Pesawat awam moden yang dimaksudkan untuk syarikat penerbangan komersial bukan sahaja mesti menunjukkan ciri-ciri prestasi tinggi, tetapi juga dapat dibezakan dengan kos operasi yang rendah. Semasa membuat sampel baru peralatan tersebut, keperluan untuk mengurangkan semua kos asas dipertimbangkan, dan pilihan baru untuk mengurangkan kos penyelenggaraan dan penerbangan selalu muncul. Versi pelapik yang menarik, mampu menunjukkan kecekapan khas, dicadangkan tahun ini oleh organisasi NASA dan DLR. Projek konsep yang menjanjikan dipanggil eRay.
Pentadbiran Aeronautik dan Angkasa Negara AS (NASA) dan Pusat Aeronautik dan Angkasa Jerman (DLR) memberikan sumbangan yang besar terhadap perkembangan penerbangan dalam semua kategori utama, termasuk penerbangan komersial, yang bertanggungjawab untuk mengangkut orang dan barang. Pakar organisasi ini sentiasa mencari idea baru, mengemukakan cadangan baru dan mengujinya. Pada musim panas tahun ini, kedua-dua organisasi mengemukakan konsep pesawat yang menjanjikan yang mampu menunjukkan ciri prestasi tinggi dengan petunjuk ekonomi yang meningkat.
Projek baru dengan judul tentatif eRay sedang diusahakan dengan cadangan untuk masa depan. Ketika merumuskan syarat-syaratnya, ramalan mengenai pengembangan penerbangan komersial hingga 2045 dipertimbangkan. Ramalan semasa menunjukkan bahawa pada masa ini di negara maju dan membangun, lalu lintas penumpang dan barang akan meningkat dengan ketara. Dalam hal ini, pembangunan jaringan lapangan terbang dan penyelesaian pelbagai masalah organisasi akan diperlukan. Sebagai tambahan, teknologi penerbangan baru dengan kemampuan ciri diperlukan untuk menyokong pengangkutan. Dari segi ciri-cirinya, ia harus melebihi sampel yang ada.
NASA dan DLR percaya bahawa pesawat komersil masa depan seharusnya 60% lebih ekonomik daripada pesawat semasa. Ia mesti dapat bekerja di lapangan terbang kecil, dan juga dapat dibezakan oleh pengurangan kebisingan dan kemudahan operasi. Dalam penyelidikan dan laporannya, penulis projek baru menggunakan pesawat produksi Airbus A321-200 yang ada sebagai jenis rujukan. ERay yang menjanjikan seharusnya mempunyai parameter kapasitas dan daya dukung yang serupa, tetapi pada masa yang sama menunjukkan kelebihan di semua bidang lain.
Konsep eRay belum dimaksudkan untuk reka bentuk lengkap dengan pelancaran pengeluaran dan operasi peralatan seterusnya. Dalam hal ini, pakar organisasi saintifik tidak dapat mengehadkan diri mereka dan menggunakan idea paling berani yang belum siap untuk dilaksanakan dalam praktiknya. Penggunaan penyelesaian seperti itu memungkinkan untuk menyelesaikan tugas yang diberikan dan "membuat" versi baru pesawat masa depan.
Menurut ramalan yang paling optimis, pesawat eRay akan 30% lebih ringan daripada pengeluaran A321. Kecekapan loji janakuasa meningkat sebanyak 48%. Kecekapan tenaga keseluruhan papan meningkat sebanyak 64%. Harus diingat bahawa untuk mendapatkan hasil tersebut, para saintis dan pereka harus tidak hanya memperkenalkan ide-ide baru, tetapi juga meninggalkan solusi yang biasa mereka lakukan. Hasilnya, kapal yang dicadangkan berbeza dengan wakil moden dari kelasnya.
Projek eRay mencadangkan pembinaan pesawat sayap rendah kantilever dengan sayap tersapu. Unit ekor disediakan, termasuk hanya penstabil dengan V. melintang besar. Tidak ada keel. Dengan cara yang asli, kerana keperluan untuk meningkatkan kecekapan, masalah penyusunan unsur-unsur pembangkit tenaga elektrik diselesaikan. Unit-unitnya masing-masing diletakkan di bahagian sayap yang berlainan, dan juga di bahagian belakang badan pesawat.
Pesawat pesawat, secara umum, menyerupai unit mesin yang ada. Dicadangkan pembinaan struktur logam yang mempunyai pemanjangan tinggi dengan bentuk aerodinamik. Bahagian busur diberikan di bawah ruang kokpit dan teknikal, di belakangnya terdapat salun besar dengan tempat duduk penumpang. Volume untuk kargo disediakan di bawah ruang penumpang - pertama sekali, untuk bagasi. Bahagian ekor mesti menampung salah satu enjin loji janakuasa.
Dicadangkan untuk merapatkan pesawat yang disapu dengan badan pesawat. Sayap memperoleh profil yang optimum, dan di sebahagian besar permukaannya tidak ada unsur yang dapat mengganggu aliran. Di hujung sayap depan dan belakang, mekanisasi jenis tradisional disediakan. Di hujungnya, para pereka meletakkan sepasang enjin turbojet by-pass dengan peralatan yang diperlukan.
