Коммерциялық әуе тасымалдаушыларға арналған заманауи азаматтық әуе кемелері жоғары өнімділік сипаттамаларын көрсетіп қана қоймай, сонымен қатар пайдалану шығындарының төмендігімен ерекшеленуі тиіс. Мұндай жабдықтың жаңа үлгілерін жасау кезінде барлық негізгі шығындарды азайту қажеттілігі ескеріледі, техникалық қызмет көрсету мен ұшу құнын төмендетудің жаңа нұсқалары үнемі пайда болады. Лайнердің ерекше тиімділігін көрсетуге қабілетті қызықты нұсқасы осы жылы NASA мен DLR ұйымдарымен ұсынылды. Перспективалы тұжырымдамалық жоба eRay деп аталады.
АҚШ Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) мен Неміс аэронавтика және ғарыш орталығы (DLR) барлық негізгі санаттарда, соның ішінде адамдар мен жүктерді тасымалдауға жауапты коммерциялық авиацияда авиацияның дамуына айтарлықтай үлес қосады. Бұл ұйымдардың мамандары үнемі жаңа идеяларды іздейді, жаңа ұсыныстар енгізеді және оларды тексереді. Осы жылдың жазында екі ұйым экономикалық көрсеткіштері жоғарылаған жоғары өнімділік сипаттамаларын көрсетуге қабілетті перспективалы әуе кемесінің тұжырымдамасын ұсынды.
Болжамдық eRay атауы бар жаңа жоба болашаққа резервпен әзірленді. Оған қойылатын талаптарды тұжырымдау кезінде коммерциялық авиацияны дамытудың 2045 жылға дейінгі болжамдары ескерілді. Ағымдағы болжамдар көрсеткендей, осы уақытқа дейін дамыған және дамушы елдерде жолаушылар мен жүк тасымалы айтарлықтай артады. Осыған байланысты аэродромдық желіні дамыту және әр түрлі ұйымдастыру мәселелерін шешу қажет болады. Сонымен қатар, тасымалдауды қолдау үшін сипаттамалық мүмкіндіктері бар жаңа авиациялық технология қажет болады. Оның сипаттамалары бойынша ол қолданыстағы үлгілерден асып түсуі керек.
NASA мен DLR болашақ коммерциялық ұшақтар қазіргі ұшақтарға қарағанда 60% үнемді болуы керек деп есептейді. Ол шағын аэродромдарда жұмыс істей алуы керек, сонымен қатар шудың төмендеуімен және жұмысының қарапайымдылығымен ерекшеленуі керек. Жаңа жоба авторлары өздерінің зерттеулері мен есептерінде қолданыстағы Airbus A321-200 өндірістік ұшақтарын сілтеме ретінде пайдаланды. Болашақ eRay сыйымдылығы мен өткізу қабілеттілігінің ұқсас параметрлеріне ие болуы керек еді, бірақ сонымен бірге барлық басқа салаларда артықшылықтарды көрсетеді.
ERay тұжырымдамасы әлі де толыққанды жобалауға арналмаған, содан кейін өндіріс пен жабдықты іске қосады. Осыған байланысты ғылыми ұйымдардың мамандары өздерін шектемей, тәжірибеде енгізуге әлі дайын емес ең батыл идеяларды қолдана алды. Дәл осындай шешімдерді қолдану жүктелген міндеттерді шешуге және болашақтың ұшағының жаңа нұсқасын «жасауға» мүмкіндік берді.
Ең оптимистік болжам бойынша eRay ұшағы A321 өндірісінен 30% жеңіл болады. Электр станциясының тиімділігі 48%-ға жоғарылаған. Басқарманың жалпы энергия тиімділігі 64%-ға артады. Айта кету керек, мұндай нәтижеге жету үшін ғалымдар мен дизайнерлерге жаңа идеяларды енгізіп қана қоймай, әдеттегі шешімдерінен бас тартуға тура келді. Нәтижесінде ұсынылған лайнер өз класының қазіргі өкілдерінен айтарлықтай ерекшеленеді.
