מטוסים אזרחיים מודרניים המיועדים לחברות תעופה מסחריות חייבים לא רק להציג מאפיינים בעלי ביצועים גבוהים, אלא גם להבחין בעלויות תפעול נמוכות. בעת יצירת דוגמאות חדשות של ציוד כזה, נלקח בחשבון הצורך להפחית את כל העלויות הבסיסיות, ואפשרויות חדשות להפחתת עלויות התחזוקה והטיסות מתעוררות כל הזמן. גרסה מעניינת של האונייה, המסוגלת להציג יעילות מיוחדת, הוצעה השנה על ידי ארגוני נאס א ו- DLR. פרויקט קונספט מבטיח נקרא eRay.
המינהל הלאומי לאווירונאוטיקה וחלל האמריקאי (NASA) והמרכז הגרמני לאווירונאוטיקה וחלל (DLR) תורמים תרומות משמעותיות לפיתוח התעופה בכל הקטגוריות הגדולות, כולל התעופה המסחרית, האחראית על הובלת אנשים וסחורות. המומחים של ארגונים אלה מחפשים כל הזמן רעיונות חדשים, מגיעים עם הצעות חדשות ובודקים אותם. בקיץ השנה הציגו שני הארגונים את הרעיון של מטוס מבטיח המסוגל להציג מאפייני ביצועים גבוהים עם אינדיקטורים כלכליים מוגברים.
הפרויקט החדש עם הכותרת הזמנית eRay נבדק עם עתודה לעתיד. בעת גיבוש הדרישות לכך, נלקחו בחשבון תחזיות בנוגע להתפתחות התעופה המסחרית עד שנת 2045. התחזיות הנוכחיות מראות כי בשלב זה במדינות מפותחות ומתפתחות, תנועת הנוסעים והמשאחות תגדל באופן משמעותי. בהקשר זה יידרש פיתוח רשת שדות התעופה ופתרון סוגיות ארגוניות שונות. בנוסף, טכנולוגיית תעופה חדשה בעלת יכולות אופייניות תידרש לתמוך בתחבורה. מבחינת המאפיינים שלה, היא צריכה לעלות על הדגימות הקיימות.
נאס א ו- DLR מאמינים כי המטוסים המסחריים של העתיד צריכים להיות חסכוניים ב -60% מהמטוסים הנוכחיים. הוא אמור להיות מסוגל לעבוד בשדות תעופה קטנים, כמו גם להבחין ברעש מופחת וקלות תפעול. במחקריהם ובדוחם עליו השתמשו מחברי הפרויקט החדש במטוס הייצור הקיים איירבוס A321-200 כמעין אסמכתא. ל- eRay מבטיח היו פרמטרים דומים של קיבולת ויכולת נשיאה, אך במקביל להראות יתרונות בכל התחומים האחרים.
קונספט ה- eRay עדיין לא מיועד לעיצוב מלא עם השקת ייצור ותפעול ציוד לאחר מכן. בהקשר זה, מומחי הארגונים המדעיים לא הצליחו להגביל את עצמם ולהשתמש ברעיונות הנועזים ביותר שטרם מוכנים ליישום הלכה למעשה. השימוש בפתרונות כאלה איפשר לפתור את המשימות שהוקצו ו"ליצור "גרסה חדשה של מטוס העתיד.
על פי התחזיות האופטימיות ביותר, מטוס ה- eRay יהיה קל ב -30% ביחס לייצור A321. יעילות תחנת הכוח גדלה ב -48%. יעילות האנרגיה הכוללת של הלוח עולה ב -64%. יש לציין שכדי להשיג תוצאות כאלה, מדענים ומעצבים היו צריכים לא רק להציג רעיונות חדשים, אלא גם לנטוש את הפתרונות הרגילים שלהם. כתוצאה מכך, האונייה המוצעת שונה במידה ניכרת מנציגים מודרניים של המעמד שלה.
