Moderne civile fly beregnet til kommercielle luftfartsselskaber skal ikke kun vise egenskaber med høj ydeevne, men også kendetegnes ved lave driftsomkostninger. Når man opretter nye prøver af sådant udstyr, tages der hensyn til behovet for at reducere alle basisomkostninger, og nye muligheder for at reducere omkostninger til vedligeholdelse og flyvninger dukker konstant op. En interessant version af foringen, der kunne vise særlig effektivitet, blev foreslået i år af NASA og DLR -organisationer. Et lovende konceptprojekt kaldes eRay.
US National Aeronautics and Space Administration (NASA) og German Center for Aeronautics and Space (DLR) yder betydelige bidrag til udviklingen af luftfart i alle større kategorier, herunder kommerciel luftfart, som er ansvarlig for transport af mennesker og varer. Specialisterne i disse organisationer søger konstant efter nye ideer, kommer med nye forslag og tester dem. I sommeren i år præsenterede de to organisationer konceptet om et lovende fly, der er i stand til at vise højtydende egenskaber med øgede økonomiske indikatorer.
Det nye projekt med den foreløbige titel eRay blev udarbejdet med en reserve for fremtiden. Ved formuleringen af kravene hertil blev prognoser vedrørende udviklingen af kommerciel luftfart frem til 2045 taget i betragtning. Nuværende prognoser viser, at på dette tidspunkt i udviklede og udviklingslande vil passager- og godstrafik vokse betydeligt. I denne forbindelse vil udviklingen af flyvepladsnetværket og løsningen af forskellige organisatoriske spørgsmål være påkrævet. Derudover vil ny luftfartsteknologi med karakteristiske egenskaber være påkrævet for at understøtte transport. Med hensyn til dets egenskaber bør den overgå de eksisterende prøver.
NASA og DLR mener, at fremtidens kommercielle fly bør være 60% mere økonomiske end de nuværende. Det skal kunne fungere på små flyvepladser og kendetegnes ved reduceret støj og brugervenlighed. I deres forskning og rapport om det brugte forfatterne af det nye projekt det eksisterende produktionsfly Airbus A321-200 som en slags reference. Et lovende eRay skulle have lignende parametre for kapacitet og bæreevne, men samtidig vise fordele på alle andre områder.
ERay-konceptet er endnu ikke beregnet til et fuldgyldigt design med den efterfølgende lancering af produktion og drift af udstyr. I denne henseende kunne specialisterne i videnskabelige organisationer ikke begrænse sig selv og bruge de mest vovede ideer, der endnu ikke er klar til implementering i praksis. Det var brugen af sådanne løsninger, der gjorde det muligt at løse de tildelte opgaver og "oprette" en ny version af fremtidens fly.
Ifølge de mest optimistiske prognoser vil eRay -flyet være 30% lettere end A321 -produktionen. Kraftværkets effektivitet øges med 48%. Boardets samlede energieffektivitet stiger med 64%. Det skal bemærkes, at for at opnå sådanne resultater måtte forskere og designere ikke kun introducere nye ideer, men også opgive deres sædvanlige løsninger. Som følge heraf adskiller den foreslåede foring sig markant fra moderne repræsentanter for sin klasse.
ERay-projektet foreslår konstruktion af et cantilever lavvinget fly med en fejet vinge. Der leveres en haleenhed, inklusive kun en stabilisator med et stort tværgående V. Der er ingen køl. På en original måde på grund af behovet for at forbedre effektiviteten blev problemet med at arrangere elementerne i kraftværket løst. Dens individuelle enheder er placeret i forskellige dele af vingen såvel som i halen af skroget.
Flyets flykroge ligner generelt enhederne i eksisterende maskiner. Konstruktionen af en metalstruktur med høj forlængelse med aerodynamisk form foreslås. Stævnedelen er givet under cockpittet og tekniske rum, bag hvilke der er en stor salon med passagersæder. Der er et volumen til last under passagerrummet - først og fremmest til bagage. Halesektionen skal rumme en af kraftværksmotorerne.
Det foreslås at dokke fejede fly med skroget. Vingen opnår en optimal profil, og på det meste af overfladen er der ingen elementer, der kan forstyrre strømmen. På vingens for- og bagkanter findes mekanisering af den traditionelle type. I enderne placerede designerne et par by-pass turbojet-motorer med det nødvendige udstyr.
