Suvremeni civilni zrakoplovi namijenjeni komercijalnim zračnim prijevoznicima ne samo da moraju pokazivati visoke performanse, već se i odlikovati 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 učinkovitost, 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 s povećanim ekonomskim pokazateljima.
Novi projekt s okvirnim naslovom eRay radio se s rezervom za budućnost. Prilikom formuliranja zahtjeva za to uzete su u obzir prognoze u pogledu 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 zračne mreže i rješavanje različitih organizacijskih pitanja. Osim toga, za podršku prijevozu bit će potrebna nova zrakoplovna tehnologija s 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 sposoban za rad na malim aerodromima, a također bi se trebao razlikovati po smanjenoj buci i jednostavnosti rada. U svom istraživanju i izvješću o tome autori novog projekta koristili su postojeći serijski zrakoplov Airbus A321-200 kao svojevrsnu referencu. Obećavajući eRay trebao je imati slične parametre kapaciteta i nosivosti, ali istodobno pokazati prednosti u svim ostalim 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. Korištenje takvih rješenja omogućilo je rješavanje postavljenih zadataka i "stvaranje" nove inačice zrakoplova budućnosti.
Prema najoptimističnijim prognozama, zrakoplov eRay bit će 30% lakši od serijskog A321. Učinkovitost elektrane povećava se za 48%. Ukupna energetska učinkovitost ploče raste za 64%. Valja napomenuti da su znanstvenici i dizajneri kako bi dobili takve rezultate morali ne samo uvesti nove ideje, već i napustiti svoja uobičajena rješenja. Zbog toga se predloženi košuljica značajno razlikuje od modernih predstavnika svoje klase.
Projekt eRay predlaže izgradnju konzolnog niskokrilnog zrakoplova sa zakrivljenim krilom. Na raspolaganju je repna jedinica, uključujući samo stabilizator s velikim poprečnim V. Nema kobilice. Na originalan način, zbog potrebe poboljšanja učinkovitosti, riješen je problem uređenja elemenata elektrane. Njegove pojedinačne jedinice postavljene su u različite dijelove krila, kao i u rep trupa.
Trup zrakoplova općenito podsjeća na jedinice postojećih strojeva. Predlaže se izgradnja potpuno metalne konstrukcije velikog rastezanja s aerodinamičkim oblikom. Pramčani dio dan je ispod kokpita i tehničkih prostorija iza kojih se nalazi veliki salon sa suvozačkim sjedalima. Ispod putničkog prostora predviđen je prostor za teret - prije svega za prtljagu. Repni dio mora sadržavati jedan od motora elektrane.
Predlaže se pristajanje brisanih aviona s trupom. Krilo dobiva optimalan profil, a na većini njegove površine nema elemenata koji bi mogli ometati protok. Na prednjim i stražnjim rubovima krila osigurana je mehanizacija tradicionalnog tipa. Na krajeve su dizajneri postavili par zaobilaznih turboreaktivnih motora s potrebnom opremom.
Umjesto tradicionalnog empennagea, projekt eRay koristi neobičan sustav. Na stražnjem dijelu trupa ugrađen je konusni prstenasti kanal za potisni propeler elektrane. Na bočnim stranama ovog kanala dizajneri su postavili dvije stabilizacijske ravnine sa značajnim poprečnim slojem V. Nema kobilice. Kontrolu zakretanja treba provoditi promjenom potiska krilnih motora ili pomoću krilne mehanizacije.
Prema NASA-inim i DLR izračunima, tri četvrtine povećanja energetske učinkovitosti može se postići samo aerodinamikom. Na primjer, 13% ukupnog povećanja učinkovitosti 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 učinkovitost, ali ostati bez kupaca.
Projekt eRay predviđa opremanje zrakoplova 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 sustavom izmjenjivača topline, koji zagrijavaju dolazeći 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 zrakoplova sa željenim parametrima. Tehnologije razine 2010. osiguravaju gustoću energije reda 335 W * h / kg. Očekuje se da će do 2040. ovaj parametar narasti na 2500 W * h / kg. No, kratkoročno, moramo se osloniti na baterije skromnijih karakteristika od oko 1500 W * h / kg. Prema izračunima, kombinirana elektrana s električnim i turboreaktivnim motorima omogućit će trajanje leta od najmanje 6-7 sati i domet veći od 6.000 km.
