Šiuolaikiniai civiliniai orlaiviai, skirti komerciniams oro vežėjams, turi ne tik pasižymėti didelėmis eksploatacinėmis savybėmis, bet ir pasižymėti mažomis eksploatavimo išlaidomis. Kuriant naujus tokios įrangos pavyzdžius atsižvelgiama į poreikį sumažinti visas pagrindines išlaidas, o nuolat atsiranda naujų galimybių sumažinti išlaikymo ir skrydžių išlaidas. Šiais metais NASA ir DLR organizacijos pasiūlė įdomią lainerio versiją, galinčią parodyti ypatingą efektyvumą. Daug žadantis koncepcinis projektas vadinamas „eRay“.
JAV nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NASA) ir Vokietijos aeronautikos ir kosmoso centras (DLR) labai prisideda prie visų pagrindinių kategorijų aviacijos plėtros, įskaitant komercinę aviaciją, kuri yra atsakinga už žmonių ir prekių gabenimą. Šių organizacijų specialistai nuolat ieško naujų idėjų, pateikia naujų pasiūlymų ir juos išbando. Šių metų vasarą abi organizacijos pristatė perspektyvaus orlaivio, galinčio parodyti aukštas eksploatacines charakteristikas su padidėjusiais ekonominiais rodikliais, koncepciją.
Naujas projektas su preliminariu pavadinimu „eRay“buvo kuriamas su rezervu ateičiai. Rengiant jai keliamus reikalavimus, buvo atsižvelgta į komercinės aviacijos plėtros prognozes iki 2045 m. Dabartinės prognozės rodo, kad iki to laiko išsivysčiusiose ir besivystančiose šalyse keleivių ir krovinių srautas gerokai išaugs. Šiuo atžvilgiu reikės plėtoti aerodromų tinklą ir išspręsti įvairius organizacinius klausimus. Be to, transportui paremti reikės naujų aviacijos technologijų, turinčių būdingų galimybių. Pagal savo savybes jis turėtų pranokti esamus pavyzdžius.
NASA ir DLR mano, kad ateities komerciniai orlaiviai turėtų būti 60% ekonomiškesni nei dabartiniai. Jis turėtų turėti galimybę dirbti mažuose aerodromuose, taip pat pasižymėti mažesniu triukšmu ir lengvu valdymu. Savo tyrimuose ir ataskaitoje apie tai naujo projekto autoriai kaip savotišką nuorodą naudojo esamus gamybinius lėktuvus „Airbus A321-200“. Daug žadantis „eRay“turėjo turėti panašius talpos ir keliamosios galios parametrus, tačiau tuo pat metu turi pranašumų visose kitose srityse.
„ERay“koncepcija dar nėra skirta visaverčiam dizainui, vėliau pradėjus gaminti ir eksploatuoti įrangą. Šiuo atžvilgiu mokslinių organizacijų specialistai sugebėjo neapsiriboti ir panaudoti drąsiausias idėjas, kurios dar nėra pasirengusios įgyvendinti praktiškai. Būtent tokių sprendimų naudojimas leido išspręsti priskirtas užduotis ir „sukurti“naują ateities orlaivio versiją.
Remiantis optimistiškiausiomis prognozėmis, „eRay“orlaivis bus 30% lengvesnis už serijinį A321. Elektrinės efektyvumas padidėja 48%. Bendras plokštės energijos vartojimo efektyvumas padidėja 64%. Pažymėtina, kad norėdami gauti tokių rezultatų mokslininkai ir dizaineriai turėjo ne tik pristatyti naujas idėjas, bet ir atsisakyti įprastų sprendimų. Todėl siūlomas pamušalas ryškiai skiriasi nuo šiuolaikinių savo klasės atstovų.
„ERay“projekte siūloma statyti konsolinį žemo sparno orlaivį su nušluotu sparnu. Pateikiamas uodegos blokas, įskaitant tik stabilizatorių su dideliu skersiniu V. Nėra kilio. Originaliai, dėl poreikio pagerinti efektyvumą, buvo išspręsta elektrinės elementų išdėstymo problema. Jo atskiri vienetai yra išdėstyti skirtingose sparno dalyse, taip pat fiuzeliažo uodegoje.
Lėktuvo korpusas apskritai primena esamų mašinų vienetus. Siūloma statyti visiškai metalo konstrukciją, kurios pailgėjimas yra aerodinaminis. Lanko dalis yra po kabina ir techninėmis patalpomis, už kurių yra didelis salonas su keleivių sėdynėmis. Po keleivių skyriumi yra numatytas krovinių tūris - pirmiausia bagažui. Galinėje dalyje turi tilpti vienas iš jėgainės variklių.
Fiuzeliažą siūloma prijungti nušluotus lėktuvus. Sparnas įgauna optimalų profilį, o didžiojoje jo paviršiaus dalyje nėra elementų, galinčių sutrikdyti srautą. Priekiniame ir galiniame sparno kraštuose numatytas tradicinio tipo mechanizavimas. Galuose dizaineriai įdėjo porą aplinkkelio turboreaktyvinių variklių su reikalinga įranga.
