هواپیماهای مدنی مدرن که برای حمل و نقل هوایی تجاری در نظر گرفته شده اند نه تنها باید ویژگی های عملکردی بالایی از خود نشان دهند ، بلکه با هزینه های عملیاتی پایین نیز متمایز می شوند. هنگام ایجاد نمونه های جدید از چنین تجهیزات ، نیاز به کاهش تمام هزینه های اساسی در نظر گرفته می شود و گزینه های جدیدی برای کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و پروازها به طور مداوم در حال ظهور است. نسخه جالبی از خطوط ، که می تواند کارآیی خاصی را نشان دهد ، امسال توسط سازمان های ناسا و DLR پیشنهاد شد. یک پروژه مفهومی امیدوار کننده eRay نامیده می شود.
اداره ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده (ناسا) و مرکز هوانوردی و فضایی آلمان (DLR) سهم بسزایی در توسعه حمل و نقل هوایی در همه رده های اصلی از جمله حمل و نقل هوایی تجاری دارند که وظیفه حمل و نقل مردم و کالا را بر عهده دارد. متخصصان این سازمان ها دائما در جستجوی ایده های جدید هستند ، پیشنهادات جدیدی ارائه می دهند و آنها را آزمایش می کنند. در تابستان امسال ، دو سازمان مفهوم یک هواپیمای امیدوار کننده را ارائه کردند که می تواند ویژگی های عملکرد بالا را با افزایش شاخص های اقتصادی نشان دهد.
پروژه جدید با عنوان آزمایشی eRay با ذخیره ای برای آینده در حال توسعه بود. هنگام تنظیم الزامات آن ، پیش بینی های مربوط به توسعه حمل و نقل هوایی تجاری تا سال 2045 در نظر گرفته شد. پیش بینی های فعلی نشان می دهد که در این زمان در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه ، تردد مسافران و بارها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در این راستا ، توسعه شبکه فرودگاه و حل مسائل مختلف سازمانی مورد نیاز خواهد بود. علاوه بر این ، فناوری جدید هوانوردی با قابلیت های مشخص برای پشتیبانی از حمل و نقل مورد نیاز است. از نظر ویژگی های آن ، باید از نمونه های موجود پیشی بگیرد.
ناسا و DLR معتقدند هواپیماهای تجاری آینده باید 60 درصد از هواپیماهای فعلی مقرون به صرفه تر باشند. باید بتواند در فرودگاه های کوچک کار کند و همچنین با کاهش سر و صدا و سهولت کار متمایز شود. در تحقیق و گزارش خود در مورد آن ، نویسندگان پروژه جدید از هواپیماهای تولیدی موجود ایرباس A321-200 به عنوان یک مرجع استفاده کردند. یک eRay امیدوار کننده باید دارای پارامترهای مشابه ظرفیت و ظرفیت حمل بود ، اما در عین حال مزایایی را در سایر زمینه ها نشان می داد.
مفهوم eRay هنوز برای طراحی کامل با راه اندازی بعدی تولید و بهره برداری از تجهیزات در نظر گرفته نشده است. در این راستا ، متخصصان سازمان های علمی توانستند خود را محدود نکنند و از جسورانه ترین ایده هایی که هنوز برای اجرا در عمل آماده نیستند استفاده کنند. استفاده از چنین راه حل هایی بود که امکان حل وظایف محوله و "ایجاد" نسخه جدیدی از هواپیماهای آینده را فراهم کرد.
طبق خوشبینانه ترین پیش بینی ها ، هواپیمای eRay 30 درصد سبک تر از A321 تولیدی خواهد بود. بازده نیروگاه 48 درصد افزایش می یابد. بهره وری کلی انرژی هیئت مدیره 64 درصد افزایش می یابد. لازم به ذکر است که برای به دست آوردن چنین نتایجی ، دانشمندان و طراحان مجبور بودند نه تنها ایده های جدید را معرفی کنند ، بلکه راه حل های معمول خود را نیز کنار بگذارند. در نتیجه ، آستر پیشنهادی تفاوت قابل توجهی با نمایندگان مدرن کلاس خود دارد.