פרויקט eRay מציע בניית מטוס זנב נמוך עם כנף סוחפת.יחידת זנב מסופקת, כולל רק מייצב עם רוחב רוחבי גדול. אין קיל. באופן מקורי, בשל הצורך לשפר את היעילות, נפתרה בעיית סידור האלמנטים של תחנת הכוח. היחידות האישיות שלה ממוקמות בחלקים שונים של הכנף, כמו גם בזנב המטוס.
גוף המטוס של המטוס, באופן כללי, דומה ליחידות של מכונות קיימות. מוצע בניית מבנה מתכת מלא עם התארכות גבוהה עם צורה אווירודינמית. חלק החרטום ניתן מתחת לתא הטייס והחדרים הטכניים, שמאחוריהם יש סלון גדול עם מושבי נוסעים. נפח מטען מסופק מתחת לתא הנוסעים - קודם כל למטען. קטע הזנב חייב להכיל אחד ממנועי תחנת הכוח.
מוצע לעגון מטוסים שנסחפו עם גוף המטוס. הכנף משיגה פרופיל אופטימלי, ועל רוב פני השטח שלה אין אלמנטים המסוגלים להפריע לזרימה. בקצוות המובילים והנגררים של הכנף מסופק מיכון מהסוג המסורתי. בקצוות הציבו המעצבים זוג מנועי טורבו-ג'יגה עוקפים עם הציוד הדרוש.
במקום ההתחייבות המסורתית, פרויקט eRay משתמש במערכת יוצאת דופן. בקצה הזנב של גוף המטוס מותקן תעלה טבעת חרוטית עבור המדחף הדוחף של תחנת הכוח. בצידי ערוץ זה הציבו המעצבים שני מטוסי מייצב המותקנים עם V. רוחבי משמעותי. אין שום קיל. שליטת הלסת צריכה להתבצע על ידי שינוי דחף מנועי הכנף או באמצעות מיכון כנפיים.
על פי חישובי נאס א ו- DLR, ניתן להשיג שלושה רבעים מהעלייה ביעילות האנרגיה רק באמצעות אווירודינמיקה. לדוגמה, 13% מהעלייה הכוללת ביעילות ניתנת על ידי זרימה למינרית סביב גוף המטוס. הבאת מוטת הכנפיים ל -45 מ 'נותנת גידול של עוד 6%. הפקרת הקירור מקצרת את משטח המסגרת, ומפחיתה את התנגדות האוויר.
עם זאת, המשימה לצמצם את בזבוז האנרגיה ה"תוספת "נפתרת לא רק בשל אווירודינמיקה. אם כן, נבדקה האפשרות להסיר את חלונות הצד של תא הנוסעים. במקרה זה, עיצוב גוף המטוס פשוט מאוד, מה שמוביל למשקלו הקל יותר ולצמצום מקביל בדרישות המנועים. עם זאת, חידוש כזה אינו נחשב לחובה, מכיוון שאולי הנוסעים לא יאהבו אותו. אין זה סביר שמוביל רוצה להשיג יעילות אנרגטית, אך יישאר ללא לקוחות.
פרויקט eRay מתכוון לצייד את המטוס בתחנת כוח היברידית. הכנף צריכה להיות מצוידת במנועי טורבו שמייצרים דחף מגזים, כמו גם להניע זוג גנרטורים חשמליים. יש לספק חשמל דרך הממירים הדרושים לסוללות, כמו גם למנוע הזנב. היתרון העיקרי של תחנת כוח כזו הוא היכולת לשנות בגמישות את הפרמטרים הכלליים של דחף כדי להשיג את צריכת הדלק האופטימלית המתאימה למשטר הטיסה הנוכחי.