I stedet for den traditionelle empennage bruger eRay -projektet et usædvanligt system. I halenden af skroget er der installeret en konisk ringformet kanal til kraftværkets skubbende propel. På siderne af denne kanal placerede designerne to stabilisatorplan installeret med et betydeligt tværgående V. Der er ingen køl. Kæbekontrol bør udføres ved at ændre vingemotorernes tryk eller ved hjælp af vingemekanisering.
Ifølge NASA- og DLR-beregninger kan tre fjerdedele af stigningen i energieffektivitet kun opnås gennem aerodynamik. For eksempel tilvejebringes 13% af den samlede effektivitetsforøgelse af laminær strømning rundt om skroget. At bringe vingespændet til 45 m giver en stigning på yderligere 6%. Forladelse af kølen forkorter flyrammens overflade og reducerer luftmodstanden.
Opgaven med at reducere det "ekstra" spild af energi løses imidlertid ikke kun på grund af aerodynamik. Så man overvejede muligheden for at fjerne sidevinduerne i kupeen. I dette tilfælde er designet af skroget betydeligt forenklet, hvilket fører til dets lettere vægt og en tilsvarende reduktion i kravene til motorer. En sådan innovation betragtes imidlertid ikke som obligatorisk, da passagerer muligvis ikke kan lide den. Det er usandsynligt, at en transportør ønsker at få energieffektivitet, men står uden kunder.
ERay -projektet overvejer at udstyre flyet med et hybridkraftværk. Vingen skal være udstyret med turbojetmotorer, der genererer tryk fra gasser, samt drive et par elektriske generatorer. Elektricitet gennem de nødvendige omformere skal leveres til batterierne såvel som til halemotoren. Den største fordel ved et sådant kraftværk er muligheden for fleksibelt at ændre de generelle trykparametre for at opnå det optimale brændstofforbrug, der svarer til det nuværende flyregime.
NASA og DLR ser et par bypass -turbojets som grundlag for kraftværket til eRay. Produkter med tilstrækkelig ydeevne og reducerede dimensioner foreslås placeret i vingespidserne. Inden for projektets rammer blev anvendelsen af motorer med et system af varmevekslere, der opvarmede den indkommende atmosfæriske luft på grund af gasser bag møllen, undersøgt. I nogle tilstande giver dette dig mulighed for at reducere brændstofforbruget med 20%.
Eksperter fra de to organisationer gennemgik eksisterende elektriske apparater af de krævede typer og kom med visse konklusioner. Det viste sig, at de eksisterende generatorer, batterier og motorer gør det muligt at bygge et kraftværk til eRay, men dets egenskaber vil være langt fra ønsket. For at opnå optimale parametre kræves nye teknologier og løsninger. Især overvejes muligheden for at bruge effekten af superledning, som kan påvirke parametrene for en elektrisk motor.
De eksisterende opbevaringsbatterier tillader heller ikke at oprette et fly med de ønskede parametre. Teknologier på 2010 -niveau giver en energitæthed i størrelsesordenen 335 W * h / kg. I 2040 forventes denne parameter at vokse til 2500 W * h / kg. På kort sigt skal man imidlertid stole på batterier med mere beskedne egenskaber på cirka 1500 W * h / kg. Ifølge beregninger vil det kombinerede kraftværk med elektriske og turbojetmotorer give en flyvetid på mindst 6-7 timer og en rækkevidde på mere end 6.000 km.
Rapporten om eRay -konceptprojektet indeholder interessante tal, der viser potentialet ved en sådan teknik. Designerne beregnede de vigtigste præstationsindikatorer for forskelligt udstyr, mens de løste det samme problem. A321 -flyet, når de udfører en "reference" -flyvning i en rækkevidde på 4.200 km, skulle i alt forbruge knap 84,5 MW energi. For at gøre dette har han brug for 15881 kg brændstof. Flyet bruger 2,36 liter brændstof til at transportere en passager pr. 100 km. For det lovende eRay -fly når det samlede energiforbrug ifølge beregninger op på 39,57 MW - dette er 5782 kg brændstof. For at transportere en passager pr. 100 km har du kun brug for 0,82 liter brændstof. Under de givne betingelser viser den lovende maskine sig at være 65,3% mere effektiv end seriemodellen.
