Moderna civila flygplan avsedda för kommersiella lufttrafikföretag måste inte bara uppvisa högpresterande egenskaper utan också kännetecknas av låga driftskostnader. När man skapar nya prover av sådan utrustning beaktas behovet av att minska alla grundkostnader och nya alternativ för att minska kostnaderna för underhåll och flygningar dyker ständigt upp. En intressant version av fodret, som kan visa särskild effektivitet, föreslogs i år av NASA och DLR -organisationer. Ett lovande konceptprojekt kallas eRay.
US National Aeronautics and Space Administration (NASA) och German Center for Aeronautics and Space (DLR) ger betydande bidrag till utvecklingen av luftfart i alla större kategorier, inklusive kommersiell luftfart, som ansvarar för transport av människor och varor. Specialisterna i dessa organisationer söker ständigt efter nya idéer, kommer med nya förslag och testar dem. Under sommaren i år presenterade de två organisationerna konceptet om ett lovande flygplan som kan visa högpresterande egenskaper med ökade ekonomiska indikatorer.
Det nya projektet med den preliminära titeln eRay arbetades fram med en reserv för framtiden. Vid utformningen av kraven för detta beaktades prognoser avseende utvecklingen av kommersiell luftfart fram till 2045. Nuvarande prognoser visar att passagerare och godstrafik vid denna tid kommer att växa betydligt i utvecklade och utvecklingsländer. I detta avseende kommer utvecklingen av flygfältnätet och lösningen av olika organisatoriska frågor att krävas. Dessutom kommer ny flygteknik med karakteristiska funktioner att krävas för att stödja transporter. När det gäller dess egenskaper bör den överträffa befintliga prover.
NASA och DLR anser att framtidens kommersiella flygplan bör vara 60% mer ekonomiska än nuvarande. Det ska kunna fungera på små flygfält, samt kännetecknas av minskat buller och enkel användning. I sin forskning och rapport om det använde författarna till det nya projektet det befintliga produktionsflygplanet Airbus A321-200 som ett slags referens. En lovande eRay skulle ha liknande parametrar för kapacitet och bärkapacitet, men samtidigt visa fördelar på alla andra områden.
ERay-konceptet är ännu inte avsett för en fullfjädrad design med efterföljande lansering av produktion och drift av utrustning. I detta avseende kunde specialister från vetenskapliga organisationer inte begränsa sig och använda de mest vågade idéerna som ännu inte är redo för genomförande i praktiken. Det var användningen av sådana lösningar som gjorde det möjligt att lösa de tilldelade uppgifterna och "skapa" en ny version av framtidens flygplan.
Enligt de mest optimistiska prognoserna kommer eRay -flygplanet att vara 30% lättare än produktionen A321. Kraftverkets effektivitet ökas med 48%. Styrelsens totala energieffektivitet stiger med 64%. Det bör noteras att för att få sådana resultat måste forskare och designers inte bara introducera nya idéer utan också överge sina vanliga lösningar. Som ett resultat skiljer sig det föreslagna fodret markant från moderna representanter för sin klass.
ERay-projektet föreslår byggandet av ett cantilever lågvingad flygplan med en svepad vinge. En svansenhet tillhandahålls, inklusive endast en stabilisator med en stor tvärgående V. Det finns ingen köl. På ett originellt sätt, på grund av behovet av att förbättra effektiviteten, löstes problemet med att ordna elementen i kraftverket. Dess individuella enheter är placerade i olika delar av vingen, liksom i svansen på flygkroppen.
Flygplanets flygplan, i allmänhet, liknar enheterna i befintliga maskiner. Konstruktionen av en metallkonstruktion med hög töjning med aerodynamisk form föreslås. Bogpartiet ges under cockpit och tekniska rum, bakom vilka det finns en stor salong med passagerarsäten. En volym för last finns under kupén - först och främst för bagage. Svansdelen måste rymma en av kraftverkets motorer.
Det föreslås att docka sopade plan med flygkroppen. Vingen får en optimal profil, och på större delen av dess yta finns inga element som kan störa flödet. På vingens främre och bakre kanter finns mekanisering av den traditionella typen. I ändarna placerade konstruktörerna ett par by-pass turbojetmotorer med nödvändig utrustning.