پروژه eRay ساخت یک هواپیمای طناب دار با بال پایین با بال کشیده را پیشنهاد می کند.یک واحد دم ارائه شده است ، فقط شامل یک تثبیت کننده با V. عرضی بزرگ است. به صورت اصلی ، به دلیل نیاز به بهبود کارایی ، مشکل چیدمان عناصر نیروگاه حل شد. واحدهای جداگانه آن در قسمتهای مختلف بال و همچنین در دم بدنه قرار گرفته است.
بدنه هواپیما به طور کلی شبیه واحدهای ماشین های موجود است. ساخت یک سازه تمام فلزی با کشیدگی زیاد با شکل آیرودینامیکی پیشنهاد شده است. قسمت کمان در زیر کابین خلبان و اتاق های فنی قرار داده شده است ، در پشت آن یک سالن بزرگ با صندلی های مسافر وجود دارد. حجم بار در زیر محفظه مسافر - اول از همه ، برای چمدان ارائه می شود. قسمت دم باید یکی از موتورهای نیروگاه را در خود جای دهد.
پیشنهاد می شود هواپیماها را با بدنه هواپیما جابجا کنند. بال دارای مشخصات بهینه است و در بیشتر سطح آن هیچ عنصری وجود ندارد که بتواند جریان را مختل کند. در لبه های جلو و عقب بال ، مکانیزه نوع سنتی ارائه شده است. در انتها ، طراحان یک جفت موتور توربوجت بای بای با تجهیزات لازم را قرار دادند.
به جای معرفی سنتی ، پروژه eRay از یک سیستم غیر معمول استفاده می کند. در انتهای دم بدنه ، یک کانال حلقوی مخروطی شکل برای پروانه فشار نیروگاه نصب شده است. در کناره های این کانال ، طراحان دو هواپیمای تثبیت کننده را نصب کرده اند که با یک عرض عرضی قابل توجه V. نصب شده است. کنترل خم باید با تغییر رانش موتورهای بال یا با استفاده از مکانیزاسیون بال انجام شود.
طبق محاسبات ناسا و DLR ، سه چهارم افزایش بهره وری انرژی تنها از طریق آیرودینامیک قابل دستیابی است. به عنوان مثال ، 13 of از افزایش کلی بهره وری توسط جریان آرام در اطراف بدنه تأمین می شود. افزایش طول بال تا 45 متر ، 6 درصد دیگر افزایش می یابد. رها کردن کیل باعث کوتاه شدن سطح چارچوب هوا و کاهش مقاومت هوا می شود.
با این حال ، وظیفه کاهش اتلاف انرژی "اضافی" نه تنها به دلیل آیرودینامیک حل می شود. بنابراین ، امکان برداشتن شیشه های جانبی قسمت مسافر در نظر گرفته شد. در این مورد ، طراحی بدنه به طور قابل توجهی ساده شده است ، که منجر به وزن سبک تر و کاهش الزامات مربوط به موتورها می شود. با این حال ، چنین نوآوری اجباری تلقی نمی شود ، زیرا مسافران ممکن است آن را دوست نداشته باشند. بعید است که یک حامل بخواهد بهره وری انرژی را دریافت کند ، اما بدون مشتری بماند.
در پروژه eRay تجهیز هواپیما به نیروگاه ترکیبی پیش بینی شده است. بال باید مجهز به موتورهای توربوجت باشد که از گازها نیروی محرک تولید می کند و همچنین یک جفت ژنراتور برقی را هدایت می کند. برق از طریق مبدل های لازم باید به باتری ها و همچنین موتور دم تامین شود. مزیت اصلی چنین نیروگاهی این است که می توان پارامترهای کلی رانش را به صورت انعطاف پذیر تغییر داد تا مصرف سوخت مطلوب مربوط به رژیم پرواز فعلی را بدست آورد.
ناسا و DLR یک جفت توربوجت بای پس را اساس نیروگاه eRay می دانند. پیشنهاد می شود محصولاتی با عملکرد کافی و ابعاد کاهش یافته در نوک بال قرار گیرند. در چارچوب پروژه ، کاربرد موتورهای دارای سیستم مبدل های حرارتی ، گرمایش هوای ورودی جو به دلیل گازهای پشت توربین ، مورد مطالعه قرار گرفت. در برخی از حالت ها ، این به شما امکان می دهد مصرف سوخت را 20 reduce کاهش دهید.
