Moderne sivile fly beregnet på kommersielle luftfartsselskaper må ikke bare vise egenskaper med høy ytelse, men også kjennetegnes ved lave driftskostnader. Når du lager nye prøver av slikt utstyr, blir behovet for å redusere alle grunnkostnader tatt i betraktning, og nye alternativer for å redusere kostnadene for vedlikehold og flyvninger dukker stadig opp. En interessant versjon av foringen, som kan vise spesiell effektivitet, ble foreslått i år av NASA og DLR -organisasjoner. Et lovende konseptprosjekt kalles eRay.
US National Aeronautics and Space Administration (NASA) og German Center for Aeronautics and Space (DLR) gir betydelige bidrag til utviklingen av luftfart i alle store kategorier, inkludert kommersiell luftfart, som er ansvarlig for transport av mennesker og varer. Spesialistene i disse organisasjonene søker stadig etter nye ideer, kommer med nye forslag og tester dem. Sommeren i år presenterte de to organisasjonene konseptet om et lovende fly som er i stand til å vise egenskaper med høy ytelse med økte økonomiske indikatorer.
Det nye prosjektet med den foreløpige tittelen eRay ble utarbeidet med en reserve for fremtiden. Ved utformingen av kravene til det ble det tatt hensyn til prognoser angående utviklingen av kommersiell luftfart frem til 2045. Gjeldende prognoser viser at på dette tidspunktet i utviklede og utviklingsland vil passasjer- og godstrafikken vokse betydelig. I denne forbindelse vil det være nødvendig med utvikling av flyplassnettet og løsning av ulike organisatoriske spørsmål. I tillegg vil ny luftfartsteknologi med karakteristiske evner kreves for å støtte transport. Når det gjelder dets egenskaper, bør den overgå de eksisterende prøvene.
NASA og DLR mener fremtidens kommersielle fly bør være 60% mer økonomiske enn nåværende. Den skal kunne fungere på små flyplasser, samt kjennetegnes ved redusert støy og brukervennlighet. I sin forskning og rapport om det brukte forfatterne av det nye prosjektet det eksisterende produksjonsflyet Airbus A321-200 som en slags referanse. Et lovende eRay skulle ha lignende parametere for kapasitet og bæreevne, men samtidig vise fordeler på alle andre områder.
ERay-konseptet er ennå ikke beregnet på et fullverdig design med påfølgende lansering av produksjon og drift av utstyr. I denne forbindelse klarte spesialistene i vitenskapelige organisasjoner ikke å begrense seg selv og bruke de mest vågale ideene som ennå ikke er klare for implementering i praksis. Det var bruken av slike løsninger som gjorde det mulig å løse de tildelte oppgavene og "lage" en ny versjon av fremtidens fly.
I følge de mest optimistiske prognosene vil eRay -flyet være 30% lettere enn A321 -produksjonen. Effektiviteten til kraftverket økes med 48%. Den totale energieffektiviteten til styret stiger med 64%. Det skal bemerkes at for å få slike resultater måtte forskere og designere ikke bare introdusere nye ideer, men også forlate sine vanlige løsninger. Som et resultat skiller den foreslåtte foringen seg markant fra moderne representanter for sin klasse.
ERay-prosjektet foreslår bygging av et cantilever lavvinget fly med en feid vinge. En haleenhet er inkludert, inkludert bare en stabilisator med en stor tverrgående V. Det er ingen kjøl. På en original måte, på grunn av behovet for å forbedre effektiviteten, ble problemet med å arrangere elementene i kraftverket løst. Dens individuelle enheter er plassert i forskjellige deler av vingen, så vel som i halen på flykroppen.
Flykroppens fly, generelt, ligner enhetene til eksisterende maskiner. Konstruksjonen av en helt metallkonstruksjon med høy forlengelse med aerodynamisk form er foreslått. Baugdelen er gitt under cockpit og tekniske rom, bak som det er en stor salong med passasjerseter. Et volum for last er gitt under kupeen - først og fremst for bagasje. Haleseksjonen må romme en av kraftverksmotorene.
Det foreslås å dokke feide fly med flykroppen. Vingen får en optimal profil, og på det meste av overflaten er det ingen elementer som kan forstyrre flyten. På vingens fremre og bakre kanter er mekanisering av den tradisjonelle typen gitt. I enden plasserte designerne et par by-pass turbojet-motorer med nødvendig utstyr.
