Ticari hava taşıyıcılarına yönelik modern sivil uçaklar, yalnızca yüksek performans özellikleri göstermemeli, aynı zamanda düşük işletme maliyetleri ile ayırt edilmelidir. Bu tür ekipmanların yeni örneklerini oluştururken, tüm temel maliyetleri düşürme ihtiyacı dikkate alınır ve bakım ve uçuş maliyetlerini azaltmak için sürekli olarak yeni seçenekler ortaya çıkar. Özel verimlilik gösterebilen astarın ilginç bir versiyonu bu yıl NASA ve DLR kuruluşları tarafından önerildi. Gelecek vaat eden bir konsept projeye eRay denir.
ABD Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR), insan ve mal taşımacılığından sorumlu olan ticari havacılık da dahil olmak üzere tüm ana kategorilerde havacılığın gelişimine önemli katkılarda bulunuyor. Bu organizasyonların uzmanları sürekli olarak yeni fikirler aramakta, yeni öneriler getirmekte ve bunları test etmektedir. Bu yılın yazında, iki kuruluş, artan ekonomik göstergelerle yüksek performans özellikleri gösterebilen gelecek vaat eden bir uçak konseptini sundu.
Geçici adı eRay olan yeni proje, gelecek için bir yedekle çalışılıyordu. Bunun gerekliliklerini formüle ederken, 2045 yılına kadar ticari havacılığın gelişimine ilişkin tahminler dikkate alındı. Mevcut tahminler, bu zamana kadar gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde yolcu ve yük trafiğinin önemli ölçüde artacağını gösteriyor. Bu bağlamda, havaalanı ağının geliştirilmesi ve çeşitli organizasyonel sorunların çözümü gerekecektir. Ek olarak, taşımacılığı desteklemek için karakteristik yeteneklere sahip yeni havacılık teknolojisi gerekli olacaktır. Özellikleri açısından mevcut örnekleri geride bırakmalıdır.
NASA ve DLR, geleceğin ticari uçaklarının mevcut uçaklardan %60 daha ekonomik olması gerektiğine inanıyor. Küçük hava alanlarında çalışabilmeli, ayrıca azaltılmış gürültü ve kullanım kolaylığı ile ayırt edilmelidir. Yeni projenin yazarları, araştırmalarında ve raporlarında mevcut üretim uçağı Airbus A321-200'ü bir tür referans olarak kullandılar. Gelecek vaat eden bir eRay'in benzer kapasite ve taşıma kapasitesi parametrelerine sahip olması gerekiyordu, ancak aynı zamanda diğer tüm alanlarda avantajlar gösteriyordu.
eRay konsepti, daha sonra ekipmanın üretimi ve çalıştırılmasıyla birlikte tam teşekküllü bir tasarım için tasarlanmamıştır. Bu bağlamda, bilimsel kuruluşların uzmanları kendilerini sınırlamadılar ve henüz uygulamaya hazır olmayan en cesur fikirleri pratikte kullanabildiler. Atanan görevleri çözmeyi ve geleceğin uçağının yeni bir versiyonunu "yaratmayı" mümkün kılan bu tür çözümlerin kullanılmasıydı.
En iyimser tahminlere göre eRay uçağı, A321 üretimine göre %30 daha hafif olacak. Santralin verimliliği %48 artırılmıştır. Panonun genel enerji verimliliği %64 oranında artar. Bu tür sonuçları elde etmek için bilim adamlarının ve tasarımcıların yalnızca yeni fikirler ortaya koymakla kalmayıp aynı zamanda olağan çözümlerini de terk etmeleri gerektiği belirtilmelidir. Sonuç olarak, önerilen astar, sınıfının modern temsilcilerinden önemli ölçüde farklıdır.
eRay projesi, süpürülmüş kanatlı konsol alçak kanatlı bir uçağın yapımını önermektedir. Sadece büyük bir enine V'ye sahip bir dengeleyici dahil olmak üzere bir kuyruk ünitesi sağlanmıştır. Omurga yoktur. Özgün bir şekilde, verimliliği artırma ihtiyacı nedeniyle, santralin elemanlarını düzenleme sorunu çözüldü. Bireysel birimleri, kanadın farklı kısımlarına ve ayrıca gövdenin kuyruğuna yerleştirilmiştir.