Daripada empennage tradisional, projek eRay menggunakan sistem yang tidak biasa. Di hujung ekor fuselage, saluran anular berbentuk kerucut dipasang untuk mendorong baling-baling loji janakuasa. Di sisi saluran ini, para pereka meletakkan dua pesawat penstabil yang dipasang dengan V. melintang yang ketara. Tidak ada keel. Kawalan Yaw harus dilakukan dengan mengubah daya tuju motor sayap atau dengan mekanisasi sayap.
Menurut perhitungan NASA dan DLR, tiga perempat peningkatan kecekapan tenaga hanya dapat dicapai melalui aerodinamik. Sebagai contoh, 13% peningkatan keseluruhan kecekapan disediakan oleh aliran laminar di sekitar badan kapal. Menambah lebar sayap hingga 45 m memberikan kenaikan 6% lagi. Meninggalkan keel memendekkan permukaan kerangka udara, mengurangkan rintangan udara.
Walau bagaimanapun, tugas mengurangkan pembaziran tenaga "tambahan" diselesaikan bukan hanya kerana aerodinamik. Oleh itu, kemungkinan untuk membuang tingkap sisi ruang penumpang dipertimbangkan. Dalam kes ini, reka bentuk fuselage sangat disederhanakan, yang membawa kepada beratnya yang lebih ringan dan pengurangan yang sesuai untuk keperluan mesin. Walau bagaimanapun, inovasi seperti itu tidak dianggap wajib, kerana penumpang mungkin tidak menyukainya. Tidak mungkin pembawa ingin mendapatkan kecekapan tenaga, tetapi dibiarkan tanpa pelanggan.
Projek eRay merancang untuk melengkapkan pesawat dengan loji kuasa hibrid. Sayap harus dilengkapi dengan mesin turbojet yang menghasilkan daya tuju dari gas, serta menggerakkan sepasang penjana elektrik. Elektrik melalui penukar yang diperlukan mesti dibekalkan ke bateri, dan juga ke motor ekor. Kelebihan utama loji pembangkit ini adalah kemampuan untuk mengubah parameter daya tuju secara fleksibel untuk mendapatkan penggunaan bahan bakar yang optimum sesuai dengan peraturan penerbangan semasa.
NASA dan DLR melihat sepasang turbojet pintasan sebagai asas untuk loji kuasa untuk eRay. Produk dengan prestasi yang cukup dan dimensi yang dikurangkan dicadangkan untuk diletakkan di hujung sayap. Dalam kerangka kerja proyek, aplikasi mesin dengan sistem penukar haba, pemanasan udara atmosfera yang masuk karena gas di belakang turbin, telah dipelajari. Dalam beberapa mod, ini membolehkan anda mengurangkan penggunaan bahan bakar sebanyak 20%.
Pakar dari kedua-dua organisasi itu mengkaji alat elektrik sedia ada dari jenis yang diperlukan dan membuat kesimpulan tertentu. Ternyata penjana, bateri dan motor yang ada memungkinkan untuk membina loji kuasa untuk eRay, tetapi ciri-cirinya akan jauh dari yang diinginkan. Untuk mendapatkan parameter yang optimum, teknologi dan penyelesaian baru diperlukan. Khususnya, kemungkinan menggunakan pengaruh superkonduktivitas, yang dapat mempengaruhi parameter motor elektrik, sedang dipertimbangkan.
Bateri simpanan yang ada juga tidak membenarkan membuat pesawat dengan parameter yang diinginkan. Teknologi pada tahap 2010 memberikan ketumpatan tenaga sebanyak 335 W * h / kg. Menjelang 2040, parameter ini dijangka meningkat menjadi 2500 W * j / kg. Walau bagaimanapun, dalam jangka pendek, seseorang harus bergantung pada bateri dengan ciri yang lebih sederhana iaitu sekitar 1500 W * j / kg. Menurut perhitungan, loji janakuasa gabungan dengan enjin elektrik dan turbojet akan memberikan jangka waktu penerbangan sekurang-kurangnya 6-7 jam dan jarak lebih dari 6,000 km.
Laporan mengenai projek konsep eRay memberikan angka menarik yang menunjukkan potensi teknik seperti itu. Pereka mengira petunjuk prestasi utama peralatan yang berbeza sambil menyelesaikan masalah yang sama. Pesawat A321, ketika melakukan penerbangan "rujukan" pada jarak 4,200 km, harus menghabiskan total tenaga di bawah 84,5 MW. Untuk melakukan ini, dia memerlukan 15881 kg bahan bakar. Pesawat menghabiskan 2.36 liter bahan bakar untuk mengangkut satu penumpang per 100 km. Untuk pesawat eRay yang menjanjikan, menurut perhitungan, jumlah penggunaan tenaga mencapai 39.57 MW - ini adalah 5782 kg bahan bakar. Untuk mengangkut penumpang per 100 km, anda hanya memerlukan 0.82 liter bahan bakar. Oleh itu, dalam keadaan tertentu, mesin yang menjanjikan ternyata lebih cekap 65.3% daripada model bersiri.
