Nykyaikaisten siviili -ilma -alusten, jotka on tarkoitettu kaupallisille lentoliikenteen harjoittajille, on oltava paitsi suorituskykyisiä, myös niiden alhaiset käyttökustannukset. Kun luodaan uusia näytteitä tällaisista laitteista, otetaan huomioon tarve alentaa kaikkia peruskustannuksia, ja uusia vaihtoehtoja ylläpitokustannusten ja lentojen alentamiseksi syntyy jatkuvasti. NASA ja DLR -organisaatiot ehdottivat tänä vuonna mielenkiintoisen version linjasta, joka pystyy osoittamaan erityisen tehokkuuden. Lupaava konseptihanke on nimeltään eRay.
Yhdysvaltain kansallinen ilmailu- ja avaruushallinto (NASA) ja Saksan ilmailu- ja avaruuskeskus (DLR) osallistuvat merkittävästi ilmailun kehittämiseen kaikissa tärkeimmissä luokissa, mukaan lukien kaupallinen ilmailu, joka vastaa ihmisten ja tavaroiden kuljetuksesta. Näiden organisaatioiden asiantuntijat etsivät jatkuvasti uusia ideoita, esittävät uusia ehdotuksia ja testaavat niitä. Kesällä tänä vuonna nämä kaksi organisaatiota esittelivät lupaavan ilma -aluksen konseptin, joka kykenee osoittamaan korkeita suorituskykyominaisuuksia ja parantamaan taloudellisia indikaattoreita.
Uutta hanketta, jonka otsikko oli eRay, kehitettiin varauksella tulevaisuutta varten. Sen vaatimuksia laadittaessa otettiin huomioon kaupallisen ilmailun kehitystä koskevat ennusteet vuoteen 2045 asti. Nykyiset ennusteet osoittavat, että tähän mennessä kehittyneissä ja kehitysmaissa matkustaja- ja rahtiliikenne kasvaa merkittävästi. Tältä osin tarvitaan lentoasemaverkoston kehittämistä ja erilaisten organisatoristen kysymysten ratkaisemista. Lisäksi kuljetuksiin tarvitaan uutta ilmailuteknologiaa, jolla on ominaisominaisuuksia. Ominaisuuksiltaan sen pitäisi ylittää olemassa olevat näytteet.
NASA ja DLR uskovat, että tulevaisuuden kaupallisten lentokoneiden pitäisi olla 60% taloudellisempia kuin nykyiset. Sen pitäisi pystyä työskentelemään pienillä lentokentillä, ja sen pitäisi erottua pienemmällä melulla ja helppokäyttöisyydellä. Uuden hankkeen tekijät käyttivät tutkimuksessaan ja siitä kertomuksessaan eräänlaista vertailukohtaa olemassa olevaa Airbus A321-200 -tuotantokonetta. Lupaavan eRayn kapasiteetin ja kantokyvyn oli oltava samanlaisia, mutta samalla sillä oli etuja kaikilla muilla aloilla.
ERay-konseptia ei ole vielä tarkoitettu täydelliseen suunnitteluun, jonka jälkeen tuotanto ja laitteet käynnistetään. Tältä osin tieteellisten järjestöjen asiantuntijat eivät voineet rajoittaa itseään ja käyttää rohkeimpia ideoita, jotka eivät ole vielä valmiita toteutettavaksi käytännössä. Tällaisten ratkaisujen käyttö mahdollisti annettujen tehtävien ratkaisemisen ja "luomisen" uuden version tulevaisuuden lentokoneista.
Optimistisimpien ennusteiden mukaan eRay -lentokone on 30% kevyempi kuin tuotanto A321. Voimalaitoksen hyötysuhde kasvaa 48%. Levyn energiatehokkuus nousee 64%. On huomattava, että tällaisten tulosten saamiseksi tutkijoiden ja suunnittelijoiden oli paitsi esitettävä uusia ideoita, myös hylättävä tavanomaiset ratkaisunsa. Tämän seurauksena ehdotettu vuoraus eroaa merkittävästi luokkansa nykyaikaisista edustajista.
