Kaasaegsed tsiviilõhusõidukid, mis on mõeldud kommertslennuettevõtjatele, peavad mitte ainult näitama kõrgeid omadusi, vaid ka eristuma madalate tegevuskulude poolest. Selliste seadmete uute näidiste loomisel võetakse arvesse vajadust vähendada kõiki põhikulusid ning pidevalt tekivad uued võimalused hooldus- ja lendude maksumuse vähendamiseks. NASA ja DLR organisatsioonid pakkusid sel aastal välja laineri huvitava versiooni, mis suudab näidata erilist efektiivsust. Paljulubavat kontseptsiooniprojekti nimetatakse eRayks.
USA riiklik lennundus- ja kosmoseamet (NASA) ning Saksamaa lennundus- ja kosmosekeskus (DLR) annavad olulise panuse lennunduse arengusse kõigis peamistes kategooriates, sealhulgas kommertslennunduses, mis vastutab inimeste ja kaupade transpordi eest. Nende organisatsioonide spetsialistid otsivad pidevalt uusi ideid, esitavad uusi ettepanekuid ja katsetavad neid. Selle aasta suvel esitlesid kaks organisatsiooni paljutõotava õhusõiduki kontseptsiooni, mis on võimeline näitama kõrgeid näitajaid koos suurenenud majandusnäitajatega.
Uue projekti esialgse pealkirjaga eRay töötati välja reserviga tulevikuks. Sellele esitatavate nõuete sõnastamisel võeti arvesse prognoose, mis puudutavad kommertslennunduse arengut aastani 2045. Praegused prognoosid näitavad, et selleks ajaks areneb arenenud ja arengumaades reisijate- ja kaubavedu märkimisväärselt. Sellega seoses on vaja lennuväljade võrgu arendamist ja erinevate organisatsiooniliste küsimuste lahendamist. Lisaks on transpordi toetamiseks vaja uut iseloomulike võimalustega lennutehnoloogiat. Oma omaduste poolest peaks see ületama olemasolevaid proove.
NASA ja DLR usuvad, et tuleviku kommertslennukid peaksid olema 60% ökonoomsemad kui praegused. See peaks olema võimeline töötama väikestel lennuväljadel, samuti peaks see eristuma müra vähenemise ja hõlpsa käitamise poolest. Uue projekti autorid kasutasid oma uurimistöös ja aruandes omamoodi viitena olemasolevaid tootmislennukeid Airbus A321-200. Paljutõotaval eRayl peaks olema sarnased mahutavuse ja kandevõime parameetrid, kuid samal ajal peaks see näitama eeliseid kõigis teistes valdkondades.
ERay kontseptsioon ei ole veel ette nähtud täieõiguslikuks disainiks koos sellele järgneva tootmise ja seadmete käivitamisega. Sellega seoses suutsid teadusorganisatsioonide spetsialistid mitte piirduda ja kasutada kõige julgemaid ideid, mis pole veel praktikas rakendamiseks valmis. Just selliste lahenduste kasutamine võimaldas lahendada määratud ülesandeid ja "luua" tuleviku lennukite uue versiooni.
Kõige optimistlikumate prognooside kohaselt on eRay lennuk 30% kergem kui seeria A321. Elektrijaama efektiivsus suureneb 48%. Plaadi üldine energiatõhusus tõuseb 64%. Tuleb märkida, et selliste tulemuste saamiseks pidid teadlased ja disainerid mitte ainult uusi ideid tutvustama, vaid ka loobuma oma tavapärastest lahendustest. Selle tulemusel erineb kavandatav vooder märkimisväärselt oma klassi kaasaegsetest esindajatest.
Projekt eRay teeb ettepaneku ehitada püstitatud tiivaga konsooliga madala tiivaga lennuk. Komplektis on sabaüksus, mis sisaldab ainult suure põikisuunaga stabilisaatorit. Keel puudub. Originaalsel viisil lahendati tõhususe parandamise vajaduse tõttu elektrijaama elementide korraldamise probleem. Selle üksikud üksused on paigutatud tiiva erinevatesse osadesse, samuti kere kere sabasse.
Lennuki kere sarnaneb üldiselt olemasolevate masinate ühikutega. Pakutakse välja suure venivusega metallist konstruktsioon, millel on aerodünaamiline kuju. Vööriosa antakse kokpiti ja tehniliste ruumide alla, mille taga on suur salong reisijate istmetega. Sõitjateruumi all on ette nähtud kauba maht - ennekõike pagasi jaoks. Sabaosa peab mahutama ühte elektrijaama mootorit.
Tehakse ettepanek pukseeritud lennukeid dokkida kerega. Tiib saab optimaalse profiili ja enamikul selle pinnast puuduvad elemendid, mis suudaksid voolu häirida. Tiiva esi- ja tagaservadel on ette nähtud traditsioonilise tüübi mehhaniseerimine. Otsadesse paigutasid disainerid paar möödaviigu turboreaktiivmootorit koos vajaliku varustusega.