En af måderne til at forbedre energieffektiviteten er at bruge pladsen i kupeen klogt. NASA og DLR tilbyder tre muligheder for liner -cockpittet med forskellige kapaciteter. Først og fremmest betragter vi økonomiklasse -kabinen, der er skabt på grundlag af A321 -kabinen. I dette tilfælde er sæderne installeret i rækker med 3 + 3 med en midtergang. I denne konfiguration transporterer flyet 200 mennesker. I Premium Economy -konfigurationen øges siddekapaciteten til 222 passagerer, hvortil der bruges forskellige sæder, og fordelingen af tilgængelige volumener er optimeret. En variant med saloner af tre klasser er også blevet udarbejdet. Business class rummer 8 sæder, mens "økonomi" og "økonomi-slank" rummer henholdsvis 87 og 105 passagerer.
I den foreslåede form har eRay -flyet en længde på 43, 7 m. Vingefanget er 38 m i grundkonfigurationen eller 45 m i det avancerede, hvilket giver en vis stigning i energieffektiviteten. Vægten af det tomme fly er bestemt til 36,5 tons. Den maksimale startvægt er 67 tons. Nyttelasten er omkring 25 tons, inklusive 21 tons passagerer og 4 tons bagage. Flypræstation afhænger af elementerne i det anvendte kraftværk. Generelt bør de være på niveau med eksisterende modeller for kommerciel luftfart.
***
ERay -konceptet, der blev afsløret i år af førende forskningsorganisationer i USA og Tyskland, er faktisk endnu et forsøg på at finde måder at videreudvikle passagerfly. Som det med rette er bemærket i projektrapporten, vil der i fremtiden være nye krav til kommerciel luftfart, og luftfartsselskaber skal bruge nye modeller af udstyr med særlige muligheder. Søgningen efter løsninger på dette problem stopper ikke, og eRay -projektet byder igen på originale ideer af den ene eller anden art.
I NASA- og DLR -projektet var hovedmålene at øge energieffektiviteten og forbedre aerodynamikken, hvilket positivt skulle påvirke flyets samlede effektivitet. For at opnå sådanne egenskaber foreslås et specielt flyskrogdesign, der kombinerer velopbyggede og nye løsninger samt et usædvanligt hybridkraftværk baseret på forskellige komponenter. Beregninger viser, at det optimale forbrug af brændstofenergi i kombination med forbedret aerodynamik bør øge både flyvning og økonomisk ydeevne for udstyret.
Imidlertid er alle disse resultater indtil videre "på papir". ERay liner -konceptet har ligesom andre udviklinger af sin art en alvorlig fejl, og dets forfattere er udmærket klar over dette. På nuværende tidspunkt og i den nærmeste fremtid vil designere ikke være i stand til at realisere alle fordelene ved det foreslåede koncept. Opnåelsen af de opstillede mål hæmmes af manglen på nødvendige teknologier. Således kræver ideen om en turbojetmotor med varmevekslere og effekt til en generator yderligere uddybning og praktisk test. Batterier med de ønskede egenskaber er endnu ikke tilgængelige, og flyets karakteristiske aerodynamiske udseende skal bekræfte dets kapacitet i løbet af forskellige undersøgelser.
Udviklingen af den teknologi, der kræves for at bygge et rigtigt eRay-fly, er dyrt og tidskrævende. Forfatterne til projektet er godt klar over dette, og derfor overvejer de et lovende fly i forbindelse med luftfartsudvikling i de næste årtier - op til 2040-45. De tror, at videnskaben på dette tidspunkt vil skabe de nødvendige komponenter og udføre al den nødvendige forskning, som vil muliggøre implementering af nye koncepter: enten eRay eller andre projekter.
NASA / DLR eRay -konceptprojektet - på grund af sit specifikke formål - kan ikke betragtes som en succes eller en fiasko. Dets mål var at bestemme vejene for udviklingen af civil kommerciel luftfart og finde det optimale design, der opfylder fremtidens krav. Forskere og ingeniører i de to lande har omhyggeligt undersøgt det aktuelle spørgsmål og præsenteret deres egen version af svaret. Det er ganske muligt, at i slutningen af trediverne vil fly, der ligner det nuværende eRay, faktisk tage fart. Luftfartsudviklingen kan dog gå på andre måder, og derfor vil fremtidige flyselskaber have ligheder med andre koncepter i vor tid.
