru. În prezent și în viitorul apropiat, designerii nu vor putea realiza toate avantajele conceptului propus. Realizarea obiectivelor stabilite este împiedicată de lipsa tehnologiilor necesare. Astfel, ideea unui motor turboreactor cu schimbătoare de căldură și putere de ieșire către un generator necesită elaborări suplimentare și teste practice. Bateriile cu caracteristicile dorite nu sunt încă disponibile, iar aspectul aerodinamic caracteristic al aeronavei trebuie să confirme capacitățile acesteia pe parcursul diferitelor studii.
Dezvoltarea tehnologiei necesare construirii unei aeronave eRay reale este costisitoare și consumă mult timp. Autorii proiectului sunt conștienți de acest lucru și, prin urmare, iau în considerare o aeronavă promițătoare în contextul dezvoltării aviației în următoarele decenii - până în 2040-45. Ei cred că până în acest moment știința va crea componentele necesare și va efectua toate cercetările necesare, ceea ce va permite implementarea unor noi concepte: fie eRay, fie alte proiecte.
Proiectul conceptual NASA / DLR eRay - datorită scopului său specific - nu poate fi considerat un succes sau un eșec. Scopul său a fost să stabilească căile pentru dezvoltarea aviației comerciale civile și să găsească designul optim care să îndeplinească cerințele viitorului. Oamenii de știință și inginerii celor două țări au studiat cu atenție întrebarea actuală și și-au prezentat propria versiune a răspunsului. Este foarte posibil ca la sfârșitul anilor treizeci, avioane similare cu actualul eRay să decoleze. Cu toate acestea, dezvoltarea aviației poate merge în alte moduri și, prin urmare, viitorii avioane vor avea similitudini cu alte concepte ale timpului nostru.
