Moderniem civiliem gaisa kuģiem, kas paredzēti komerciāliem gaisa pārvadātājiem, ir ne tikai jāuzrāda augstas veiktspējas īpašības, bet arī jāatšķiras ar zemām ekspluatācijas izmaksām. Veidojot jaunus šāda aprīkojuma paraugus, tiek ņemta vērā nepieciešamība samazināt visas pamatizmaksas, un pastāvīgi rodas jaunas iespējas uzturēšanas un lidojumu izmaksu samazināšanai. Interesantu līnijpārvadātāja versiju, kas spēj parādīt īpašu efektivitāti, šogad piedāvāja NASA un DLR organizācijas. Daudzsološu koncepcijas projektu sauc par eRay.
ASV Nacionālā aeronautikas un kosmosa pārvalde (NASA) un Vācijas Aeronautikas un kosmosa centrs (DLR) sniedz būtisku ieguldījumu aviācijas attīstībā visās galvenajās kategorijās, ieskaitot komerciālo aviāciju, kas ir atbildīga par cilvēku un preču pārvadāšanu. Šo organizāciju speciālisti nepārtraukti meklē jaunas idejas, nāk klajā ar jauniem priekšlikumiem un tos pārbauda. Šā gada vasarā abas organizācijas prezentēja daudzsološas lidmašīnas koncepciju, kas spēj parādīt augstas veiktspējas īpašības ar paaugstinātiem ekonomiskiem rādītājiem.
Jaunais projekts ar provizorisko nosaukumu eRay tika izstrādāts ar rezervi nākotnei. Sastādot tai prasības, tika ņemtas vērā prognozes par komerciālās aviācijas attīstību līdz 2045. gadam. Pašreizējās prognozes liecina, ka līdz šim attīstītajās un jaunattīstības valstīs pasažieru un kravu pārvadājumi ievērojami pieaugs. Šajā sakarā būs nepieciešama lidlauku tīkla attīstība un dažādu organizatorisku jautājumu risināšana. Turklāt pārvadājumu atbalstam būs nepieciešama jauna aviācijas tehnoloģija ar raksturīgām spējām. Savu īpašību ziņā tam vajadzētu pārsniegt esošos paraugus.
NASA un DLR uzskata, ka nākotnes komerciālajiem lidaparātiem jābūt par 60% ekonomiskākiem nekā pašreizējiem. Tam vajadzētu būt iespējai strādāt nelielos lidlaukos, kā arī tam vajadzētu atšķirties ar samazinātu troksni un ērtu ekspluatāciju. Savā pētījumā un ziņojumā par to jaunā projekta autori kā sava veida atsauci izmantoja jau esošās sērijveida lidmašīnas Airbus A321-200. Daudzsološam eRay vajadzēja būt līdzīgiem jaudas un celtspējas parametriem, bet tajā pašā laikā tam bija priekšrocības visās citās jomās.
ERay koncepcija vēl nav paredzēta pilnvērtīgai konstrukcijai ar sekojošu ražošanas uzsākšanu un iekārtu ekspluatāciju. Šajā sakarā zinātnisko organizāciju speciālisti spēja neierobežot sevi un izmantot visdrosmīgākās idejas, kuras vēl nav gatavas īstenošanai praksē. Tieši šādu risinājumu izmantošana ļāva atrisināt uzdotos uzdevumus un "izveidot" jaunu nākotnes lidmašīnas versiju.
Saskaņā ar visoptimistiskākajām prognozēm eRay lidmašīna būs par 30% vieglāka nekā sērijveida A321. Elektrostacijas efektivitāte tiek palielināta par 48%. Plātnes kopējā energoefektivitāte palielinās par 64%. Jāatzīmē, ka, lai iegūtu šādus rezultātus, zinātniekiem un dizaineriem bija ne tikai jāievieš jaunas idejas, bet arī jāatsakās no ierastajiem risinājumiem. Tā rezultātā ierosinātais laineris ievērojami atšķiras no mūsdienu savas klases pārstāvjiem.