Traditsioonilise empennage'i asemel kasutab eRay projekt ebatavalist süsteemi. Kere kere sabaotsas on elektrijaama tõukurkruvi jaoks paigaldatud kooniline rõngakujuline kanal. Selle kanali külgedele paigutasid disainerid kaks stabilisaatoritasandit, mis olid paigaldatud märkimisväärse põikisuunaga V. Kiilu pole. Kaldenurga juhtimine peaks toimuma tiibmootorite tõukejõu muutmise või tiiva mehhaniseerimise abil.
NASA ja DLR-i arvutuste kohaselt saab kolm neljandikku energiatõhususe kasvust saavutada ainult aerodünaamika abil. Näiteks 13% üldisest tõhususe kasvust annab laminaarne vool ümber kere. Tiibade siruulatuse viimine 45 m -ni annab tõusu veel 6%. Kiilust loobumine lühendab lennuki raami pinda, vähendades õhutakistust.
Ülesanne vähendada "lisa" energia raiskamist ei ole aga lahendatud mitte ainult tänu aerodünaamikale. Seega kaaluti võimalust eemaldada sõitjateruumi külgaknad. Sel juhul on kere konstruktsioon oluliselt lihtsustatud, mis toob kaasa selle kergema kaalu ja vastavalt mootoritele esitatavate nõuete vähenemise. Sellist uuendust ei peeta siiski kohustuslikuks, kuna see ei pruugi reisijatele meeldida. On ebatõenäoline, et vedaja soovib saada energiatõhusust, kuid jääb ilma klientideta.
Projekt eRay näeb ette lennuki varustamist hübriidjaamaga. Tiib peaks olema varustatud turboreaktiivmootoritega, mis tekitavad gaasidest tõukejõudu, samuti peavad nad töötama paari elektrigeneraatoriga. Elektrit vajalike muundurite kaudu tuleb varustada patareidega, samuti tagamootoriga. Sellise elektrijaama peamine eelis on võimalus paindlikult muuta tõukejõu üldparameetreid, et saada praegusele lennurežiimile vastav optimaalne kütusekulu.
NASA ja DLR näevad eRay elektrijaama aluseks paari möödaviigu turboreaktiivi. Soovitatav on paigutada tiibadesse piisava jõudluse ja väiksemate mõõtmetega tooted. Projekti raames uuriti soojusvahetite süsteemiga mootorite rakendamist, mis soojendavad turbiini taga olevate gaaside tõttu sissetulevat atmosfääriõhku. Mõnes režiimis võimaldab see vähendada kütusekulu 20%.
Kahe organisatsiooni eksperdid vaatasid läbi olemasolevaid vajalikke elektriseadmeid ja tegid teatud järeldused. Selgus, et olemasolevad generaatorid, akud ja mootorid võimaldavad ehitada eRay jaoks elektrijaama, kuid selle omadused pole kaugeltki soovitud. Optimaalsete parameetrite saamiseks on vaja uusi tehnoloogiaid ja lahendusi. Eelkõige kaalutakse võimalust kasutada ülijuhtivuse mõju, mis võib mõjutada elektrimootori parameetreid.
Olemasolevad akud ei võimalda ka soovitud parameetritega lennukit luua. 2010. aasta taseme tehnoloogiad annavad energiatiheduse suurusjärgus 335 W * h / kg. Aastaks 2040 peaks see parameeter kasvama 2500 W * h / kg. Lühiajalises perspektiivis tuleb aga loota tagasihoidlikumate omadustega akudele, umbes 1500 W * h / kg. Arvutuste kohaselt tagab elektri- ja turboreaktiivmootoritega kombineeritud elektrijaam lennu kestuse vähemalt 6-7 tundi ja lennuulatuse üle 6000 km.
ERay kontseptsiooni projekti aruanne pakub huvitavaid arvandmeid, mis näitavad sellise tehnika potentsiaali. Disainerid arvutasid sama probleemi lahendades välja erinevate seadmete peamised jõudlusnäitajad. Lennuk A321 peaks võrdluslennu sooritamisel 4200 km kaugusel tarbima kokku veidi alla 84,5 MW energiat. Selleks vajab ta 15881 kg kütust. Lennuk kulutab ühe reisija transportimiseks 100 km kohta 2,36 liitrit kütust. Paljulubavate eRay lennukite puhul ulatub arvutuste kohaselt kogu energiakulu 39,57 MW - see on 5782 kg kütust. Reisija vedamiseks 100 km kohta on vaja ainult 0,82 liitrit kütust. Seega osutub paljutõotav masin antud tingimustes 65,3% efektiivsemaks kui seeriamudel.