נאס א ו- DLR רואים בצמד טורבו -מעקים עוקף בסיס לתחנת הכוח ל- eRay. מוצעים מוצרים עם ביצועים מספקים ומידות מופחתות בקצות הכנפיים. במסגרת הפרויקט נחקרה יישום מנועים עם מערכת מחליפי חום, המחממים את האוויר האטמוספרי הנכנס עקב גזים מאחורי הטורבינה. במצבים מסוימים, הדבר מאפשר לך להפחית את צריכת הדלק ב -20%.
מומחים משני הארגונים בדקו מכשירים חשמליים קיימים מהסוגים הנדרשים והסיקו מסקנות מסוימות. התברר כי הגנרטורים, הסוללות והמנועים הקיימים מאפשרים לבנות תחנת כוח ל- eRay, אך המאפיינים שלה יהיו רחוקים מהרצוי. כדי להשיג פרמטרים אופטימליים, נדרשות טכנולוגיות ופתרונות חדשים.בפרט נבדקת האפשרות להשתמש בהשפעת מוליכות העל, שיכולה להשפיע על הפרמטרים של מנוע חשמלי.
סוללות האחסון הקיימות גם אינן מאפשרות יצירת מטוס עם הפרמטרים הרצויים. טכנולוגיות ברמת 2010 מספקות צפיפות אנרגיה בסדר גודל של 335 W * h / kg. עד שנת 2040, פרמטר זה צפוי לגדול ל -2500 W * h / kg. עם זאת, בטווח הקצר יש להסתמך על סוללות בעלות מאפיינים צנועים יותר של כ- 1500 W * h / kg. על פי החישובים, תחנת הכוח המשולבת עם מנועי חשמל וטורבוג 'תספק משך טיסה של 6-7 שעות לפחות וטווח של יותר מ -6,000 ק מ.
הדו"ח על פרויקט הרעיון eRay מספק נתונים מעניינים המראים את הפוטנציאל הטכניקה כזו. המעצבים חישבו את מדדי הביצועים העיקריים של ציוד שונה תוך פתרון אותה בעיה. מטוס A321, כאשר הוא מבצע טיסת "התייחסות" בטווח של 4,200 ק"מ, אמור לצרוך סך של פחות מ -84.5 מגה -ואט אנרגיה. לשם כך הוא זקוק לדלק של 15881 ק"ג. המטוס מוציא 2.36 ליטר דלק להובלת נוסע אחד לכל 100 ק"מ. עבור מטוסי ה- eRay המבטיחים, על פי חישובים, צריכת האנרגיה הכוללת מגיעה ל -39.57 מגה -וואט - זהו 5782 ק"ג דלק. כדי להסיע נוסע לכל 100 ק"מ, אתה צריך רק 0.82 ליטר דלק. כך, בתנאים הנתונים, מסתבר שהמכונה המבטיחה יעילה ב -65.3% מהדגם הסדרתי.
אחת הדרכים לשיפור יעילות האנרגיה היא שימוש מושכל בחלל בתא הנוסעים. נאס"א ו- DLR מציעות שלוש אפשרויות לתא הטייס של האונייה עם יכולות שונות. קודם כל, אנו שוקלים את תא הנוסעים במחלקת תיירים, שנוצר על בסיס תא הנוסעים A321. במקרה זה, המושבים מותקנים בשורות של 3 + 3 עם מעבר מרכזי. בתצורה זו, המטוס נושא 200 אנשים. בתצורת הפרימיום אקונומי, כושר הישיבה מוגדל ל -222 נוסעים, להם משתמשים מושבים שונים וחלוקה של נפחים זמינים מותאמת. גרסה עם סלונים משלושה כיתות נבנתה גם כן. מחלקת העסקים מכילה 8 מקומות ישיבה, ואילו "כלכלה" ו"חסכון כלכלי "יכולים להכיל 87 ו -105 נוסעים בהתאמה.
