Sodobna civilna letala, namenjena komercialnim letalskim prevoznikom, ne smejo kazati le visokih zmogljivosti, temveč tudi nizke obratovalne stroške. Pri ustvarjanju novih vzorcev takšne opreme se upošteva potreba po zmanjšanju vseh osnovnih stroškov, nenehno pa se pojavljajo nove možnosti za znižanje stroškov vzdrževanja in letov. Zanimivo različico podloge, ki lahko pokaže posebno učinkovitost, so letos predlagale organizacije NASA in DLR. Obetaven konceptni projekt se imenuje eRay.
Ameriška nacionalna uprava za letalstvo in vesolje (NASA) in nemški center za letalstvo in vesolje (DLR) pomembno prispevata k razvoju letalstva v vseh večjih kategorijah, vključno s komercialnim letalstvom, ki je odgovorno za prevoz ljudi in blaga. Strokovnjaki teh organizacij nenehno iščejo nove ideje, prihajajo z novimi predlogi in jih preizkušajo. Poleti letos sta obe organizaciji predstavili koncept obetavnega letala, ki lahko pokaže visoke zmogljivosti s povečanimi ekonomskimi kazalniki.
Novi projekt z okvirnim naslovom eRay so pripravljali z rezervo za prihodnost. Pri oblikovanju zahtev zanj so bile upoštevane napovedi glede razvoja komercialnega letalstva do leta 2045. Trenutne napovedi kažejo, da se bo v tem času v razvitih državah in državah v razvoju znatno povečal potniški in tovorni promet. V zvezi s tem bosta potrebna razvoj letališke mreže in reševanje različnih organizacijskih vprašanj. Poleg tega bo za podporo transporta potrebna nova letalska tehnologija z značilnimi zmogljivostmi. Po svojih lastnostih bi moral presegati obstoječe vzorce.
NASA in DLR menita, da bi morala biti prihodnja komercialna letala 60% bolj ekonomična od sedanjih. Moral bi biti sposoben delati na majhnih letališčih, odlikovati pa ga mora tudi zmanjšan hrup in enostavnost upravljanja. Avtorji novega projekta so v svojih raziskavah in poročilu o njem uporabili obstoječe serijsko letalo Airbus A321-200 kot nekakšno referenco. Obetaven eRay naj bi imel podobne parametre zmogljivosti in nosilnosti, hkrati pa kaže prednosti na vseh drugih področjih.
Koncept eRay še ni namenjen popolni zasnovi s poznejšim zagonom proizvodnje in delovanja opreme. V zvezi s tem se strokovnjaki znanstvenih organizacij niso mogli omejiti in uporabiti najbolj drzne ideje, ki še niso pripravljene za izvajanje v praksi. Prav uporaba takšnih rešitev je omogočila reševanje dodeljenih nalog in "ustvarjanje" nove različice letala prihodnosti.
Po najbolj optimističnih napovedih bo letalo eRay 30% lažje od serijskega A321. Učinkovitost elektrarne se poveča za 48%. Skupna energetska učinkovitost plošče se poveča za 64%. Treba je opozoriti, da so morali znanstveniki in oblikovalci za dosego takšnih rezultatov ne le uvesti nove ideje, ampak tudi opustiti svoje običajne rešitve. Posledično se predlagana podloga izrazito razlikuje od sodobnih predstavnikov svojega razreda.
Projekt eRay predlaga gradnjo konzolnega nizkokrilnega letala s pometenim krilom. Na voljo je repna enota, ki vključuje le stabilizator z velikim prečnim prerezom V. Ni kobilice. Na izviren način je bil zaradi potrebe po izboljšanju učinkovitosti rešen problem razporeditve elementov elektrarne. Njegove posamezne enote so nameščene na različnih delih krila, pa tudi v repu trupa.
Trup letala je na splošno podoben enotam obstoječih strojev. Predlagana je izdelava popolnoma kovinske konstrukcije z visokim raztezkom z aerodinamično obliko. Lok del je pod pilotsko kabino in tehničnimi prostori, za katerimi je velik salon s potniškimi sedeži. Prostor za tovor je pod potniško kabino - najprej za prtljago. Repni del mora vsebovati enega od motorjev elektrarn.
Predlagano je, da se pometana letala povežejo s trupom. Krilo ima optimalen profil in na večini njegove površine ni elementov, ki bi lahko motili tok. Na sprednjem in zadnjem robu krila je zagotovljena mehanizacija tradicionalnega tipa. Na koncu so oblikovalci postavili par obvodnih turboreaktivnih motorjev s potrebno opremo.