Salah satu cara untuk meningkatkan kecekapan tenaga adalah dengan menggunakan ruang di ruang penumpang dengan bijak. NASA dan DLR menawarkan tiga pilihan untuk kokpit pelapik dengan kapasiti yang berbeza. Pertama sekali, kami menganggap kabin kelas ekonomi, yang dibuat berdasarkan kabin A321. Dalam kes ini, tempat duduk dipasang dalam barisan 3 + 3 dengan lorong tengah. Dalam konfigurasi ini, pesawat membawa 200 orang. Dalam konfigurasi Ekonomi Premium, kapasiti tempat duduk ditingkatkan menjadi 222 penumpang, di mana tempat duduk yang berbeza digunakan dan pengedaran jumlah yang tersedia dioptimumkan. Varian dengan salun tiga kelas juga telah berjaya. Kelas perniagaan menampung 8 tempat duduk, sementara "ekonomi" dan "ekonomi ramping" masing-masing memuatkan 87 dan 105 penumpang.
Dalam bentuk yang dicadangkan, pesawat eRay memiliki panjang 43,7 m. Lebar sayap adalah 38 m dalam konfigurasi asas atau 45 m pada yang maju, yang memberikan peningkatan efisiensi tenaga. Berat pesawat kosong ditentukan pada 36.5 tan. Berat lepas landas maksimum ialah 67 tan. Muatan sekitar 25 tan, termasuk 21 tan penumpang dan 4 tan bagasi. Prestasi penerbangan bergantung pada unsur-unsur loji janakuasa yang digunakan. Secara umum, mereka harus berada pada tahap model penerbangan komersial yang ada.
***
Konsep eRay, yang dilancarkan tahun ini oleh organisasi penyelidikan terkemuka di Amerika Syarikat dan Jerman, sebenarnya merupakan usaha lain untuk mencari jalan untuk mengembangkan lagi penerbangan penumpang. Seperti yang dinyatakan dengan tepat dalam laporan proyek, di masa depan akan ada persyaratan baru untuk penerbangan komersial, dan syarikat penerbangan akan memerlukan model peralatan baru dengan kemampuan khusus. Pencarian jalan keluar untuk masalah ini tidak berhenti, dan projek eRay sekali lagi menawarkan idea asli dari satu jenis atau yang lain.
Dalam projek NASA dan DLR, tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kecekapan tenaga dan meningkatkan aerodinamik, yang secara positif akan mempengaruhi kecekapan keseluruhan pesawat. Untuk mendapatkan ciri-ciri tersebut, dicadangkan reka bentuk kerangka udara khas, menggabungkan penyelesaian yang baru dan berpengalaman, serta pembangkit tenaga hibrid yang tidak biasa berdasarkan komponen yang berbeda. Pengiraan menunjukkan bahawa penggunaan tenaga bahan api yang optimum dalam kombinasi dengan peningkatan aerodinamik harus meningkatkan prestasi penerbangan dan ekonomi peralatan.
Namun, setakat ini semua hasil ini tetap "di atas kertas". Konsep pelapisan eRay, seperti perkembangan lain seumpamanya, mempunyai kekurangan serius, dan pengarangnya mengetahui hal ini. Pada masa sekarang dan dalam masa terdekat, pereka tidak akan dapat merealisasikan semua kelebihan konsep yang dicadangkan. Pencapaian matlamat yang ditetapkan terhambat oleh kekurangan teknologi yang diperlukan. Oleh itu, idea enjin turbojet dengan penukar haba dan penghantaran kuasa ke penjana memerlukan penjelasan lebih lanjut dan pengesahan praktikal. Bateri dengan ciri yang diinginkan belum tersedia, dan ciri khas aerodinamik pesawat mesti mengesahkan kemampuannya dalam pelbagai kajian.
Perkembangan teknologi yang diperlukan untuk membina pesawat eRay sebenar adalah mahal dan memakan masa. Penulis projek menyedari hal ini, dan oleh itu mereka mempertimbangkan pesawat yang menjanjikan dalam konteks pengembangan penerbangan pada dekad akan datang - hingga 2040-45. Mereka percaya bahawa pada masa ini sains akan membuat komponen yang diperlukan dan melakukan semua penyelidikan yang diperlukan, yang akan memungkinkan pelaksanaan konsep baru: sama ada eRay atau projek lain.
Projek konsep NASA / DLR eRay - kerana tujuannya yang spesifik - tidak boleh dianggap sebagai kejayaan atau kegagalan. Tujuannya adalah untuk menentukan jalan untuk pengembangan penerbangan komersial awam dan mencari reka bentuk optimum yang memenuhi kehendak masa depan. Para saintis dan jurutera kedua-dua negara mengkaji dengan teliti persoalan semasa dan mengemukakan jawapan mereka sendiri. Sangat mungkin bahawa pada akhir tahun tiga puluhan, pesawat yang serupa dengan eRay semasa sebenarnya akan berlepas. Walau bagaimanapun, pengembangan penerbangan boleh berlaku dengan cara lain, dan oleh itu pesawat masa depan akan mempunyai persamaan dengan konsep lain pada masa kita.
