Съвременните граждански самолети, предназначени за търговски въздушни превозвачи, трябва не само да показват високи технически характеристики, но и да се отличават с ниски експлоатационни разходи. При създаването на нови образци на такова оборудване се взема предвид необходимостта от намаляване на всички основни разходи и постоянно се появяват нови възможности за намаляване на разходите за поддръжка и полети. Интересна версия на лайнера, способна да покаже специална ефективност, беше предложена тази година от организациите на НАСА и DLR. Обещаващ концептуален проект се нарича eRay.
Националната администрация по аеронавтика и космос на САЩ (НАСА) и Германският център за аеронавтика и космос (DLR) имат значителен принос за развитието на авиацията във всички основни категории, включително търговската авиация, която отговаря за транспортирането на хора и товари. Специалистите на тези организации непрекъснато търсят нови идеи, измислят нови предложения и ги тестват. През лятото на тази година двете организации представиха концепцията за обещаващ самолет, способен да покаже високи технически характеристики с повишени икономически показатели.
Новият проект с предварителното заглавие eRay се разработваше с резерв за бъдещето. При формулирането на изискванията към него бяха взети предвид прогнозите относно развитието на търговската авиация до 2045 г. Настоящите прогнози показват, че до този момент в развитите и развиващите се страни пътническият и товарният трафик ще нарасне значително. В тази връзка ще се наложи развитието на летищната мрежа и решаването на различни организационни въпроси. Освен това ще бъдат необходими нови авиационни технологии с характерни възможности за подпомагане на транспорта. По своите характеристики тя трябва да надмине съществуващите проби.
НАСА и DLR смятат, че търговските самолети на бъдещето трябва да бъдат с 60% по -икономични от сегашните. Той трябва да може да работи на малки летища, както и да се отличава с намален шум и лекота на работа. В своите изследвания и доклад за него авторите на новия проект са използвали съществуващия сериен самолет Airbus A321-200 като своеобразна справка. Обещаващ eRay трябваше да има сходни параметри на капацитет и товароносимост, но в същото време да показва предимства във всички останали области.
Концепцията eRay все още не е предназначена за пълноценен дизайн с последващото стартиране на производство и експлоатация на оборудване. В тази връзка специалистите на научните организации успяха да не се ограничават и да използват най -смелите идеи, които все още не са готови за прилагане на практика. Използването на такива решения направи възможно решаването на възложените задачи и „създаването“на нова версия на самолета на бъдещето.
Според най -оптимистичните прогнози самолетът eRay ще бъде с 30% по -лек от серийния A321. Ефективността на електроцентралата се увеличава с 48%. Общата енергийна ефективност на дъската се повишава с 64%. Трябва да се отбележи, че за да получат такива резултати, учените и дизайнерите трябваше не само да въведат нови идеи, но и да изоставят обичайните си решения. В резултат на това предложеният лайнер се различава значително от съвременните представители на своя клас.
Проектът eRay предлага изграждането на конзолен самолет с ниско крило с криво крило. Осигурен е опашен блок, включващ само стабилизатор с голям напречен V. Няма кил. По оригинален начин, поради необходимостта от подобряване на ефективността, проблемът с подреждането на елементите на електроцентралата беше решен. Отделните му единици са поставени в различни части на крилото, както и в опашката на фюзелажа.
Фюзелажът на самолета като цяло прилича на агрегатите на съществуващите машини. Предлага се изграждането на изцяло метална конструкция с голямо удължение с аеродинамична форма. Носовата част е дадена под пилотската кабина и техническите помещения, зад които има голям салон с пътнически седалки. Под отделението за пътници е предвиден обем за товар - преди всичко за багаж. Опашната част трябва да побере един от двигателите на електроцентралата.
Предлага се да се скачат пометени самолети с фюзелажа. Крилото получава оптимален профил и на по -голямата част от повърхността му няма елементи, способни да нарушат потока. На предния и задния ръб на крилото е осигурена механизация от традиционния тип. В краищата дизайнерите поставиха двойка байпасни турбореактивни двигатели с необходимото оборудване.