Uçağın gövdesi genel olarak mevcut makinelerin birimlerine benziyor. Aerodinamik şekle sahip, yüksek uzama özelliğine sahip tamamen metal bir yapının inşası önerilmiştir. Pruva kısmı, kokpit ve teknik odaların altında yer almakta olup, arkasında yolcu koltuklarının bulunduğu büyük bir salon bulunmaktadır. Yolcu bölmesinin altında kargo için bir hacim sağlanır - her şeyden önce bagaj için. Kuyruk bölümü, elektrik santrali motorlarından birini barındırmalıdır.
Süpürülmüş uçakların gövde ile kenetlenmesi önerilmektedir. Kanat optimal bir profil elde eder ve yüzeyinin çoğunda akışı bozabilecek hiçbir unsur yoktur. Kanadın ön ve arka kenarlarında geleneksel tipin mekanizasyonu sağlanmıştır. Uçlara, tasarımcılar gerekli donanıma sahip bir çift by-pass turbojet motoru yerleştirdi.
eRay projesinde geleneksel kuyruk yerine alışılmadık bir sistem kullanılıyor. Gövdenin kuyruk ucunda, santralin itici pervanesi için konik halka şeklinde bir kanal yerleştirilmiştir. Bu kanalın yanlarına, tasarımcılar, önemli bir enine V ile kurulmuş iki stabilizatör düzlemi yerleştirdiler. Omurga yok. Sapma kontrolü, kanat motorlarının itiş gücü değiştirilerek veya kanat mekanizasyonu ile yapılmalıdır.
NASA ve DLR hesaplamalarına göre enerji verimliliğindeki artışın dörtte üçü ancak aerodinamik ile sağlanabiliyor. Örneğin, verimlilikteki toplam artışın %13'ü, gövde etrafındaki laminer akışla sağlanır. Kanat açıklığını 45 m'ye getirmek, %6'lık bir artış daha sağlıyor. Omurgayı terk etmek, gövde yüzeyini kısaltarak hava direncini azaltır.
Bununla birlikte, "ekstra" enerji israfını azaltma görevi, yalnızca aerodinamik nedeniyle çözülmez. Bu nedenle, yolcu bölmesinin yan camlarının sökülmesi olasılığı düşünüldü. Bu durumda, gövdenin tasarımı önemli ölçüde basitleştirilmiştir, bu da daha hafif olmasına ve motor gereksinimlerinde buna karşılık gelen bir azalmaya yol açar. Ancak böyle bir yenilik, yolcuların hoşuna gitmeyebileceğinden zorunlu olarak kabul edilmez. Bir taşıyıcının enerji verimliliği elde etmek istemesi, ancak müşterisiz kalması olası değildir.
eRay projesi, uçağın hibrit bir enerji santrali ile donatılmasını öngörüyor. Kanat, gazlardan itme üreten ve bir çift elektrik jeneratörü çalıştıran turbojet motorlarla donatılmalıdır. Gerekli dönüştürücüler aracılığıyla akülere ve kuyruk motoruna elektrik sağlanmalıdır. Böyle bir elektrik santralinin ana avantajı, mevcut uçuş rejimine karşılık gelen optimum yakıt tüketimini elde etmek için genel itme parametrelerini esnek bir şekilde değiştirme yeteneğidir.