I stedet for den tradisjonelle empennage bruker eRay -prosjektet et uvanlig system. I haleenden av flykroppen er en konisk ringformet kanal installert for skyvepropellen til kraftverket. På sidene av denne kanalen plasserte designerne to stabilisatorfly installert med et betydelig tverrgående V. Det er ingen kjøl. Kjevekontroll bør utføres ved å endre skyvekraften til vingemotorene eller ved hjelp av vingemekanisering.
Ifølge NASA- og DLR-beregninger kan tre fjerdedeler av økningen i energieffektivitet bare oppnås gjennom aerodynamikk. For eksempel er 13% av den totale effektivitetsøkningen levert av laminær strømning rundt flykroppen. Å bringe vingespennet til 45 m gir en økning på ytterligere 6%. Å forlate kjølen forkorter flyrammens overflate og reduserer luftmotstanden.
Oppgaven med å redusere det "ekstra" sløsing med energi løses imidlertid ikke bare på grunn av aerodynamikk. Så muligheten for å fjerne sidevinduene i kupeen ble vurdert. I dette tilfellet er utformingen av flykroppen betydelig forenklet, noe som fører til lettere vekt og en tilsvarende reduksjon i kravene til motorer. En slik innovasjon anses imidlertid ikke som obligatorisk, siden passasjerer kanskje ikke liker den. Det er usannsynlig at en transportør ønsker å få energieffektivitet, men stå uten kunder.
ERay -prosjektet ser for seg å utstyre flyet med et hybridkraftverk. Vingen bør være utstyrt med turbojetmotorer som genererer skyvekraft fra gasser, samt kjøre et par elektriske generatorer. Elektrisitet gjennom de nødvendige omformerne må leveres til batteriene, så vel som til bakmotoren. Den største fordelen med et slikt kraftverk er muligheten til fleksibelt å endre de generelle skyvekraftparametrene for å oppnå det optimale drivstofforbruket som tilsvarer gjeldende flyregime.
NASA og DLR ser på et par bypass -turbojeter som grunnlaget for kraftverket for eRay. Produkter med tilstrekkelig ytelse og reduserte dimensjoner foreslås plassert i vingespissene. Innenfor rammen av prosjektet ble anvendelsen av motorer med et system med varmevekslere, som varmer innkommende atmosfærisk luft på grunn av gasser bak turbinen, studert. I noen moduser kan du redusere drivstofforbruket med 20%.
Eksperter fra de to organisasjonene gjennomgikk eksisterende elektriske enheter av de nødvendige typene og kom med visse konklusjoner. Det viste seg at de eksisterende generatorene, batteriene og motorene tillater å bygge et kraftverk for eRay, men egenskapene vil være langt fra ønsket. For å oppnå optimale parametere kreves ny teknologi og løsninger. Spesielt vurderes muligheten for å bruke effekten av superledning, som kan påvirke parametrene til en elektrisk motor.
De eksisterende lagringsbatteriene tillater heller ikke å lage et fly med de ønskede parameterne. Teknologier på 2010 -nivå gir en energitetthet i størrelsesorden 335 W * t / kg. I 2040 forventes denne parameteren å vokse til 2500 W * t / kg. På kort sikt må man imidlertid stole på batterier med mer beskjedne egenskaper på ca 1500 W * t / kg. Ifølge beregninger vil det kombinerte kraftverket med elektriske og turbojetmotorer gi en flyvning på minst 6-7 timer og en rekkevidde på mer enn 6000 km.
Rapporten om eRay -konseptprosjektet gir interessante tall som viser potensialet i en slik teknikk. Designerne beregnet de viktigste ytelsesindikatorene for forskjellig utstyr mens de løste det samme problemet. A321 -flyet, når de utfører en "referanse" -flyging i en rekkevidde på 4200 km, bør forbruke totalt i underkant av 84,5 MW energi. For å gjøre dette trenger han 15881 kg drivstoff. Flyet bruker 2,36 liter drivstoff til å transportere en passasjer per 100 km. For det lovende eRay -flyet, ifølge beregninger, når det totale energiforbruket 39,57 MW - dette er 5782 kg drivstoff. For å transportere en passasjer per 100 km trenger du bare 0,82 liter drivstoff. Under de gitte forholdene viser den lovende maskinen seg å være 65,3% mer effektiv enn seriemodellen.