I stället för den traditionella empennage använder eRay -projektet ett ovanligt system. Vid svansänden av flygkroppen installeras en konisk ringformig kanal för kraftverkets skjutande propeller. På sidorna av denna kanal placerade konstruktörerna två stabiliseringsplan installerade med en betydande tvärgående V. Det finns ingen köl. Käftkontroll bör utföras genom att ändra vingmotorns dragkraft eller med hjälp av vingmekanisering.
Enligt NASA- och DLR-beräkningar kan tre fjärdedelar av ökningen av energieffektivitet endast uppnås genom aerodynamik. Till exempel tillhandahålls 13% av den totala effektivitetsökningen genom laminärt flöde runt flygkroppen. Att få vingspännet till 45 m ger en ökning med ytterligare 6%. Att överge kölen förkortar flygramens yta, vilket minskar luftmotståndet.
Uppgiften att minska det "extra" energislöseriet löses dock inte bara på grund av aerodynamik. Så övervägdes möjligheten att ta bort sidofönstren i kupén. I detta fall är konstruktionen av flygkroppen väsentligt förenklad, vilket leder till dess lättare vikt och en motsvarande minskning av kraven på motorer. En sådan innovation anses dock inte vara obligatorisk, eftersom passagerare kanske inte gillar den. Det är osannolikt att en transportör vill få energieffektivitet, men lämnas utan kunder.
ERay -projektet planerar att utrusta flygplanet med ett hybridkraftverk. Vingen ska vara utrustad med turbojetmotorer som genererar dragkraft från gaser, samt driva ett par elektriska generatorer. Elektricitet via nödvändiga omvandlare måste levereras till batterierna, såväl som till svansmotorn. Den största fördelen med ett sådant kraftverk är möjligheten att flexibelt ändra de allmänna dragkraftsparametrarna för att få den optimala bränsleförbrukning som motsvarar den nuvarande flygregimen.
NASA och DLR ser ett par bypass -turbojets som grunden för kraftverket för eRay. Produkter med tillräcklig prestanda och reducerade dimensioner föreslås placeras i vingspetsarna. Inom ramen för projektet studerades tillämpningen av motorer med ett system av värmeväxlare, som värmer den inkommande atmosfäriska luften på grund av gaser bakom turbinen. I vissa lägen kan du minska bränsleförbrukningen med 20%.
Experter från de två organisationerna granskade befintliga elektriska apparater av erforderliga typer och gjorde vissa slutsatser. Det visade sig att de befintliga generatorerna, batterierna och motorerna gör det möjligt att bygga ett kraftverk för eRay, men dess egenskaper kommer långt ifrån önskvärda. För att få optimala parametrar krävs ny teknik och lösningar. I synnerhet övervägs möjligheten att använda effekten av supraledning, som kan påverka parametrarna för en elektrisk motor.
De befintliga lagringsbatterierna tillåter inte heller att skapa ett flygplan med önskade parametrar. Tekniker på nivå 2010 ger en energitäthet i storleksordningen 335 W * h / kg. År 2040 förväntas denna parameter växa till 2500 W * h / kg. På kort sikt måste man dock lita på batterier med mer blygsamma egenskaper på cirka 1500 W * h / kg. Enligt beräkningar kommer det kombinerade kraftverket med el- och turbojetmotorer att ge en flygtid på minst 6-7 timmar och en räckvidd på mer än 6000 km.
Rapporten om eRay -konceptprojektet ger intressanta siffror som visar potentialen i en sådan teknik. Konstruktörerna beräknade de viktigaste prestandaindikatorerna för olika utrustningar samtidigt som de löste samma problem. A321 -flygplanet, när de utför en "referensflygning" med en räckvidd på 4 200 km, bör totalt förbruka knappt 84,5 MW energi. För att göra detta behöver han 15881 kg bränsle. Planet spenderar 2,36 liter bränsle för att transportera en passagerare per 100 km. För det lovande eRay -flygplanet, enligt beräkningar, når den totala energiförbrukningen 39,57 MW - detta är 5782 kg bränsle. För att transportera en passagerare per 100 km behöver du bara 0,82 liter bränsle. Under de givna förhållandena visar sig den lovande maskinen vara 65,3% mer effektiv än seriemodellen.