NASA ve DLR, eRay için enerji santralinin temeli olarak bir çift baypas turbojeti görüyor. Yeterli performansa sahip ve boyutları küçültülmüş ürünlerin kanat uçlarına yerleştirilmesi önerilmektedir. Proje kapsamında türbinin arkasında bulunan gazlar sayesinde gelen atmosferik havayı ısıtan ısı eşanjörlü motorların uygulaması incelenmiştir. Bazı modlarda bu, yakıt tüketimini %20 oranında azaltmanıza olanak tanır.
İki kuruluştan uzmanlar, gerekli türlerdeki mevcut elektrikli cihazları gözden geçirdi ve belirli sonuçlar çıkardı. Mevcut jeneratörlerin, pillerin ve motorların eRay için bir elektrik santrali kurulmasına izin verdiği ortaya çıktı, ancak özellikleri arzu edilenden uzak olacak. Optimum parametreleri elde etmek için yeni teknolojiler ve çözümler gereklidir. Özellikle, bir elektrik motorunun parametrelerini etkileyebilecek olan süperiletkenlik etkisinin kullanılması olasılığı değerlendirilmektedir.
Mevcut akümülatörler de istenilen parametrelerde bir hava aracı oluşturulmasına izin vermemektedir. 2010 seviyesindeki teknolojiler, 335 W * h / kg mertebesinde bir enerji yoğunluğu sağlar. 2040 yılına kadar bu parametrenin 2500 W * h / kg'a çıkması bekleniyor. Bununla birlikte, kısa vadede, yaklaşık 1500 W * h / kg'lık daha mütevazı özelliklere sahip pillere güvenmek gerekir. Hesaplamalara göre elektrikli ve turbojet motorlu kombine santral, en az 6-7 saat uçuş süresi ve 6.000 km'den fazla menzil sağlayacak.
eRay konsept projesine ilişkin rapor, böyle bir tekniğin potansiyelini gösteren ilginç rakamlar sunuyor. Tasarımcılar aynı problemi çözerken farklı ekipmanların ana performans göstergelerini hesapladılar. A321 uçağı, 4.200 km menzilde bir "referans" uçuş gerçekleştirirken toplamda 84,5 MW'ın biraz altında enerji tüketmelidir. Bunu yapmak için 15881 kg yakıta ihtiyacı var. Uçak, 100 km'de bir yolcuyu taşımak için 2.36 litre yakıt harcıyor. Gelecek vaat eden eRay uçağı için, hesaplamalara göre toplam enerji tüketimi 39,57 MW'a ulaşıyor - bu 5782 kg yakıt. 100 km'de bir yolcu taşımak için sadece 0,82 litre yakıta ihtiyacınız var. Böylece, verilen koşullar altında gelecek vaat eden makine, seri modelden %65,3 daha verimli çıkıyor.
Enerji verimliliğini artırmanın yollarından biri, yolcu bölmesindeki alanı akıllıca kullanmaktır. NASA ve DLR, farklı kapasitelere sahip liner kokpit için üç seçenek sunuyor. Her şeyden önce, A321 kabini temelinde oluşturulan ekonomi sınıfı kabini ele alıyoruz. Bu durumda koltuklar, orta koridorlu 3 + 3 sıralarına monte edilir. Bu konfigürasyonda, uçak 200 kişi taşıyor. Premium Ekonomi konfigürasyonunda koltuk kapasitesi 222 yolcuya çıkarılmış, farklı koltuklar kullanılmış ve mevcut hacimlerin dağılımı optimize edilmiştir. Üç sınıf salonlu bir varyant da çalışıldı. Business sınıfı 8 koltuk, "ekonomi" ve "ekonomi-ince" sırasıyla 87 ve 105 yolcu kapasitelidir.
Önerilen formda, eRay uçağı 43, 7 m uzunluğa sahiptir, kanat açıklığı temel konfigürasyonda 38 m veya gelişmiş olanda 45 m'dir, bu da enerji verimliliğinde bir miktar artış sağlar. Boş uçağın ağırlığı 36,5 ton olarak belirlendi. Maksimum kalkış ağırlığı 67 ton, faydalı yük ise 21 ton yolcu ve 4 ton bagaj olmak üzere yaklaşık 25 ton. Uçuş performansı kullanılan santralin elemanlarına bağlıdır. Genel olarak, mevcut ticari havacılık modelleri düzeyinde olmalıdırlar.