Projektas „eRay“naudoja tradicinę sistemą, o ne tradicinę sistemą. Fiuzeliažo uodegos gale sumontuotas kūginis žiedinis kanalas jėgainės stumiamam sraigtui. Šio kanalo šonuose dizaineriai pastatė dvi stabilizatoriaus plokštumas, sumontuotas su reikšmingu skersiniu V. Kilio nėra. Sukimasis turi būti atliekamas keičiant sparno variklių trauką arba mechanizuojant sparnus.
Remiantis NASA ir DLR skaičiavimais, tris ketvirtadalius energijos vartojimo efektyvumo padidėjimo galima pasiekti tik naudojant aerodinamiką. Pavyzdžiui, 13% viso efektyvumo padidėjimo užtikrina laminarinis srautas aplink korpusą. Pakėlus sparnų ilgį iki 45 m, padidėja dar 6%. Atsisakius kilio, sutrumpėja orlaivio korpuso paviršius, sumažėja oro pasipriešinimas.
Tačiau užduotis sumažinti „papildomą“energijos švaistymą išspręsta ne tik dėl aerodinamikos. Taigi buvo svarstoma galimybė išimti keleivių salono šoninius langus. Šiuo atveju fiuzeliažo konstrukcija yra žymiai supaprastinta, todėl jos svoris yra lengvesnis ir atitinkamai sumažinami reikalavimai varikliams. Tačiau tokia naujovė nėra laikoma privaloma, nes keleiviams tai gali nepatikti. Mažai tikėtina, kad vežėjas nori efektyviai naudoti energiją, bet likti be klientų.
„ERay“projektas numato orlaivį aprūpinti hibridine jėgaine. Sparnas turėtų būti aprūpintas turboreaktyviniais varikliais, kurie sukuria trauką iš dujų, taip pat varyti porą elektros generatorių. Elektra per reikiamus keitiklius turi būti tiekiama į baterijas ir galinį variklį. Pagrindinis tokios elektrinės privalumas yra galimybė lanksčiai keisti bendrus traukos parametrus, kad būtų gautos optimalios degalų sąnaudos, atitinkančios esamą skrydžio režimą.
NASA ir DLR mano, kad „eRay“jėgainės pagrindas yra aplinkkelių turboreaktyvinių jėgainių pora. Į sparnų galiukus siūloma dėti gaminius, kurių našumas ir matmenys yra mažesni. Vykdant projektą buvo ištirtas variklių su šilumokaičių sistema, šildančių gaunamą atmosferos orą dėl dujų, esančių už turbinos, pritaikymas. Kai kuriais režimais tai leidžia sumažinti degalų sąnaudas 20%.
Dviejų organizacijų ekspertai peržiūrėjo esamus reikalingų tipų elektros prietaisus ir padarė tam tikras išvadas. Paaiškėjo, kad esami generatoriai, akumuliatoriai ir varikliai leidžia statyti „eRay“elektrinę, tačiau jos charakteristikos bus toli gražu ne tokios, kokios pageidaujamos. Norint gauti optimalius parametrus, reikia naujų technologijų ir sprendimų. Visų pirma svarstoma galimybė panaudoti superlaidumo efektą, kuris gali turėti įtakos elektros variklio parametrams.
Esamos baterijos taip pat neleidžia sukurti orlaivio su norimais parametrais. 2010 m. Technologijos užtikrina energijos tankį maždaug 335 W * h / kg. Tikimasi, kad iki 2040 m. Šis parametras išaugs iki 2500 W * h / kg. Tačiau per trumpą laiką tenka pasikliauti baterijomis, kurių charakteristikos yra kuklesnės - apie 1500 W * h / kg. Remiantis skaičiavimais, kombinuota jėgainė su elektriniais ir turboreaktyviniais varikliais užtikrins ne trumpesnę kaip 6-7 valandų skrydžio trukmę ir daugiau nei 6000 km nuotolį.
„ERay“koncepcijos projekto ataskaitoje pateikiami įdomūs skaičiai, parodantys tokios technikos galimybes. Dizaineriai, spręsdami tą pačią problemą, apskaičiavo pagrindinius skirtingų įrenginių veiklos rodiklius. A321 lėktuvas, atlikdamas „etaloninį“skrydį 4200 km nuotoliu, iš viso turėtų sunaudoti šiek tiek mažiau nei 84,5 MW energijos. Tam jam reikia 15881 kg degalų. Vienam keleiviui per 100 km lėktuvas išleidžia 2,36 litro degalų. Perspektyviems „eRay“orlaiviams, skaičiavimais, bendras energijos suvartojimas siekia 39,57 MW - tai 5782 kg degalų. Norint vežti keleivį 100 km, reikia tik 0,82 litro degalų. Taigi, esant tam tikroms sąlygoms, perspektyvi mašina yra 65,3% efektyvesnė už serijinį modelį.