ERay жобасы қанаты сыпырылған консольді төмен қанатты ұшақтың құрылысын ұсынады. Құйрық қондырғысы қамтамасыз етілген, оның ішінде тек үлкен көлденең V. тұрақтандырғышы жоқ. Киль жоқ. Түпнұсқа әдіспен, тиімділікті арттыру қажеттілігіне байланысты, электр станциясының элементтерін реттеу мәселесі шешілді. Оның жекелеген қондырғылары қанаттың әртүрлі бөліктерінде, сондай -ақ фюзеляждың құйрығында орналасады.
Ұшақтың фюзеляжі, жалпы алғанда, қолданыстағы машиналардың агрегаттарына ұқсайды. Аэродинамикалық пішіні бар жоғары созылудың барлық металдан жасалған конструкциясы ұсынылады. Садақ бөлігі кабинаның астында және техникалық бөлмелерде беріледі, оның артында жолаушылар отыратын үлкен салон бар. Жолаушылар салонының астында жүктің көлемі қарастырылған - ең алдымен багажға. Құйрық бөлігінде электр станциясының бір қозғалтқышы орналасуы керек.
Сүзілген ұшақтарды фюзеляжмен қондыру ұсынылады. Қанат оңтайлы профильге ие болады және оның көп бөлігінде ағынды бұзуға қабілетті элементтер жоқ. Қанаттың жетекші және артқы шеттерінде дәстүрлі типті механикаландыру қарастырылған. Соңында дизайнерлер қажетті жабдықтары бар жұптық турбоагрегаттық қозғалтқыштарды орналастырды.
Дәстүрлі қолданудың орнына eRay жобасы ерекше жүйені қолданады. Фюзеляждың құйрық ұшында электростанцияның итеруші винті үшін конустық сақиналы арна орнатылған. Бұл арнаның екі жағында дизайнерлер айтарлықтай көлденең V орнатылған екі тұрақтандырғыш ұшақ орналастырды. Киль жоқ. Иіруді бақылау қанатты қозғалтқыштардың тартылуын өзгерту арқылы немесе қанатты механикаландыру арқылы жүзеге асырылуы тиіс.
NASA мен DLR есептеулері бойынша энергия тиімділігін арттырудың төрттен үшіне аэродинамика арқылы ғана қол жеткізуге болады. Мысалы, тиімділіктің жалпы өсуінің 13% -ы фюзеляж айналасындағы ламинарлы ағынмен қамтамасыз етіледі. Қанаттардың ұзындығын 45 м -ге жеткізу тағы 6%ұлғаюды береді. Кильден бас тарту әуе жақтауының бетін қысқартады, ауаның кедергісін төмендетеді.
Дегенмен, энергияның «артық» ысырабын азайту міндеті аэродинамиканың арқасында ғана шешілмейді. Сонымен, салонның бүйірлік терезелерін алу мүмкіндігі қарастырылды. Бұл жағдайда фюзеляждың дизайны айтарлықтай жеңілдетілген, бұл оның жеңіл салмағына және қозғалтқыштарға қойылатын талаптардың сәйкес төмендеуіне әкеледі. Алайда мұндай жаңашылдық міндетті болып саналмайды, себебі жолаушыларға ұнамауы мүмкін. Тасымалдаушы энергия тиімділігін алғысы келеді, бірақ клиенттерсіз қалуы екіталай.
ERay жобасы ұшақты гибридті электр қондырғысымен жабдықтауды көздейді. Қанат газдардан серпіліс тудыратын, сонымен қатар электр генераторларының жұбын басқаратын турбожет қозғалтқыштармен жабдықталуы керек. Қажетті түрлендіргіштер арқылы электр қуаты батареяларға, сондай -ақ артқы қозғалтқышқа берілуі керек. Мұндай электр станциясының басты артықшылығы - ағымдағы ұшу режиміне сәйкес келетін отынның оңтайлы шығынын алу үшін тартылудың жалпы параметрлерін икемді түрде өзгерту мүмкіндігі.