***
Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya'daki önde gelen araştırma kuruluşları tarafından bu yıl açıklanan eRay konsepti, aslında yolcu havacılığını daha da geliştirmenin yollarını bulmaya yönelik başka bir girişimdir. Proje raporunda haklı olarak belirtildiği gibi, gelecekte ticari havacılık için yeni gereksinimler olacak ve taşıyıcıların özel yeteneklere sahip yeni ekipman modellerine ihtiyacı olacak. Bu soruna çözüm arayışı durmuyor ve eRay projesi bir kez daha şu veya bu türden orijinal fikirler sunuyor.
NASA ve DLR projesinde ana hedefler, enerji verimliliğini artırmak ve uçağın genel verimliliğini olumlu yönde etkilemesi gereken aerodinamiği iyileştirmekti. Bu tür özellikleri elde etmek için, iyi öğrenilmiş ve yeni çözümleri bir araya getiren özel bir uçak gövdesi tasarımı ve ayrıca farklı bileşenlere dayalı sıra dışı bir hibrit enerji santrali önerilmiştir. Hesaplamalar, geliştirilmiş aerodinamik ile birlikte optimum yakıt enerjisi tüketiminin, ekipmanın hem uçuşunu hem de ekonomik performansını artırması gerektiğini göstermektedir.
Ancak, şimdiye kadar tüm bu sonuçlar “kağıt üzerinde” kaldı. eRay liner konsepti, kendi türündeki diğer gelişmeler gibi ciddi bir kusura sahiptir ve yazarları bunun çok iyi farkındadır. Şu anda ve yakın gelecekte, tasarımcılar önerilen konseptin tüm avantajlarını gerçekleştiremeyeceklerdir. Belirlenen hedeflere ulaşılması, gerekli teknolojilerin olmaması nedeniyle engellenmektedir. Bu nedenle, ısı eşanjörlü ve bir jeneratöre güç çıkışı olan bir turbojet motor fikri, daha fazla ayrıntılandırma ve pratik test gerektirir. İstenen özelliklere sahip piller henüz mevcut değildir ve uçağın karakteristik aerodinamik görünümü, çeşitli çalışmalar sırasında yeteneklerini doğrulamalıdır.
Gerçek bir eRay uçağı inşa etmek için gereken teknolojinin geliştirilmesi maliyetli ve zaman alıcıdır. Projenin yazarları bunun farkındalar ve bu nedenle önümüzdeki on yıllarda - 2040-45'e kadar - havacılık gelişimi bağlamında gelecek vaat eden bir uçak düşünüyorlar. Bu zamana kadar bilimin gerekli bileşenleri oluşturacağına ve yeni kavramların uygulanmasına izin verecek gerekli tüm araştırmaları yürüteceğine inanıyorlar: eRay veya diğer projeler.
NASA / DLR eRay konsept projesi - özel amacı nedeniyle - bir başarı veya başarısızlık olarak kabul edilemez. Amacı, sivil ticari havacılığın gelişim yollarını belirlemek ve geleceğin gereksinimlerini karşılayan en uygun tasarımı bulmaktı. İki ülkenin bilim adamları ve mühendisleri, mevcut soruyu dikkatlice incelediler ve cevabın kendi versiyonlarını sundular. Otuzlu yılların sonlarında, mevcut eRay'e benzer uçakların gerçekten havalanması oldukça olasıdır. Ancak havacılığın gelişimi başka yönlere gidebilir ve bu nedenle geleceğin uçakları zamanımızın diğer kavramlarıyla benzerliklere sahip olacaktır.