Namesto tradicionalnega plačila projekt eRay uporablja nenavaden sistem. Na zadnjem delu trupa je nameščen stožčast obročast kanal za potisni propeler elektrarne. Ob straneh tega kanala so oblikovalci postavili dve stabilizacijski ravnini, nameščeni s pomembno prečno V. V tem primeru ni kobilice. Nadzor preklopa je treba izvesti s spreminjanjem potiska krilnih motorjev ali s pomočjo krilne mehanizacije.
Po izračunih NASA in DLR je tri četrtine povečanja energetske učinkovitosti mogoče doseči le z aerodinamiko. Na primer, 13% celotnega povečanja učinkovitosti zagotavlja laminarni tok okoli trupa trupa. Če se razpon kril dvigne na 45 m, se poveča še za 6%. Opustitev kobilice skrajša površino ogrodja in zmanjša zračni upor.
Naloga zmanjšanja "dodatnih" zapravljanja energije pa ni rešena le zaradi aerodinamike. Tako je bila preučena možnost odstranitve stranskih stekel v potniškem prostoru. V tem primeru je zasnova trupa bistveno poenostavljena, kar vodi v manjšo težo in ustrezno zmanjšanje zahtev za motorje. Vendar se takšna inovacija ne šteje za obvezno, saj potnikom morda ni všeč. Malo verjetno je, da želi prevoznik doseči energetsko učinkovitost, a ostati brez strank.
Projekt eRay predvideva opremljanje letala s hibridno elektrarno. Krilo bi moralo biti opremljeno s turboreaktivnimi motorji, ki ustvarjajo potisk iz plinov, pa tudi pogonom par električnih generatorjev. Električno energijo skozi potrebne pretvornike je treba dovajati v baterije, pa tudi v zadnji motor. Glavna prednost takšne elektrarne je možnost fleksibilne spremembe splošnih parametrov potiska, da se doseže optimalna poraba goriva, ki ustreza trenutnemu režimu letenja.
NASA in DLR kot osnovo za elektrarno za eRay vidita par obvodnih turboreaktorjev. Predlagamo, da se izdelki z zadostnimi zmogljivostmi in zmanjšanimi dimenzijami namestijo na konice kril. V okviru projekta je bila proučena uporaba motorjev s sistemom toplotnih izmenjevalcev, ki segrevajo vstopni atmosferski zrak zaradi plinov za turbino. V nekaterih načinih vam to omogoča zmanjšanje porabe goriva za 20%.
Strokovnjaki obeh organizacij so pregledali obstoječe električne naprave zahtevanih tipov in naredili določene sklepe. Izkazalo se je, da obstoječi generatorji, baterije in motorji omogočajo gradnjo elektrarne za eRay, vendar bodo njegove značilnosti daleč od želenih. Za pridobitev optimalnih parametrov so potrebne nove tehnologije in rešitve. Predvsem se preučuje možnost uporabe učinka superprevodnosti, ki lahko vpliva na parametre elektromotorja.
Obstoječe akumulatorske baterije prav tako ne omogočajo ustvarjanja letala z želenimi parametri. Tehnologije na ravni 2010 zagotavljajo energijsko gostoto reda 335 W * h / kg. Do leta 2040 naj bi ta parameter narasel na 2500 W * h / kg. Kratkoročno pa se je treba zanašati na baterije s skromnejšimi lastnostmi približno 1500 W * h / kg. Po izračunih bo kombinirana elektrarna z električnimi in turboreaktivnimi motorji zagotavljala trajanje leta najmanj 6-7 ur in doseg več kot 6.000 km.
Poročilo o konceptualnem projektu eRay vsebuje zanimive številke, ki kažejo potencial takšne tehnike. Oblikovalci so pri reševanju istega problema izračunali glavne kazalnike uspešnosti različne opreme. Letalo A321 bi moralo pri "referenčnem" letu na dosegu 4200 km porabiti skupaj nekaj manj kot 84,5 MW energije. Za to potrebuje 15881 kg goriva. Letalo porabi 2,36 litra goriva za prevoz enega potnika na 100 km. Za obetavna letala eRay po izračunih skupna poraba energije doseže 39,57 MW - to je 5782 kg goriva. Za prevoz potnika na 100 km potrebujete le 0,82 litra goriva. Tako se v danih pogojih obetaven stroj izkaže za 65,3% učinkovitejši od serijskega modela.