Üks viis energiatõhususe parandamiseks on sõitjateruumi ruumi arukas kasutamine. NASA ja DLR pakuvad erineva võimsusega liinilaeva kokpiti jaoks kolme võimalust. Kõigepealt kaalume turistiklassi salongi, mis on loodud A321 salongi alusel. Sel juhul on istmed paigaldatud ridadesse 3 + 3, millel on keskne vahekäik. Selles konfiguratsioonis veab lennuk 200 inimest. Premium Economy konfiguratsioonis suurendatakse istekohtade arvu 222 reisijani, mille jaoks kasutatakse erinevaid istmeid ja optimeeritakse saadaolevate mahtude jaotust. Samuti on välja töötatud variant kolme klassi salongidega. Äriklass mahutab 8 istekohta, samas kui "economy" ja "economy-slim" mahutavad vastavalt 87 ja 105 reisijat.
Kavandatud kujul on eRay õhusõiduki pikkus 43,7 m. Tiibade siruulatus on põhikonfiguratsioonis 38 m või täiustatud 45 m, mis suurendab mõningal määral energiatõhusust. Tühja õhusõiduki kaal on 36,5 tonni. Maksimaalne stardimass on 67 tonni. Kandevõime on umbes 25 tonni, sealhulgas 21 tonni reisijaid ja 4 tonni pagasit. Lennu jõudlus sõltub kasutatava elektrijaama elementidest. Üldiselt peaksid need olema kommertslennunduse olemasolevate mudelite tasemel.
***
ERay kontseptsioon, mille sel aastal tutvustasid Ameerika Ühendriikide ja Saksamaa juhtivad uurimisorganisatsioonid, on tegelikult järjekordne katse leida võimalusi reisilennu edasiarendamiseks. Nagu projekti aruandes õigesti märgitud, kehtivad tulevikus kommertslennundusele uued nõuded ning lennuettevõtjad vajavad uusi eriomadustega seadmete mudeleid. Sellele probleemile lahenduste otsimine ei lõpe ning eRay projekt pakub taas kord üht või teist tüüpi originaalseid ideid.
NASA ja DLRi projektis olid peamised eesmärgid energiatõhususe suurendamine ja aerodünaamika parandamine, mis peaks positiivselt mõjutama lennuki üldist efektiivsust. Selliste omaduste saamiseks pakutakse välja spetsiaalne lennukikere disain, mis ühendab hästi omandatud ja uued lahendused, samuti ebatavaline hübriidjaam, mis põhineb erinevatel komponentidel. Arvutused näitavad, et optimaalne kütuseenergia tarbimine koos täiustatud aerodünaamikaga peaks suurendama nii lendamist kui ka seadmete majanduslikku jõudlust.
Kuid siiani on kõik need tulemused jäänud paberile. ERay liinilaevanduse kontseptsioonil, nagu ka muudel sellelaadsetel arendustel, on tõsine viga ja selle autorid on sellest hästi teadlikud. Praegusel ajal ja lähitulevikus ei suuda disainerid kõiki kavandatud kontseptsiooni eeliseid realiseerida. Seatud eesmärkide saavutamist takistab vajalike tehnoloogiate puudumine. Seega vajab idee soojusvahetite ja generaatorile väljastatava turboreaktiivmootori kohta täiendavat väljatöötamist ja praktilist katsetamist. Soovitud omadustega patareid pole veel saadaval ja lennuki iseloomulik aerodünaamiline välimus peab erinevate uuringute käigus kinnitama selle võimeid.
Tõelise eRay lennuki ehitamiseks vajaliku tehnoloogia väljatöötamine on kulukas ja aeganõudev. Projekti autorid on sellest hästi teadlikud ja seetõttu kaaluvad nad paljutõotavat lennukit lennunduse arengu kontekstis järgmistel aastakümnetel - kuni 2040-45. Nad usuvad, et selleks ajaks loob teadus vajalikud komponendid ja viib läbi kõik vajalikud uuringud, mis võimaldavad rakendada uusi kontseptsioone: kas eRay või muid projekte.
NASA / DLR eRay kontseptsiooniprojekti - selle konkreetse eesmärgi tõttu - ei saa lugeda õnnestunuks ega ebaõnnestunuks. Selle eesmärk oli määrata kindlaks tsiviilotstarbelise lennunduse arendamise teed ja leida optimaalne disain, mis vastab tuleviku nõuetele. Kahe riigi teadlased ja insenerid on praegust küsimust hoolikalt uurinud ja esitanud oma versiooni vastusest. On täiesti võimalik, et kolmekümnendate lõpus tõusevad tõepoolest õhku praeguse eRayga sarnased lennukid. Lennunduse areng võib aga minna teisiti ja seetõttu on tulevastel lennukitel sarnasusi teiste meie aja mõistetega.