ERay-hanke ehdottaa ulokkeisen matalasiipisen lentokoneen rakentamista pyyhkäisemällä siiven. Toimitetaan takayksikkö, joka sisältää vain vakaimen, jossa on suuri poikittainen V. Ei köliä. Alkuperäisellä tavalla tehokkuuden parantamistarpeen vuoksi voimalaitoksen elementtien järjestelyongelma ratkaistiin. Sen yksittäiset yksiköt on sijoitettu siiven eri osiin sekä rungon häntään.
Lentokoneen runko muistuttaa yleensä olemassa olevien koneiden yksiköitä. Ehdotetaan täysmetallisen rakenteen rakentamista, jolla on suuri venymä ja aerodynaaminen muoto. Keulaosa annetaan ohjaamon ja teknisten tilojen alla, joiden takana on suuri salonki, jossa on matkustajaistuimia. Matkustamon alla on tilavuus lastille - ennen kaikkea matkatavaroille. Peräosan on mahtuva yksi voimalaitoksen moottoreista.
Ehdotetaan telakoitua pyyhkäistyjä lentokoneita rungon kanssa. Siipi saa optimaalisen profiilin, ja suurimmalla osalla sen pinnasta ei ole elementtejä, jotka voivat häiritä virtausta. Siiven etu- ja takareunoilla on perinteinen koneistus. Päätyyn suunnittelijat asettivat pari ohitusmoottoria ja tarvittavat varusteet.
ERay -projekti käyttää perinteisen empennagen sijaan epätavallista järjestelmää. Rungon loppupäähän on asennettu kartiomainen rengasmainen kanava voimalaitoksen työntöpotkuria varten. Tämän kanavan sivuille suunnittelijat sijoittivat kaksi vakautustasoa, joihin oli asennettu merkittävä poikittainen V. Ei ole köliä. Kääntöohjaus on suoritettava muuttamalla siipimoottoreiden työntövoimaa tai käyttämällä siipien koneistusta.
NASAn ja DLR: n laskelmien mukaan kolme neljäsosaa energiatehokkuuden kasvusta voidaan saavuttaa vain aerodynamiikan avulla. Esimerkiksi 13% tehokkuuden kokonaiskasvusta saadaan rungon ympärillä olevasta laminaarivirtauksesta. Kun siipien kärkiväli nostetaan 45 metriin, kasvu on vielä 6%. Kölin hylkääminen lyhentää lentokoneen rungon pintaa ja vähentää ilmanvastusta.
Tehtävä vähentää "ylimääräistä" energian tuhlausta ei kuitenkaan ratkea pelkästään aerodynamiikan ansiosta. Niinpä harkittiin mahdollisuutta irrottaa matkustamon sivuikkunat. Tässä tapauksessa rungon muotoilu yksinkertaistuu merkittävästi, mikä johtaa sen kevyempään painoon ja vastaavasti moottorivaatimusten vähenemiseen. Tällaista innovaatiota ei kuitenkaan pidetä pakollisena, koska matkustajat eivät ehkä pidä siitä. On epätodennäköistä, että liikenteenharjoittaja haluaa saada energiatehokkuutta, mutta jää ilman asiakkaita.
ERay -hankkeessa lentokone varustetaan hybridivoimalaitoksella. Siipi olisi varustettava turbojetimoottoreilla, jotka tuottavat työntövoimaa kaasuista ja käyttävät paria sähkögeneraattoreita. Sähköä tarvittavien muuntimien kautta on toimitettava paristoille ja perämoottorille. Tällaisen voimalaitoksen tärkein etu on kyky muuttaa joustavasti työntövoiman yleisiä parametreja, jotta saadaan optimaalinen polttoaineenkulutus, joka vastaa nykyistä lentojärjestelmää.