Projekts eRay piedāvā konsoles zema spārna lidmašīnas uzbūvi ar slaucītu spārnu. Tiek nodrošināta astes vienība, ieskaitot tikai stabilizatoru ar lielu šķērsvirzienu V. Nav ķīļa. Oriģinālā veidā, ņemot vērā nepieciešamību uzlabot efektivitāti, tika atrisināta elektrostacijas elementu sakārtošanas problēma. Tās atsevišķās vienības ir novietotas dažādās spārna daļās, kā arī fizelāžas astē.
Lidmašīnas fizelāle kopumā atgādina esošo mašīnu vienības. Tiek piedāvāta augstas pagarinājuma metāla konstrukcija ar aerodinamisku formu. Priekšgala daļa tiek dota zem kabīnes un tehniskajām telpām, aiz kurām atrodas liels salons ar pasažieru sēdekļiem. Zem pasažieru nodalījuma ir paredzēts kravas tilpums - pirmkārt, bagāžai. Astes daļā jāiekļauj viens no spēkstacijas dzinējiem.
Tiek ierosināts ar fizelāžu piestāt slaucītās lidmašīnas. Spārns iegūst optimālu profilu, un lielākajā daļā tā virsmas nav elementu, kas varētu traucēt plūsmu. Spārna priekšējās un aizmugurējās malās ir paredzēta tradicionālā tipa mehanizācija. Galos dizaineri ievietoja pāris apvada turboreaktīvo dzinēju ar nepieciešamo aprīkojumu.
Tradicionālās empennage vietā eRay projektā tiek izmantota neparasta sistēma. Fizelāžas astes galā elektrostacijas stumšanas dzenskrūvei ir uzstādīts konisks gredzenveida kanāls. Šī kanāla malās dizaineri novietoja divas stabilizatoru plaknes, kas uzstādītas ar ievērojamu šķērsvirzienu V. Ķīļa nav. Pagrieziena kontrole jāveic, mainot spārnu dzinēju vilces spēku vai izmantojot spārnu mehanizāciju.
Saskaņā ar NASA un DLR aprēķiniem trīs ceturtdaļas no energoefektivitātes pieauguma var panākt tikai ar aerodinamikas palīdzību. Piemēram, 13% no kopējā efektivitātes pieauguma nodrošina laminārā plūsma ap fizelāžu. Spārnu platuma palielināšana līdz 45 m palielina vēl par 6%. Atteikšanās no ķīļa saīsina gaisa kuģa korpusa virsmu, samazinot gaisa pretestību.
Tomēr uzdevums samazināt "papildu" enerģijas izšķiešanu tiek atrisināts ne tikai aerodinamikas dēļ. Tātad tika apsvērta iespēja noņemt pasažieru salona sānu logus. Šajā gadījumā fizelāžas konstrukcija ir ievērojami vienkāršota, kā rezultātā tā svars ir mazāks un attiecīgi samazinās prasības dzinējiem. Tomēr šāds jauninājums netiek uzskatīts par obligātu, jo pasažieriem tas var nepatikt. Maz ticams, ka pārvadātājs vēlas iegūt energoefektivitāti, bet palikt bez klientiem.
Projekts eRay paredz lidmašīnu aprīkot ar hibrīda spēkstaciju. Spārnam jābūt aprīkotam ar turboreaktīviem dzinējiem, kas rada vilces spēku no gāzēm, kā arī piedzen elektrisko ģeneratoru pāri. Elektrība caur nepieciešamajiem pārveidotājiem jāpiegādā akumulatoriem, kā arī aizmugures motoram. Šādas spēkstacijas galvenā priekšrocība ir iespēja elastīgi mainīt vilces vispārējos parametrus, lai iegūtu optimālu degvielas patēriņu, kas atbilst pašreizējam lidojuma režīmam.