En av måtene å forbedre energieffektiviteten er å bruke plassen i kupeen på en klok måte. NASA og DLR tilbyr tre alternativer for liner -cockpiten med forskjellige kapasiteter. Først og fremst vurderer vi økonomiklassehytta, laget på grunnlag av A321 -hytta. I dette tilfellet er setene installert i rader med 3 + 3 med en midtgang. I denne konfigurasjonen frakter flyet 200 mennesker. I Premium Economy -konfigurasjonen økes sitteplassen til 222 passasjerer, for hvilke forskjellige seter brukes og fordelingen av tilgjengelige volumer er optimalisert. En variant med salonger i tre klasser er også utarbeidet. Business class rommer 8 seter, mens "economy" og "economy-slim" har plass til henholdsvis 87 og 105 passasjerer.
I den foreslåtte formen har eRay -flyet en lengde på 43, 7 m. Vingespennet er 38 m i grunnkonfigurasjonen eller 45 m i det avanserte, noe som gir en viss økning i energieffektivitet. Vekten på det tomme flyet er bestemt til 36,5 tonn. Maksimal startvekt er 67 tonn. Nyttelasten er ca 25 tonn, inkludert 21 tonn passasjerer og 4 tonn bagasje. Flyytelse avhenger av elementene i kraftverket som brukes. Generelt sett bør de være på nivå med eksisterende modeller for kommersiell luftfart.
***
ERay -konseptet, som ble avduket i år av ledende forskningsorganisasjoner i USA og Tyskland, er faktisk et nytt forsøk på å finne måter å videreutvikle passasjerfly. Som det med rette ble nevnt i prosjektrapporten, vil det i fremtiden komme nye krav til kommersiell luftfart, og transportører trenger nye modeller av utstyr med spesielle evner. Søket etter løsninger på dette problemet stopper ikke, og eRay -prosjektet byr igjen på en eller annen måte originale ideer.
I prosjektet NASA og DLR var hovedmålene å øke energieffektiviteten og forbedre aerodynamikken, noe som positivt skulle påvirke flyets generelle effektivitet. For å oppnå slike egenskaper, foreslås en spesiell flyramme-design som kombinerer godt mestrede og nye løsninger, samt et uvanlig hybridkraftverk basert på forskjellige komponenter. Beregninger viser at det optimale forbruket av drivstoffenergi i kombinasjon med forbedret aerodynamikk bør øke både flygen og den økonomiske ytelsen til utstyret.
Imidlertid er alle disse resultatene så langt "på papir". ERay liner -konseptet, som andre utviklinger i sitt slag, har en alvorlig feil, og forfatterne er godt klar over dette. På nåværende tidspunkt og i nær fremtid vil designere ikke kunne innse alle fordelene med det foreslåtte konseptet. Oppnåelsen av de fastsatte målene blir hemmet av mangelen på nødvendig teknologi. Således trenger ideen om en turbojetmotor med varmevekslere og effekt til en generator ytterligere utdypning og praktisk testing. Batterier med de ønskede egenskapene er ennå ikke tilgjengelige, og det karakteristiske aerodynamiske utseendet til flyet må bekrefte dets evner i løpet av forskjellige studier.
Utviklingen av teknologien som kreves for å bygge et ekte eRay-fly er kostbart og tidkrevende. Forfatterne av prosjektet er godt klar over dette, og derfor vurderer de et lovende fly i forbindelse med luftfartsutvikling de neste tiårene - frem til 2040-45. De tror at vitenskapen på dette tidspunktet vil lage de nødvendige komponentene og utføre all nødvendig forskning, noe som vil tillate implementering av nye konsepter: enten eRay eller andre prosjekter.
NASA / DLR eRay -konseptprosjektet - på grunn av sitt spesifikke formål - kan ikke betraktes som en suksess eller en fiasko. Målet var å bestemme veiene for utviklingen av sivil kommersiell luftfart og finne den optimale designen som oppfyller fremtidens krav. Forskere og ingeniører i de to landene har grundig studert det aktuelle spørsmålet og presentert sin egen versjon av svaret. Det er fullt mulig at i slutten av trettiårene vil fly som ligner på den nåværende eRay faktisk ta av. Imidlertid kan luftfartsutviklingen gå på andre måter, og derfor vil fremtidige flyselskaper ha likheter med andre konsepter i vår tid.