NASA ja DLR näkevät ohitusputket eRayn voimalaitoksen perustana. Tuotteita, joilla on riittävä suorituskyky ja pienemmät mitat, ehdotetaan sijoitettavaksi siipien kärkiin. Hankkeen puitteissa tutkittiin moottorien käyttöä lämmönvaihdinjärjestelmällä, joka lämmittää tulevaa ilmaa turbiinin takana olevien kaasujen vuoksi. Joissakin tiloissa tämä mahdollistaa polttoaineen kulutuksen vähentämisen 20%.
Kahden organisaation asiantuntijat tarkastelivat tarvittavia sähkölaitteita ja tekivät tiettyjä johtopäätöksiä. Kävi ilmi, että olemassa olevat generaattorit, akut ja moottorit mahdollistavat voimalaitoksen rakentamisen eRaylle, mutta sen ominaisuudet ovat kaukana toivotuista. Optimaalisten parametrien saamiseksi tarvitaan uusia tekniikoita ja ratkaisuja. Erityisesti harkitaan mahdollisuutta käyttää suprajohtavuuden vaikutusta, joka voi vaikuttaa sähkömoottorin parametreihin.
Nykyiset akut eivät myöskään salli halutulla parametrilla varustetun lentokoneen luomista. Vuoden 2010 teknologiat tarjoavat energiatiheyden noin 335 W * h / kg. Vuoteen 2040 mennessä tämän parametrin odotetaan kasvavan 2500 W * h / kg. Lyhyellä aikavälillä on kuitenkin luotettava paristoihin, joiden ominaisuudet ovat vaatimattomampia, noin 1500 W * h / kg. Laskelmien mukaan yhdistetty voimalaitos, jossa on sähkö- ja turbojet-moottorit, tarjoaa vähintään 6-7 tunnin lennon ja etäisyyden yli 6000 km.
Raportti eRay -konseptihankkeesta tarjoaa mielenkiintoisia lukuja, jotka osoittavat tällaisen tekniikan mahdollisuudet. Suunnittelijat laskivat eri laitteiden tärkeimmät suorituskykyindikaattorit samalla ratkaistessaan saman ongelman. Kun A321 -ilma -alus suorittaa "vertailu" lennon 4200 km: n etäisyydellä, sen pitäisi kuluttaa yhteensä hieman alle 84,5 MW energiaa. Tätä varten hän tarvitsee 15881 kg polttoainetta. Lentokone kuluttaa 2,36 litraa polttoainetta yhden matkustajan kuljettamiseen 100 kilometriä kohden. Lupaavien eRay -lentokoneiden energian kokonaiskulutus on laskelmien mukaan 39,57 MW - tämä on 5782 kg polttoainetta. Matkustajan kuljettamiseen 100 kilometriä kohden tarvitset vain 0,82 litraa polttoainetta. Näin ollen lupaava kone osoittautuu tietyissä olosuhteissa 65,3% tehokkaammaksi kuin sarjamalli.
Yksi tapa parantaa energiatehokkuutta on käyttää matkustamon tilaa viisaasti. NASA ja DLR tarjoavat kolme vaihtoehtoa liner -ohjaamolle, joilla on eri kapasiteetti. Ensinnäkin harkitsemme turistiluokan hyttiä, joka on luotu A321 -hytin perusteella. Tässä tapauksessa istuimet asennetaan 3 + 3 riville keskikäytävällä. Tässä kokoonpanossa lentokoneessa on 200 ihmistä. Premium Economy -konfiguraatiossa istumapaikkoja nostetaan 222 matkustajalle, joille käytetään erilaisia istuimia ja käytettävissä olevien tilavuuksien jakautuminen on optimoitu. Lisäksi on kehitetty variantti, jossa on kolmen luokan salongit. Business-luokkaan mahtuu 8 paikkaa, kun taas "economy" ja "economy-slim" 87 matkustajaa.