Eden od načinov za izboljšanje energetske učinkovitosti je pametna uporaba prostora v potniški kabini. NASA in DLR ponujata tri možnosti za pilotsko kabino z različnimi zmogljivostmi. Najprej upoštevamo kabino ekonomskega razreda, ustvarjeno na podlagi kabine A321. V tem primeru so sedeži nameščeni v vrstah 3 + 3 s centralnim hodnikom. V tej konfiguraciji letalo prevaža 200 ljudi. V konfiguraciji Premium Economy se število sedežev poveča na 222 potnikov, za kar se uporabljajo različni sedeži in optimizira porazdelitev razpoložljive prostornine. Izdelana je tudi varianta s saloni treh razredov. Poslovni razred sprejme 8 sedežev, "Economy" in "Economy-slim" pa 87 oziroma 105 potnikov.
V predlagani obliki ima letalo eRay dolžino 43,7 m. Razpon kril je v osnovni konfiguraciji 38 m ali v napredni 45 m, kar nekoliko poveča energetsko učinkovitost. Teža praznega letala je določena pri 36,5 tone, največja vzletna teža je 67 ton, nosilnost je približno 25 ton, od tega 21 ton potnikov in 4 tone prtljage. Učinkovitost letenja je odvisna od elementov uporabljene elektrarne. Na splošno bi morali biti na ravni obstoječih modelov komercialnega letalstva.
***
Koncept eRay, ki so ga letos predstavile vodilne raziskovalne organizacije v ZDA in Nemčiji, je pravzaprav še en poskus iskanja načinov za nadaljnji razvoj potniškega letalstva. Kot je pravilno zapisano v poročilu o projektu, bodo v prihodnosti za komercialno letalstvo nove zahteve, prevozniki pa bodo potrebovali nove modele opreme s posebnimi zmogljivostmi. Iskanje rešitev za to težavo se ne ustavi, projekt eRay pa znova ponuja takšne ali drugačne izvirne ideje.
V projektu NASA in DLR sta bila glavna cilja povečati energetsko učinkovitost in izboljšati aerodinamiko, kar bi moralo pozitivno vplivati na splošno učinkovitost letala. Za pridobitev teh značilnosti je predlagana posebna zasnova letalskega ogrodja, ki združuje dobro obvladane in nove rešitve ter nenavadna hibridna elektrarna, ki temelji na različnih sestavnih delih. Izračuni kažejo, da bi morala optimalna poraba energije v kombinaciji z izboljšano aerodinamiko povečati letalske in gospodarske zmogljivosti opreme.
Vendar zaenkrat vsi ti rezultati ostajajo "na papirju". Koncept eRay linerja ima, tako kot drugi tovrstni dogodki, resno napako, kar se avtorji dobro zavedajo. Trenutno in v bližnji prihodnosti oblikovalci ne bodo mogli uresničiti vseh prednosti predlaganega koncepta. Doseganje zastavljenih ciljev ovira pomanjkanje potrebnih tehnologij. Zato je treba zamisel o turboreaktivnem motorju s toplotnimi izmenjevalniki in izhodno močjo generatorja dodatno razviti in praktično preizkusiti. Baterije z želenimi lastnostmi še niso na voljo, značilen aerodinamični videz letala pa mora med različnimi študijami potrditi njegove zmogljivosti.
Razvoj tehnologije, potrebne za izdelavo pravega letala eRay, je drag in zamuden. Avtorji projekta se tega dobro zavedajo, zato razmišljajo o obetavnem letalu v okviru razvoja letalstva v naslednjih desetletjih - do leta 2040-45. Menijo, da bo do takrat znanost ustvarila potrebne komponente in izvedla vse potrebne raziskave, ki bodo omogočile izvajanje novih konceptov: bodisi eRay ali drugih projektov.
Konceptnega projekta NASA / DLR eRay - zaradi svojega posebnega namena - ni mogoče šteti za uspeh ali neuspeh. Njegov cilj je bil določiti poti razvoja civilnega komercialnega letalstva in najti optimalno zasnovo, ki ustreza zahtevam prihodnosti. Znanstveniki in inženirji obeh držav so natančno preučili trenutno vprašanje in predstavili svojo različico odgovora. Možno je, da bodo v poznih tridesetih letih letala, podobna sedanjemu eRayu, dejansko vzletela. Vendar pa lahko razvoj letalstva poteka drugače, zato bodo prihodnja letala podobna drugim konceptom našega časa.