Ett av sätten att förbättra energieffektiviteten är att använda utrymmet i kupén klokt. NASA och DLR erbjuder tre alternativ för linjekabinen med olika kapacitet. Först och främst betraktar vi ekonomiklasshytten, skapad på grundval av A321 -kupén. I detta fall är sätena installerade i rader med 3 + 3 med en central gång. I denna konfiguration transporterar flygplanet 200 personer. I Premium Economy -konfigurationen ökar sittkapaciteten till 222 passagerare, för vilka olika säten används och fördelningen av tillgängliga volymer optimeras. En variant med salonger av tre klasser har också utarbetats. Business class rymmer 8 platser, medan "economy" och "economy-slim" rymmer 87 respektive 105 passagerare.
I den föreslagna formen har eRay -flygplanet en längd av 43, 7 m. Vingbredden är 38 m i grundkonfigurationen eller 45 m i den avancerade, vilket ger en viss ökning av energieffektiviteten. Vikten på det tomma flygplanet bestäms till 36,5 ton. Maximal startvikt är 67 ton. Lasten är cirka 25 ton, inklusive 21 ton passagerare och 4 ton bagage. Flygprestanda beror på elementen i det kraftverk som används. I allmänhet bör de ligga på samma nivå som befintliga modeller för kommersiell luftfart.
***
ERay -konceptet, som presenterades i år av ledande forskningsorganisationer i USA och Tyskland, är faktiskt ytterligare ett försök att hitta sätt att vidareutveckla passagerarflyg. Som med rätta noterats i projektrapporten kommer det i framtiden att ställas nya krav för kommersiell luftfart, och transportörer kommer att behöva nya modeller av utrustning med speciell kapacitet. Sökandet efter lösningar på detta problem slutar inte, och eRay -projektet erbjuder återigen originella idéer av ett eller annat slag.
I NASA- och DLR -projektet var huvudmålen att öka energieffektiviteten och förbättra aerodynamiken, vilket positivt skulle påverka flygplanets totala effektivitet. För att få sådana egenskaper föreslås en speciell flygplanskonstruktion som kombinerar väl behärskade och nya lösningar, samt ett ovanligt hybridkraftverk baserat på olika komponenter. Beräkningar visar att den optimala förbrukningen av bränslenergi i kombination med förbättrad aerodynamik bör öka både flygning och ekonomisk prestanda för utrustningen.
Men hittills förblir alla dessa resultat "på papper". ERay liner -konceptet, liksom andra utvecklingar i sitt slag, har en allvarlig brist, och dess författare är väl medvetna om detta. För närvarande och inom en snar framtid kommer designers inte att kunna inse alla fördelar med det föreslagna konceptet. Uppnåendet av de uppsatta målen försvåras av bristen på nödvändig teknik. Således behöver idén om en turbojetmotor med värmeväxlare och effekt till en generator ytterligare utarbetande och praktiska tester. Batterier med önskade egenskaper är ännu inte tillgängliga, och flygplanets karaktäristiska aerodynamiska utseende måste bekräfta dess förmåga under olika studier.
Utvecklingen av den teknik som krävs för att bygga ett riktigt eRay-flygplan är kostsamt och tidskrävande. Författarna till projektet är väl medvetna om detta, och därför överväger de ett lovande flygplan i samband med luftfartsutveckling under de kommande decennierna - fram till 2040-45. De tror att vid den här tiden vetenskapen kommer att skapa de nödvändiga komponenterna och genomföra all nödvändig forskning, vilket möjliggör implementering av nya koncept: antingen eRay eller andra projekt.
NASA / DLR eRay -konceptprojektet - på grund av sitt specifika syfte - kan inte anses vara en framgång eller ett misslyckande. Dess mål var att bestämma vägarna för utvecklingen av civil kommersiell luftfart och hitta den optimala designen som uppfyller framtidens krav. Forskare och ingenjörer i de två länderna har noggrant studerat den aktuella frågan och presenterat sin egen version av svaret. Det är fullt möjligt att i slutet av trettiotalet kommer flygplan som liknar den nuvarande eRay faktiskt att lyfta. Flygens utveckling kan dock gå på andra sätt, och därför kommer framtida flygplan att ha likheter med andra koncept i vår tid.