בצורה המוצעת, מטוס eRay הוא באורך של 43, 7 מ '. מוטת הכנפיים היא 38 מ' בתצורה הבסיסית או 45 מ 'במתקדם, מה שנותן עלייה מסוימת ביעילות האנרגיה. משקל המטוס הריק נקבע על 36.5 טון. משקל ההמראה המרבי הוא 67 טון. המטען הוא כ -25 טון, כולל 21 טון נוסעים ו -4 טון מטען. ביצועי הטיסה תלויים באלמנטים של תחנת הכוח המשמשת. באופן כללי, הם צריכים להיות ברמה של דגמים קיימים של תעופה מסחרית.
***
תפיסת ה- eRay, שנחשפה השנה על ידי ארגוני מחקר מובילים בארצות הברית ובגרמניה, היא למעשה ניסיון נוסף למצוא דרכים להמשך פיתוח תעופה של נוסעים. כפי שצוין בצדק בדוח הפרויקט, בעתיד יהיו דרישות חדשות לתעופה מסחרית, והמובילים יזדקקו לדגמי ציוד חדשים בעלי יכולות מיוחדות. החיפוש אחר פתרונות לבעיה זו אינו מפסיק, ופרויקט eRay מציע שוב רעיונות מקוריים כאלה או אחרים.
בפרויקט נאס א ו- DLR המטרות העיקריות היו הגברת יעילות האנרגיה ושיפור האווירודינמיקה, שאמורה להשפיע לטובה על יעילותו הכללית של המטוס. כדי להשיג מאפיינים כאלה, מוצע עיצוב מיוחד של מסגרת אוויר, המשלב פתרונות מתוחכמים וחדשים, כמו גם תחנת כוח היברידית יוצאת דופן המבוססת על רכיבים שונים. החישובים מראים שצריכה אופטימלית של אנרגיית דלק בשילוב אווירודינמיקה משופרת אמורה להגדיל הן את הטיסה והן את הביצועים הכלכליים של הציוד.
עם זאת, עד כה כל התוצאות הללו נותרו "על הנייר". לרעיון אניה eRay, כמו להתפתחויות אחרות מסוגו, יש פגם רציני, ומחבריו מודעים לכך היטב.נכון לעכשיו ובעתיד הקרוב, מעצבים לא יוכלו לממש את כל היתרונות של הרעיון המוצע. השגת המטרות שנקבעו נפגעת על ידי היעדר טכנולוגיות נחוצות. לפיכך, הרעיון של מנוע טורבו עם מחליפי חום והספק כוח לגנרטור דורש פירוט נוסף ובדיקות מעשיות. סוללות בעלות המאפיינים הרצויים עדיין אינן זמינות, והמראה האווירודינמי האופייני של המטוס חייב לאשר את יכולותיו במהלך מחקרים שונים.
פיתוח הטכנולוגיה הנדרשת לבניית מטוס eRay אמיתי הוא יקר וגוזל זמן. כותבי הפרויקט מודעים לכך היטב, ולכן הם שוקלים מטוס מבטיח בהקשר של פיתוח תעופה בעשורים הקרובים - עד 2040-45. הם מאמינים כי בשלב זה המדע ייצור את המרכיבים הדרושים ויבצע את כל המחקר הנדרש, שיאפשר יישום מושגים חדשים: eRay או פרויקטים אחרים.
פרויקט הרעיון של NASA / DLR eRay - בשל מטרתו הספציפית - אינו יכול להיחשב כהצלחה או כישלון. מטרתו הייתה לקבוע את הנתיבים לפיתוח תעופה מסחרית אזרחית ולמצוא את העיצוב האופטימלי העונה על דרישות העתיד. מדענים ומהנדסים של שתי המדינות בחנו בעיון את השאלה הנוכחית והציגו גרסה משלהם של התשובה. בהחלט ייתכן שבסוף שנות השלושים מטוסים הדומים ל- eRay הנוכחי אכן ימריאו. עם זאת, פיתוח התעופה יכול ללכת בדרכים אחרות, ולכן למטוסי טיסה עתידיים יהיו קווי דמיון עם מושגים אחרים של זמננו.