کارشناسان دو سازمان دستگاه های الکتریکی موجود در انواع مورد نیاز را بررسی کرده و نتیجه گیری خاصی کردند. مشخص شد که ژنراتورها ، باتری ها و موتورهای موجود امکان ساخت نیروگاه برای eRay را می دهند ، اما ویژگی های آن از خواسته ها دور خواهد بود. برای به دست آوردن پارامترهای بهینه ، فناوری ها و راه حل های جدید مورد نیاز است.به طور خاص ، امکان استفاده از اثر ابررسانایی ، که می تواند بر پارامترهای یک موتور الکتریکی تأثیر بگذارد ، در حال بررسی است.
باتری های ذخیره سازی موجود نیز اجازه ایجاد هواپیما با پارامترهای مورد نظر را نمی دهند. تكنولوژي هاي سطح 2010 چگالي انرژي 335 W * h / kg را ارائه مي دهند. انتظار می رود تا سال 2040 این پارامتر به 2500 وات * ساعت بر کیلوگرم برسد. با این حال ، در کوتاه مدت ، باید به باتری هایی با ویژگی های متوسط حدود 1500 W * h / kg تکیه کرد. بر اساس محاسبات ، نیروگاه ترکیبی با موتورهای برقی و توربوجت پرواز حداقل 6-7 ساعت و برد بیش از 6000 کیلومتر را فراهم می کند.
گزارش پروژه مفهومی eRay ارقام جالبی را نشان می دهد که پتانسیل چنین تکنیکی را نشان می دهد. طراحان ضمن حل یک مشکل ، شاخص های اصلی عملکرد تجهیزات مختلف را محاسبه کردند. هواپیمای A321 ، هنگام انجام پرواز "مرجع" در برد 4200 کیلومتری ، باید در مجموع کمی کمتر از 84.5 مگاوات انرژی مصرف کند. برای انجام این کار ، او به 15881 کیلوگرم سوخت نیاز دارد. این هواپیما برای جابجایی یک مسافر در هر 100 کیلومتر 2.36 لیتر سوخت مصرف می کند. برای هواپیماهای امیدوار کننده eRay ، طبق محاسبات ، کل مصرف انرژی به 39.57 مگاوات می رسد - این 5782 کیلوگرم سوخت است. برای جابجایی مسافر در هر 100 کیلومتر ، فقط 0.82 لیتر سوخت نیاز دارید. بنابراین ، تحت شرایط داده شده ، ماشین امیدوار کننده 65.3 efficient کارآمدتر از مدل سریال است.
یکی از راه های بهبود بهره وری انرژی استفاده عاقلانه از فضای داخل سرنشین است. ناسا و DLR سه گزینه برای کابین خلبان با ظرفیت های مختلف ارائه می دهند. اول از همه ، ما کابین کلاس اقتصادی را در نظر می گیریم که بر اساس کابین A321 ایجاد شده است. در این حالت ، صندلی ها در ردیف های 3 + 3 با راهرو مرکزی نصب می شوند. در این پیکربندی ، هواپیما 200 نفر را حمل می کند. در پیکربندی Premium Economy ، ظرفیت صندلی ها به 222 مسافر افزایش می یابد ، که برای آنها از صندلی های مختلف استفاده شده و توزیع حجم های موجود بهینه شده است. یک نوع با سالن های سه کلاس نیز تهیه شده است. کلاس تجاری 8 صندلی دارد ، در حالی که "اکونومی" و "باریک اقتصادی" به ترتیب 87 و 105 مسافر را در خود جای می دهند.