NASA мен DLR eRay электр станциясының негізі ретінде айналма турбожеттердің жұбын көреді. Жеткілікті өнімділігі мен кішірейтілген өлшемдері бар өнімдерді қанат ұштарына орналастыру ұсынылады. Жоба аясында турбинаның артындағы газдардың әсерінен келетін атмосфералық ауаны жылытатын жылу алмастырғыш жүйесі бар қозғалтқыштардың қолданылуы зерттелді. Кейбір режимдерде бұл отын шығынын 20%-ға азайтуға мүмкіндік береді.
Екі ұйымның сарапшылары қажетті типтегі қолданыстағы электр құрылғыларын қарап, белгілі бір қорытынды жасады. Қолданыстағы генераторлар, аккумуляторлар мен қозғалтқыштар eRay үшін электр станциясын салуға мүмкіндік беретіні белгілі болды, бірақ оның сипаттамалары қалағаннан алыс болады. Оңтайлы параметрлерді алу үшін жаңа технологиялар мен шешімдер қажет. Атап айтқанда, электр қозғалтқышының параметрлеріне әсер етуі мүмкін асқын өткізгіштік әсерін қолдану мүмкіндігі қарастырылуда.
Қолданыстағы аккумуляторлық батареялар сонымен қатар қажетті параметрлері бар ұшақты құруға мүмкіндік бермейді. 2010 деңгейіндегі технологиялар 335 Вт * сағ / кг энергия тығыздығын қамтамасыз етеді. 2040 жылға қарай бұл параметр 2500 Вт * сағ / кг дейін өседі деп күтілуде. Алайда қысқа мерзімде 1500 Вт * сағ / кг қарапайым сипаттамалары бар батареяларға сенуге тура келеді. Есептеулерге сәйкес, электрлік және турбогенерлы қозғалтқыштары бар аралас электр станциясы ұшу ұзақтығын кемінде 6-7 сағат және 6000 км-ден астам қашықтықты қамтамасыз етеді.
ERay тұжырымдамалық жобасы туралы есеп осындай техниканың әлеуетін көрсететін қызықты фигураларды ұсынады. Дизайнерлер бір мәселені шеше отырып, әр түрлі жабдықтардың негізгі өнімділік көрсеткіштерін есептеді. А321 ұшақтары 4200 км қашықтықта «анықтамалық» ұшуды орындау кезінде барлығы 84,5 МВт -тан аз энергия жұмсауы керек. Ол үшін оған 15881 кг жанармай қажет. Ұшақ 100 км -ге бір жолаушыны тасымалдау үшін 2,36 литр жанармай жұмсайды. Болашақ eRay ұшақтары үшін есептеулер бойынша жалпы энергия шығыны 39,57 МВт -қа жетеді - бұл 5782 кг отын. 100 км жолаушыны тасымалдау үшін сізге тек 0,82 литр жанармай қажет. Осылайша, берілген жағдайларда перспективалы машина сериялық модельге қарағанда 65,3% тиімдірек болып шығады.
Энергия тиімділігін арттырудың бір жолы - салондағы орынды орынды пайдалану. NASA мен DLR әр түрлі сыйымдылықтағы лайнерлік кабинаның үш нұсқасын ұсынады. Ең алдымен, біз A321 салонының негізінде жасалған эконом классты кабинаны қарастырамыз. Бұл жағдайда орындықтар орталық дәлізі бар 3 + 3 қатарына орнатылады. Бұл конфигурацияда ұшаққа 200 адам сыяды. Premium Economy конфигурациясында орындық сыйымдылығы 222 жолаушыға дейін ұлғайтылды, олар үшін әр түрлі орындықтар пайдаланылады және қол жетімді көлемдердің таралуы оңтайландырылады. Үш класты салондары бар нұсқа да әзірленді. Бизнес-класс 8 орынға арналған, ал «эконом» және «эконом-слим» сәйкесінше 87 және 105 жолаушыға арналған.