NASA un DLR uzskata, ka eRay spēkstacijas pamatā ir apvedceļa turboreaktīvie pāri. Izstrādājumus ar pietiekamu veiktspēju un samazinātiem izmēriem ierosina ievietot spārnu galos. Projekta ietvaros tika pētīta dzinēju pielietošana ar siltummaiņu sistēmu, kas silda ienākošo atmosfēras gaisu gāzu dēļ aiz turbīnas. Dažos režīmos tas ļauj samazināt degvielas patēriņu par 20%.
Abu organizāciju eksperti pārskatīja esošās vajadzīgo veidu elektriskās ierīces un izdarīja dažus secinājumus. Izrādījās, ka esošie ģeneratori, baterijas un motori ļauj būvēt elektrostaciju eRay, taču tās īpašības būs tālu no vēlamās. Lai iegūtu optimālus parametrus, ir nepieciešamas jaunas tehnoloģijas un risinājumi. Jo īpaši tiek apsvērta iespēja izmantot supravadītspējas efektu, kas var ietekmēt elektromotora parametrus.
Esošās akumulatoru baterijas arī neļauj izveidot lidmašīnu ar vēlamajiem parametriem. 2010. gada līmeņa tehnoloģijas nodrošina enerģijas blīvumu aptuveni 335 W * h / kg. Paredzams, ka līdz 2040. gadam šis parametrs pieaugs līdz 2500 W * h / kg. Tomēr īstermiņā jāpaļaujas uz baterijām ar pieticīgākām īpašībām - aptuveni 1500 W * h / kg. Saskaņā ar aprēķiniem, kombinētā spēkstacija ar elektriskajiem un turboreaktīvajiem dzinējiem nodrošinās lidojuma ilgumu vismaz 6-7 stundas un darbības rādiusu vairāk nekā 6000 km.
Pārskats par eRay koncepcijas projektu sniedz interesantus skaitļus, kas parāda šādas tehnikas iespējas. Dizaineri, risinot vienu un to pašu problēmu, aprēķināja dažādu iekārtu galvenos darbības rādītājus. Lidmašīnai A321, veicot “atsauces” lidojumu 4200 km attālumā, kopumā vajadzētu patērēt nedaudz mazāk par 84,5 MW enerģijas. Lai to izdarītu, viņam nepieciešams 15881 kg degvielas. Lidmašīna iztērē 2,36 litrus degvielas, lai pārvadātu vienu pasažieri uz 100 km. Daudzsološajām eRay lidmašīnām pēc aprēķiniem kopējais enerģijas patēriņš sasniedz 39,57 MW - tas ir 5782 kg degvielas. Lai pārvadātu pasažieri uz 100 km, nepieciešami tikai 0,82 litri degvielas. Tādējādi dotajos apstākļos daudzsološā mašīna izrādās par 65,3% efektīvāka nekā sērijveida modelis.
Viens no veidiem, kā uzlabot energoefektivitāti, ir saprātīgi izmantot telpu pasažieru nodalījumā. NASA un DLR piedāvā trīs iespējas līnijpārvadātāju kabīnēm ar dažādām ietilpībām. Pirmkārt, mēs uzskatām ekonomiskās klases salonu, kas izveidots, pamatojoties uz A321 salonu. Šajā gadījumā sēdekļi ir uzstādīti 3 + 3 rindās ar centrālo eju. Šajā konfigurācijā lidmašīna pārvadā 200 cilvēkus. Premium Economy konfigurācijā sēdvietu skaits tiek palielināts līdz 222 pasažieriem, kuriem tiek izmantoti dažādi sēdekļi un optimizēts pieejamo apjomu sadalījums. Ir izstrādāts arī variants ar trīs klašu saloniem. Biznesa klasē ir 8 sēdvietas, savukārt "ekonomiskajā" un "ekonomiskajā"-attiecīgi 87 un 105 pasažieri.