Izvješće o konceptualnom projektu eRay nudi zanimljive brojke koje pokazuju potencijal takve tehnike. Dizajneri su izračunali glavne pokazatelje performansi različite opreme rješavajući isti problem. Zrakoplov A321, kada izvodi "referentni" let na dometu od 4200 km, trebao bi potrošiti ukupno nešto manje od 84,5 MW energije. Za to mu je potrebno 15881 kg goriva. Zrakoplov troši 2,36 litara goriva za prijevoz jednog putnika na 100 km. Za obećavajuće zrakoplove eRay, prema izračunima, 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 danim uvjetima, obećavajući stroj ispada 65,3% učinkovitiji od serijskog modela.
Jedan od načina za poboljšanje energetske učinkovitosti je mudro korištenje prostora u putničkom prostoru. NASA i DLR nude tri mogućnosti za kokpit linijskog broda različitih kapaciteta. Prije svega, razmatramo kabinu ekonomske klase, nastalu na temelju kabine A321. U tom slučaju sjedala se postavljaju u redove 3 + 3 sa središnjim prolazom. U ovoj konfiguraciji zrakoplov nosi 200 ljudi. U konfiguraciji Premium Economy kapacitet sjedala je povećan na 222 putnika, za što se koriste različita sjedala i optimizira distribucija raspoložive količine. Također je razrađena varijanta sa salonima tri klase. Poslovna klasa prima 8 sjedala, dok "Economy" i "Economy-slim" primaju 87, odnosno 105 putnika.
U predloženom obliku zrakoplov eRay ima duljinu od 43,7 m. Raspon krila iznosi 38 m u osnovnoj konfiguraciji ili 45 m u naprednoj, što daje izvjestan porast energetske učinkovitosti. Težina praznog zrakoplova određena je na 36,5 tona. Maksimalna težina pri polijetanju je 67 tona. Korisni teret je oko 25 tona, uključujući 21 tonu putnika i 4 tone prtljage. Učinkovitost leta ovisi o elementima korištene 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. Kao što je s pravom navedeno u izvješću o projektu, u budućnosti će postojati novi zahtjevi za komercijalno zrakoplovstvo, a prijevoznici će trebati nove modele opreme sa posebnim sposobnostima. 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 su ciljevi bili povećanje energetske učinkovitosti i poboljšanje aerodinamike, što bi trebalo pozitivno utjecati na ukupnu učinkovitost zrakoplova. Da bi se dobile takve karakteristike, predlaže se poseban dizajn okvira koji kombinira dobro svladana i nova rješenja, kao i neobična hibridna elektrana zasnovana na različitim komponentama. Izračuni pokazuju da bi optimalna potrošnja energije goriva u kombinaciji s poboljšanom aerodinamikom trebala povećati i letačke i ekonomske performanse opreme.
Međutim, do sada su svi ti rezultati ostali "na papiru". Koncept eRay liner, kao i drugi događaji ove vrste, ima ozbiljnu manu, a njegovi autori su toga svjesni. U sadašnje vrijeme i u bliskoj budućnosti dizajneri neće moći shvatiti sve prednosti predloženog koncepta. Ostvarenje postavljenih ciljeva otežano je nedostatkom potrebne tehnologije. Dakle, ideja o turboreaktivnom motoru s izmjenjivačima topline i izlaznom snagom generatora zahtijeva daljnju razradu i praktično ispitivanje. Baterije sa željenim karakteristikama još nisu dostupne, a karakterističan aerodinamički izgled zrakoplova mora potvrditi njegove sposobnosti tijekom različitih studija.
Razvoj tehnologije potrebne za izgradnju pravog eRay zrakoplova skup je i oduzima puno vremena. Autori projekta toga su itekako svjesni, pa stoga razmatraju obećavajući zrakoplov u kontekstu razvoja zrakoplovstva u sljedećim desetljećima - do 2040. -45. Vjeruju da će do tog trenutka znanost stvoriti potrebne komponente i provesti sva potrebna istraživanja, što će omogućiti provedbu novih koncepata: ili eRay ili drugih projekata.
Koncept NASA / DLR eRay koncepta - zbog svoje posebne namjene - ne može se smatrati uspjehom ili neuspjehom. Cilj mu je bio odrediti putove razvoja civilnog komercijalnog zrakoplovstva i pronaći optimalni dizajn koji zadovoljava zahtjeve budućnosti. Znanstvenici i inženjeri dviju zemalja pažljivo su proučili aktualno pitanje i predstavili vlastitu verziju odgovora. Sasvim je moguće da će krajem tridesetih letjeti zrakoplovi slični sadašnjem eRayu. Međutim, razvoj zrakoplovstva može ići na druge načine, pa će stoga budući zrakoplovi imati sličnosti s drugim konceptima našeg doba.