Ұсынылған формада eRay ұшағының ұзындығы 43,7 м. Қанаттарының ұзындығы 38 м негізгі конфигурацияда немесе 45 м жетілдірілген, бұл энергия тиімділігін жоғарылатады. Бос ұшақтың салмағы 36,5 тонна деп анықталады. Ұшудың максималды салмағы-67 тонна. Жүк көтергіштігі шамамен 25 тонна, оның ішінде 21 тонна жолаушы мен 4 тонна багаж. Ұшу өнімділігі қолданылатын электр станциясының элементтеріне байланысты. Жалпы алғанда, олар коммерциялық авиацияның қолданыстағы модельдері деңгейінде болуы керек.
***
Америка Құрама Штаттары мен Германияның жетекші ғылыми ұйымдары осы жылы ашқан eRay тұжырымдамасы - бұл шын мәнінде жолаушылар авиациясын одан әрі дамыту жолдарын табудың тағы бір әрекеті. Жоба есебінде дұрыс атап көрсетілгендей, болашақта коммерциялық авиацияға жаңа талаптар қойылады, ал тасымалдаушыларға арнайы мүмкіндіктері бар жабдықтардың жаңа үлгілері қажет болады. Бұл мәселенің шешімін іздеу тоқтамайды, және eRay жобасы тағы да бір түрдегі түпнұсқа идеяларды ұсынады.
NASA мен DLR жобасында негізгі мақсат энергия тиімділігін арттыру және аэродинамиканы жақсарту болды, бұл ұшақтың жалпы тиімділігіне оң әсер етуі тиіс. Мұндай сипаттамаларды алу үшін жақсы меңгерілген және жаңа шешімдерді, сондай-ақ әр түрлі компоненттерге негізделген ерекше гибридті электр қондырғысын біріктіретін арнайы ұшақ конструкциясы ұсынылады. Есептеулер көрсеткендей, отын энергиясының оңтайлы шығыны аэродинамиканы жақсартумен бірге жабдықтың ұшуын да, экономикалық көрсеткіштерін де жоғарылатуы тиіс.
Алайда, әзірге бұл нәтижелердің барлығы «қағаз жүзінде» қалады. ERay лайнерінің тұжырымдамасы, басқа да әзірлемелер сияқты, елеулі кемшілікке ие және оны авторлары жақсы біледі. Қазіргі уақытта және жақын арада дизайнерлер ұсынылған тұжырымдаманың барлық артықшылықтарын жүзеге асыра алмайды. Қойылған мақсаттарға жетуге қажетті технологиялардың болмауы кедергі келтіреді. Осылайша, жылу алмастырғыштары бар генераторға шығатын турбо қозғалтқыш идеясы әрі қарай жетілдіруді және практикалық тестілеуді қажет етеді. Қажетті сипаттамалары бар аккумуляторлар әлі жоқ, ал ұшақтың тән аэродинамикалық келбеті әр түрлі зерттеулер барысында оның мүмкіндіктерін растауы керек.
Нағыз eRay ұшағын жасау үшін қажетті технологияны әзірлеу қымбат және уақытты қажет етеді. Жоба авторлары мұны жақсы біледі, сондықтан олар алдағы онжылдықтарда - 2040-45 жылдарға дейін авиацияны дамыту жағдайында болашағы бар ұшақты қарастыруда. Олар осы уақытқа дейін ғылым қажетті компоненттерді жасайды және барлық қажетті зерттеулерді жүргізеді деп сенеді, бұл жаңа тұжырымдамаларды: eRay немесе басқа жобаларды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
NASA / DLR eRay тұжырымдамалық жобасы - өзінің арнайы мақсатына байланысты табысты немесе сәтсіз деп санауға болмайды. Оның мақсаты азаматтық коммерциялық авиацияның даму жолдарын анықтау және болашақтың талаптарына сәйкес келетін оңтайлы дизайнды табу болды. Екі елдің ғалымдары мен инженерлері қазіргі сұрақты мұқият зерттеп, жауаптың өз нұсқасын ұсынды. Отызыншы жылдардың соңында қазіргі eRay -ге ұқсас ұшақтар ұшып кетуі әбден мүмкін. Алайда, авиацияның дамуы басқа жолмен жүруі мүмкін, сондықтан болашақ авиакомпаниялар біздің заманымыздың басқа түсініктерімен ұқсастыққа ие болады.