Ehdotetussa muodossa eRay -lentokoneen pituus on 43,7 m. Siipiväli on 38 m peruskonfiguraatiossa tai 45 m edistyneessä, mikä lisää jonkin verran energiatehokkuutta. Tyhjän lentokoneen painoksi määritetään 36,5 tonnia. Suurin lentoonlähtöpaino on 67 tonnia. Hyötykuorma on noin 25 tonnia, mukaan lukien 21 tonnia matkustajia ja 4 tonnia matkatavaroita. Lentoteho riippuu käytetyn voimalaitoksen osista. Yleensä niiden pitäisi olla kaupallisen ilmailun nykyisten mallien tasolla.
***
Yhdysvaltain ja Saksan johtavat tutkimusorganisaatiot julkistivat tänä vuonna eRay -konseptin. Kuten hankeraportissa on oikein todettu, tulevaisuudessa kaupallista ilmailua koskevat uudet vaatimukset, ja lentoliikenteen harjoittajat tarvitsevat uusia erityisominaisuuksilla varustettuja laitemalleja. Ratkaisujen etsiminen tähän ongelmaan ei lopu, ja eRay -projekti tarjoaa jälleen kerran alkuperäisiä ideoita.
NASAn ja DLR -projektin päätavoitteina olivat energiatehokkuuden lisääminen ja aerodynamiikan parantaminen, minkä pitäisi vaikuttaa myönteisesti lentokoneen kokonaistehokkuuteen. Tällaisten ominaisuuksien saamiseksi ehdotetaan erityistä lentokoneen runkoa, jossa yhdistyvät hyvin hallitut ja uudet ratkaisut sekä epätavallinen hybridivoimala, joka perustuu erilaisiin komponentteihin. Laskelmat osoittavat, että optimaalisen polttoaineenkulutuksen ja parannetun aerodynamiikan pitäisi parantaa sekä lento- että taloudellista suorituskykyä.
Toistaiseksi kaikki nämä tulokset ovat kuitenkin "paperilla". ERay -linjaliikennekonseptilla, kuten muullakin laatuaan, on vakava puute, ja sen tekijät ovat hyvin tietoisia tästä. Tällä hetkellä ja lähitulevaisuudessa suunnittelijat eivät pysty ymmärtämään kaikkia ehdotetun konseptin etuja. Asetettujen tavoitteiden saavuttamista vaikeuttaa tarvittavan teknologian puute. Näin ollen ajatus turboreaktiivisesta moottorista, jossa on lämmönvaihtimet ja teho generaattorille, vaatii lisäselvitystä ja käytännön testausta. Haluttujen ominaisuuksien paristoja ei ole vielä saatavilla, ja ilma -aluksen ominaislaatuisen aerodynaamisen ulkonäön on vahvistettava sen kyvyt eri tutkimusten aikana.
Todellisen eRay-lentokoneen rakentamiseen tarvittavan tekniikan kehittäminen on kallista ja aikaa vievää. Hankkeen kirjoittajat ovat hyvin tietoisia tästä, ja siksi he harkitsevat lupaavaa ilma -alusta ilmailun kehittämisen yhteydessä tulevina vuosikymmeninä - aina 2040-45 asti. He uskovat, että tähän mennessä tiede luo tarvittavat komponentit ja suorittaa kaiken tarvittavan tutkimuksen, mikä mahdollistaa uusien konseptien toteuttamisen: joko eRay tai muut hankkeet.
NASA / DLR eRay -konseptihanketta - sen erityistarkoituksen vuoksi - ei voida pitää menestyksenä tai epäonnistumisena. Sen tavoitteena oli määrittää siviili -kaupallisen ilmailun kehityspolut ja löytää tulevaisuuden vaatimukset täyttävä optimaalinen muotoilu. Kahden maan tutkijat ja insinöörit ovat tutkineet huolellisesti tämänhetkisen kysymyksen ja esittäneet oman versionsa vastauksesta. On täysin mahdollista, että 30 -luvun lopulla nykyisen eRayn kaltaiset lentokoneet todella nousevat lentoon. Ilmailun kehittäminen voi kuitenkin mennä muillakin tavoilla, ja siksi tulevilla lentokoneilla on samankaltaisuuksia aikamme muiden käsitteiden kanssa.