در شکل پیشنهادی ، هواپیمای eRay دارای طول 43 ، 7 متر است. طول بال در پیکربندی اولیه 38 متر یا در پیشرفته 45 متر است ، که باعث افزایش کارایی انرژی می شود. وزن هواپیمای خالی 36.5 تن تعیین می شود.حداکثر وزن برخاست 67 تن است.بار بار حدود 25 تن شامل 21 تن مسافر و 4 تن چمدان است. عملکرد پرواز بستگی به عناصر نیروگاه مورد استفاده دارد. به طور کلی ، آنها باید در سطح مدلهای موجود هوانوردی تجاری باشند.
***
مفهوم eRay که امسال توسط سازمان های تحقیقاتی برجسته در ایالات متحده و آلمان رونمایی شد ، در واقع تلاشی دیگر برای یافتن راه هایی برای توسعه بیشتر هوانوردی مسافری است. همانطور که در گزارش پروژه به درستی ذکر شده است ، در آینده الزامات جدیدی برای هوانوردی تجاری وجود خواهد داشت و حاملان به مدلهای جدیدی از تجهیزات با قابلیتهای خاص نیاز خواهند داشت. جستجوی راه حل هایی برای این مشکل متوقف نمی شود و پروژه eRay بار دیگر ایده های اصلی را از این نوع ارائه می دهد.
در پروژه ناسا و DLR ، اهداف اصلی افزایش بهره وری انرژی و بهبود آیرودینامیک بود ، که باید بر کارایی کلی هواپیما تأثیر مثبت بگذارد. برای به دست آوردن چنین ویژگی هایی ، طراحی ویژه ای برای چارچوب هوا ارائه شده است که شامل راه حل های خوب و جدید و همچنین یک نیروگاه ترکیبی غیر معمول بر اساس اجزای غیر مشابه است. محاسبات نشان می دهد که مصرف بهینه انرژی سوخت در ترکیب با بهبود آیرودینامیک باید هم عملکرد پرواز و هم تجهیزات اقتصادی را افزایش دهد.
با این حال ، تا کنون همه این نتایج "روی کاغذ" باقی مانده است. مفهوم خطوط eRay ، مانند سایر پیشرفتهای در نوع خود ، دارای نقص جدی است و نویسندگان آن به خوبی از این امر آگاه هستند.در حال حاضر و در آینده نزدیک ، طراحان نمی توانند به تمام مزایای مفهوم پیشنهادی پی ببرند. دستیابی به اهداف تعیین شده با فقدان فن آوری های لازم مختل می شود. بنابراین ، ایده موتور توربوجت با مبدل های حرارتی و توان خروجی به ژنراتور نیاز به توضیحات بیشتر و آزمایش عملی دارد. باتری های با مشخصات مورد نظر هنوز در دسترس نیستند و ظاهر آیرودینامیکی مشخصه هواپیما باید قابلیت های آن را در طول مطالعات مختلف تأیید کند.
توسعه فناوری مورد نیاز برای ساخت یک هواپیمای eRay واقعی پرهزینه و زمان بر است. نویسندگان پروژه به خوبی از این امر آگاه هستند و بنابراین آنها در حال بررسی یک هواپیمای امیدوار کننده در زمینه توسعه حمل و نقل هوایی در دهه های آینده - تا 2040-45 هستند. آنها معتقدند که در این زمان علم اجزای لازم را ایجاد کرده و تمام تحقیقات مورد نیاز را انجام می دهد ، که امکان پیاده سازی مفاهیم جدید را فراهم می کند: eRay یا پروژه های دیگر.
پروژه مفهومی NASA / DLR eRay - به دلیل هدف خاص آن - نمی تواند موفقیت آمیز یا شکست خورده تلقی شود. هدف آن تعیین مسیرهای توسعه هوانوردی تجاری غیرنظامی و یافتن طرح بهینه ای بود که نیازهای آینده را برآورده کند. دانشمندان و مهندسان دو کشور س carefullyال فعلی را با دقت مطالعه کرده و نسخه خود را از پاسخ ارائه کرده اند. کاملاً محتمل است که در اواخر دهه سی ، هواپیماهای مشابه eRay فعلی در واقع بلند شوند. با این حال ، توسعه حمل و نقل هوایی می تواند راه های دیگری نیز داشته باشد ، و بنابراین هواپیماهای مسافربری آینده شباهت هایی با سایر مفاهیم زمان ما خواهند داشت.