Vienas iš būdų pagerinti energijos vartojimo efektyvumą - protingai išnaudoti keleivių salone esančią erdvę. NASA ir DLR siūlo tris skirtingo pajėgumo linijinės kabinos galimybes. Visų pirma, mes svarstome ekonominės klasės saloną, sukurtą remiantis A321 kabina. Šiuo atveju sėdynės montuojamos 3 + 3 eilėmis su centriniu praėjimu. Šioje konfigūracijoje lėktuvas skraidina 200 žmonių. „Premium Economy“konfigūracijoje sėdimų vietų skaičius padidinamas iki 222 keleivių, kuriems naudojamos skirtingos sėdynės ir optimizuojamas turimų tūrių paskirstymas. Taip pat buvo sukurtas variantas su trijų klasių salonais. Verslo klasė talpina 8 vietas, o „ekonominė“ir „ekonomiška“-atitinkamai 87 ir 105 keleiviai.
Siūloma forma „eRay“orlaivio ilgis yra 43,7 m. Sparnų plotis yra 38 m pagrindinėje konfigūracijoje arba 45 m pažengusioje, o tai šiek tiek padidina energijos vartojimo efektyvumą. Tuščio orlaivio svoris yra 36,5 tonos. Didžiausias kilimo svoris-67 tonos. Naudingoji apkrova yra apie 25 tonos, įskaitant 21 toną keleivių ir 4 t bagažo. Skrydžio našumas priklauso nuo naudojamos elektrinės elementų. Apskritai jie turėtų atitikti esamų komercinės aviacijos modelių lygį.
***
„ERay“koncepcija, kurią šiais metais pristatė pirmaujančios JAV ir Vokietijos mokslinių tyrimų organizacijos, iš tikrųjų yra dar vienas bandymas rasti būdų, kaip toliau plėtoti keleivinę aviaciją. Kaip teisingai pažymėta projekto ataskaitoje, ateityje bus keliami nauji reikalavimai komercinei aviacijai, o vežėjams reikės naujų specialių galimybių turinčių įrenginių modelių. Šios problemos sprendimo paieškos nesiliauja, o „eRay“projektas vėl siūlo vienokias ar kitokias originalias idėjas.
NASA ir DLR projekte pagrindiniai tikslai buvo padidinti energijos vartojimo efektyvumą ir pagerinti aerodinamiką, o tai turėtų teigiamai paveikti bendrą orlaivio efektyvumą. Norint gauti tokias charakteristikas, siūloma speciali lėktuvo korpuso konstrukcija, apimanti gerai įvaldytus ir naujus sprendimus, taip pat neįprasta hibridinė jėgainė, pagrįsta skirtingais komponentais. Skaičiavimai rodo, kad optimalios degalų energijos sąnaudos kartu su patobulinta aerodinamika turėtų padidinti tiek skrydį, tiek ekonomines įrangos savybes.
Tačiau kol kas visi šie rezultatai lieka „ant popieriaus“. „ERay“lainerio koncepcija, kaip ir kiti tokio pobūdžio pokyčiai, turi rimtų trūkumų, ir jos autoriai tai puikiai žino. Šiuo metu ir artimiausiu metu dizaineriai negalės realizuoti visų siūlomos koncepcijos privalumų. Pasiekti užsibrėžtus tikslus trukdo būtinų technologijų trūkumas. Taigi idėją apie turboreaktyvinį variklį su šilumokaičiais ir galios generavimą generatoriui reikia toliau plėtoti ir praktiškai išbandyti. Baterijų su norimomis charakteristikomis dar nėra, o būdinga aerodinaminė orlaivio išvaizda turi patvirtinti jo galimybes atliekant įvairius tyrimus.
Technologijų, reikalingų tikram „eRay“orlaiviui sukurti, kūrimas yra brangus ir užima daug laiko. Projekto autoriai tai puikiai žino, todėl svarsto perspektyvų orlaivį aviacijos plėtros kontekste ateinančiais dešimtmečiais - iki 2040–45 m. Jie mano, kad iki to laiko mokslas sukurs reikiamus komponentus ir atliks visus reikalingus tyrimus, kurie leis įgyvendinti naujas koncepcijas: arba „eRay“, arba kitus projektus.
NASA / DLR „eRay“koncepcijos projektas dėl savo konkretaus tikslo negali būti laikomas sėkmingu ar nesėkmingu. Jos tikslas buvo nustatyti civilinės komercinės aviacijos plėtros kelius ir rasti optimalų dizainą, atitinkantį ateities reikalavimus. Dviejų šalių mokslininkai ir inžinieriai atidžiai išnagrinėjo dabartinį klausimą ir pateikė savo atsakymo versiją. Visiškai įmanoma, kad trečiojo dešimtmečio pabaigoje orlaiviai, panašūs į dabartinį „eRay“, iš tikrųjų pakils. Tačiau aviacijos plėtra gali vykti ir kitais būdais, todėl būsimi lėktuvai turės panašumų su kitomis mūsų laikų koncepcijomis.