Вместо традиционния импенаж, проектът eRay използва необичайна система. В задната част на фюзелажа е монтиран коничен пръстеновиден канал за тласкащото витло на електроцентралата. Отстрани на този канал дизайнерите поставиха две стабилизаторни равнини, монтирани със значително напречно V. Няма кил. Контролът на криволичене трябва да се осъществява чрез промяна на тягата на моторите на крилата или чрез механизация на крилата.
Според изчисленията на НАСА и DLR три четвърти от увеличаването на енергийната ефективност може да се постигне само чрез аеродинамика. Например, 13% от общото увеличение на ефективността се осигурява от ламинарен поток около фюзелажа. Довеждането на размах на крилата до 45 м дава увеличение с още 6%. Изоставянето на кила скъсява повърхността на корпуса, намалявайки съпротивлението на въздуха.
Задачата за намаляване на "допълнителния" разход на енергия обаче се решава не само поради аеродинамиката. Така че беше разгледана възможността за премахване на страничните стъкла на купето. В този случай конструкцията на фюзелажа е значително опростена, което води до по -лекото му тегло и съответно намаляване на изискванията към двигателите. Такова нововъведение обаче не се счита за задължително, тъй като пътниците може да не го харесат. Малко вероятно е превозвачът да иска да постигне енергийна ефективност, но да остане без клиенти.
Проектът eRay предвижда оборудването на самолета с хибридна електроцентрала. Крилото трябва да бъде оборудвано с турбореактивни двигатели, които генерират тяга от газове, както и да задвижват чифт електрически генератори. Електричеството през необходимите преобразуватели трябва да се подава към батериите, както и към опашния двигател. Основното предимство на такава електроцентрала е възможността гъвкаво да променя общите параметри на тягата, за да се постигне оптимален разход на гориво, съответстващ на текущия режим на полет.
НАСА и DLR виждат чифт байпасни турбореактори като основа за електроцентралата за eRay. Предлагат се продукти с достатъчна производителност и намалени размери да се поставят в върховете на крилата. В рамките на проекта беше проучено приложението на двигатели със система от топлообменници, загряващи входящия атмосферен въздух поради газове зад турбината. В някои режими това ви позволява да намалите разхода на гориво с 20%.
Експерти от двете организации прегледаха съществуващите електрически устройства от необходимите типове и направиха определени заключения. Оказа се, че съществуващите генератори, батерии и двигатели позволяват изграждането на електроцентрала за eRay, но характеристиките му ще са далеч от желаните. За да се получат оптимални параметри, са необходими нови технологии и решения. По -специално се разглежда възможността за използване на ефекта на свръхпроводимостта, който може да повлияе на параметрите на електродвигател.
Съществуващите акумулаторни батерии също не позволяват създаването на самолет с желаните параметри. Технологиите от ниво 2010 осигуряват енергийна плътност от порядъка на 335 W * h / kg. До 2040 г. се очаква този параметър да нарасне до 2500 W * h / kg. В краткосрочен план обаче трябва да се разчита на батерии с по -скромни характеристики от около 1500 W * h / kg. Според изчисленията комбинираната електроцентрала с електрически и турбореактивни двигатели ще осигури продължителност на полета най-малко 6-7 часа и пробег над 6000 км.
Докладът за концептуалния проект eRay предоставя интересни цифри, показващи потенциала на такава техника. Проектантите изчислиха основните показатели за ефективност на различно оборудване, докато решават един и същ проблем. Самолетът A321, когато изпълнява „референтен“полет на обхват от 4200 км, трябва да консумира общо малко под 84,5 MW енергия. За да направи това, той се нуждае от 15881 кг гориво. Самолетът изразходва 2,36 литра гориво за превоз на един пътник на 100 км. За обещаващите самолети eRay, според изчисленията, общото потребление на енергия достига 39,57 MW - това са 5782 кг гориво. За да транспортирате пътник на 100 км, ви трябват само 0,82 литра гориво. Така при дадените условия обещаващата машина се оказва с 65,3% по -ефективна от серийния модел.