Piedāvātajā formā eRay lidmašīnas garums ir 43,7 m. Spārnu platums ir 38 m pamata konfigurācijā vai 45 m uzlabotajā, kas dod zināmu energoefektivitātes pieaugumu. Tukšās lidmašīnas svars noteikts 36,5 tonnas. Maksimālais pacelšanās svars ir 67 tonnas. Kravnesība ir aptuveni 25 tonnas, ieskaitot 21 tonnu pasažieru un 4 tonnas bagāžas. Lidojuma veiktspēja ir atkarīga no izmantotās elektrostacijas elementiem. Kopumā tiem jāatbilst esošajiem komerciālās aviācijas modeļiem.
***
ERay koncepcija, ko šogad atklāja vadošās pētniecības organizācijas ASV un Vācijā, patiesībā ir vēl viens mēģinājums atrast veidus, kā tālāk attīstīt pasažieru aviāciju. Kā pareizi norādīts projekta ziņojumā, nākotnē komerciālajai aviācijai būs jaunas prasības, un pārvadātājiem būs nepieciešami jauni iekārtu modeļi ar īpašām iespējām. Risinājumu meklējumi šai problēmai neapstājas, un eRay projekts atkal piedāvā viena vai otra veida oriģinālas idejas.
NASA un DLR projektā galvenie mērķi bija palielināt energoefektivitāti un uzlabot aerodinamiku, kam vajadzētu pozitīvi ietekmēt lidmašīnas kopējo efektivitāti. Lai iegūtu šādas īpašības, tiek piedāvāts īpašs lidmašīnas korpusa dizains, apvienojot labi apgūtus un jaunus risinājumus, kā arī neparasta hibrīda spēkstacija, kuras pamatā ir atšķirīgi komponenti. Aprēķini rāda, ka optimālam degvielas enerģijas patēriņam kombinācijā ar uzlabotu aerodinamiku vajadzētu palielināt gan lidojuma, gan iekārtas ekonomiskos rādītājus.
Tomēr līdz šim visi šie rezultāti paliek “uz papīra”. ERay laineru koncepcijai, tāpat kā citiem šāda veida notikumiem, ir nopietns trūkums, un tās autori to labi apzinās. Pašlaik un tuvākajā nākotnē dizaineri nevarēs realizēt visas piedāvātās koncepcijas priekšrocības. Izvirzīto mērķu sasniegšanu apgrūtina nepieciešamo tehnoloģiju trūkums. Tādējādi ideja par turboreaktīvo dzinēju ar siltummaiņiem un jaudu ģeneratoram ir jāturpina izstrādāt un praktiski pārbaudīt. Akumulatori ar vēlamajām īpašībām vēl nav pieejami, un gaisa kuģim raksturīgajam aerodinamiskajam izskatam ir jāapstiprina tās iespējas dažādu pētījumu laikā.
Īstas eRay lidmašīnas būvei nepieciešamās tehnoloģijas izstrāde ir dārga un laikietilpīga. Projekta autori to labi apzinās, un tāpēc apsver daudzsološu lidmašīnu aviācijas attīstības kontekstā nākamajās desmitgadēs - līdz 2040. -45. Viņi uzskata, ka līdz šim zinātne radīs nepieciešamās sastāvdaļas un veiks visus nepieciešamos pētījumus, kas ļaus īstenot jaunas koncepcijas: vai nu eRay, vai citus projektus.
NASA / DLR eRay koncepcijas projektu tā īpašā mērķa dēļ nevar uzskatīt par veiksmīgu vai neveiksmīgu. Tās mērķis bija noteikt ceļus civilās komerciālās aviācijas attīstībai un atrast optimālu dizainu, kas atbilst nākotnes prasībām. Abu valstu zinātnieki un inženieri ir rūpīgi izpētījuši aktuālo jautājumu un iesnieguši savu atbildes versiju. Pilnīgi iespējams, ka trīsdesmito gadu beigās lidmašīnas, kas līdzinās pašreizējam eRay, faktiski pacelsies gaisā. Tomēr aviācijas attīstība var notikt citādi, un tāpēc nākamajiem lidmašīnām būs līdzības ar citiem mūsu laika jēdzieniem.