Един от начините за подобряване на енергийната ефективност е да се използва разумно пространството в купето. НАСА и DLR предлагат три варианта за пилотската кабина с различен капацитет. На първо място, ние разглеждаме кабината от икономична класа, създадена на базата на кабината A321. В този случай седалките се монтират в редове 3 + 3 с централна пътека. В тази конфигурация самолетът превозва 200 души. В конфигурацията Premium Economy капацитетът за сядане се увеличава до 222 пътници, за което се използват различни седалки и се разпределя разпределението на наличните обеми. Разработен е и вариант със салони от три класа. Бизнес клас побира 8 места, докато „икономичен“и „икономично-тънък“съответно 87 и 105 пътници.
В предложената форма самолетът eRay има дължина 43, 7 м. Размахът на крилата е 38 м в основната конфигурация или 45 м в усъвършенстваната, което дава известно увеличение на енергийната ефективност. Теглото на празния самолет е определено на 36,5 т. Максималното тегло при излитане е 67 т. Полезният товар е около 25 тона, включително 21 тона пътници и 4 тона багаж. Производителността на полета зависи от елементите на използваната електроцентрала. Като цяло те трябва да са на нивото на съществуващите модели на търговска авиация.
***
Концепцията eRay, представена тази година от водещи изследователски организации в САЩ и Германия, всъщност е още един опит за намиране на начини за по -нататъшно развитие на пътническата авиация. Както правилно е отбелязано в доклада за проекта, в бъдеще ще има нови изисквания към търговската авиация, а превозвачите ще се нуждаят от нови модели оборудване със специални възможности. Търсенето на решения на този проблем не спира и проектът eRay отново предлага оригинални идеи от един или друг вид.
В проекта на НАСА и DLR основните цели бяха повишаване на енергийната ефективност и подобряване на аеродинамиката, което би трябвало да повлияе положително на цялостната ефективност на самолета. За да се получат такива характеристики, се предлага специален дизайн на корпуса, съчетаващ добре усвоени и нови решения, както и необичайна хибридна електроцентрала, базирана на различни компоненти. Изчисленията показват, че оптималният разход на горивна енергия в комбинация с подобрена аеродинамика трябва да увеличи както полетните, така и икономическите характеристики на оборудването.
Досега обаче всички тези резултати остават „на хартия“. Концепцията на лайнера eRay, подобно на други подобни разработки, има сериозен недостатък и неговите автори са наясно с това. В момента и в близко бъдеще дизайнерите няма да могат да реализират всички предимства на предложената концепция. Постигането на поставените цели се затруднява от липсата на необходимите технологии. По този начин идеята за турбореактивен двигател с топлообменници и изходна мощност към генератор се нуждае от допълнително разработване и практическо тестване. Батериите с желаните характеристики все още не са налични и характерният аеродинамичен вид на самолета трябва да потвърди неговите възможности в хода на различни изследвания.
Развитието на технологията, необходима за изграждането на истински самолет eRay, е скъпо и отнема много време. Авторите на проекта са наясно с това и затова обмислят обещаващ самолет в контекста на развитието на авиацията през следващите десетилетия - до 2040-45 г. Те вярват, че до този момент науката ще създаде необходимите компоненти и ще проведе всички необходими изследвания, които ще позволят прилагането на нови концепции: или eRay, или други проекти.
Концептуалният проект на NASA / DLR eRay - поради специфичната си цел - не може да се счита за успех или провал. Целта му беше да определи пътищата за развитие на гражданската търговска авиация и да намери оптималния дизайн, отговарящ на изискванията на бъдещето. Учени и инженери от двете страни внимателно проучиха настоящия въпрос и представиха своя собствена версия на отговора. Напълно възможно е в края на тридесетте години самолети, подобни на сегашния eRay, да излетят. Развитието на авиацията обаче може да върви по други начини и затова бъдещите самолети ще имат прилики с други концепции на нашето време.
