As aeronaves civis modernas destinadas a transportadoras aéreas comerciais não devem apenas apresentar características de alto desempenho, mas também se distinguir por baixos custos operacionais. Ao criar novas amostras de tais equipamentos, a necessidade de redução de todos os custos básicos é levada em consideração, e novas opções para reduzir o custo de manutenção e voos estão surgindo constantemente. Uma versão interessante do forro, capaz de mostrar eficiência especial, foi proposta este ano pelas organizações da NASA e DLR. Um projeto de conceito promissor é chamado eRay.
A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) dos Estados Unidos e o Centro Alemão de Aeronáutica e Espaço (DLR) fazem contribuições significativas para o desenvolvimento da aviação em todas as categorias principais, incluindo a aviação comercial, que é responsável pelo transporte de pessoas e mercadorias. Os especialistas dessas organizações estão constantemente em busca de novas ideias, apresentando novas propostas e testando-as. No verão deste ano, as duas organizações apresentaram o conceito de uma aeronave promissora, capaz de apresentar características de alto desempenho com indicadores econômicos aumentados.
O novo projeto com o título provisório de eRay estava sendo elaborado com uma reserva para o futuro. Na formulação de seus requisitos, foram consideradas as previsões de desenvolvimento da aviação comercial até 2045. As previsões atuais mostram que, a esta altura, nos países desenvolvidos e em desenvolvimento, o tráfego de passageiros e carga crescerá significativamente. Nesse sentido, será necessário o desenvolvimento da rede de aeródromos e a solução de várias questões organizacionais. Além disso, uma nova tecnologia de aviação com recursos característicos será necessária para dar suporte ao transporte. Em termos de suas características, deve superar as amostras existentes.
NASA e DLR acreditam que as aeronaves comerciais do futuro deverão ser 60% mais econômicas do que as atuais. Deve ser capaz de funcionar em aeródromos pequenos, além de se distinguir pela redução do ruído e facilidade de operação. Em sua pesquisa e relatório sobre ele, os autores do novo projeto usaram a aeronave de produção existente Airbus A321-200 como uma espécie de referência. Um eRay promissor deveria ter parâmetros semelhantes de capacidade e capacidade de carga, mas ao mesmo tempo mostrar vantagens em todas as outras áreas.
O conceito eRay ainda não se destina a um design completo com o subsequente lançamento da produção e operação do equipamento. Nesse sentido, os especialistas das organizações científicas puderam não se limitar e utilizar as ideias mais ousadas que ainda não estão prontas para serem implementadas na prática. Foi a utilização de tais soluções que permitiu resolver as tarefas atribuídas e "criar" uma nova versão da aeronave do futuro.
De acordo com as previsões mais otimistas, a aeronave eRay será 30% mais leve que o A321 de produção. A eficiência da usina foi aumentada em 48%. A eficiência energética geral do conselho aumenta em 64%. Deve-se notar que para obter tais resultados, cientistas e designers tiveram que não apenas apresentar novas ideias, mas também abandonar suas soluções usuais. Como resultado, o forro proposto difere marcadamente dos representantes modernos de sua classe.
O projeto eRay propõe a construção de uma aeronave cantilever de asa baixa com asa varrida. Uma unidade de cauda é fornecida, incluindo apenas um estabilizador com um grande V transversal. Não há quilha. De forma original, devido à necessidade de melhorar a eficiência, o problema de disposição dos elementos da usina foi resolvido. Suas unidades individuais são colocadas em diferentes partes da asa, bem como na cauda da fuselagem.
A fuselagem da aeronave, em geral, lembra as unidades das máquinas existentes. É proposta a construção de uma estrutura totalmente metálica de alto alongamento com formato aerodinâmico. A parte de proa é dada sob a cabine e salas técnicas, atrás das quais existe um grande salão com assentos de passageiros. Um volume para carga é fornecido sob o compartimento de passageiros - em primeiro lugar, para bagagem. A seção da cauda deve acomodar um dos motores da usina.
É proposto encaixar aviões varridos com a fuselagem. A asa obtém um perfil ótimo, e na maior parte de sua superfície não há elementos capazes de atrapalhar o fluxo. Nas bordas dianteira e traseira da asa, a mecanização do tipo tradicional é fornecida. Ao final, os projetistas colocaram um par de motores turbojato by-pass com os equipamentos necessários.
Em vez da empenagem tradicional, o projeto eRay usa um sistema incomum. Na extremidade traseira da fuselagem, um canal anular cônico é instalado para a hélice de impulsão da usina. Nas laterais desse canal, os projetistas colocaram dois planos estabilizadores instalados com um V transversal significativo. Não há quilha. O controle da guinada deve ser realizado alterando o impulso dos motores das asas ou por meio da mecanização das asas.
De acordo com os cálculos da NASA e DLR, três quartos do aumento na eficiência energética só podem ser alcançados por meio da aerodinâmica. Por exemplo, 13% do aumento geral na eficiência é fornecido pelo fluxo laminar ao redor da fuselagem. Trazendo a envergadura para 45 m dá um aumento de outros 6%. Abandonar a quilha encurta a superfície da fuselagem, reduzindo a resistência do ar.
Porém, a tarefa de reduzir o desperdício "extra" de energia não se resolve apenas devido à aerodinâmica. Assim, foi considerada a possibilidade de retirar os vidros laterais do habitáculo. Neste caso, o design da fuselagem é significativamente simplificado, o que leva a seu menor peso e uma redução correspondente nos requisitos para motores. No entanto, tal inovação não é considerada obrigatória, uma vez que os passageiros podem não gostar. É improvável que uma operadora queira obter eficiência energética, mas ficar sem clientes.
O projeto eRay prevê equipar a aeronave com uma usina híbrida. A asa deve ser equipada com motores turbojato que geram empuxo a partir de gases, além de acionar um par de geradores elétricos. A eletricidade através dos conversores necessários deve ser fornecida às baterias, bem como ao motor de cauda. A principal vantagem de tal usina é a capacidade de alterar com flexibilidade os parâmetros gerais de empuxo para obter o consumo ideal de combustível correspondente ao regime de voo atual.
A NASA e o DLR veem um par de turbojatos de desvio como base para a usina de energia do eRay. Produtos com desempenho suficiente e dimensões reduzidas são propostos para serem colocados nas pontas das asas. No âmbito do projeto, foi estudada a aplicação de motores com sistema de trocadores de calor, aquecendo o ar atmosférico de entrada devido aos gases por trás da turbina. Em alguns modos, isso permite reduzir o consumo de combustível em 20%.
Os especialistas das duas organizações analisaram os dispositivos elétricos existentes dos tipos exigidos e tiraram algumas conclusões. Descobriu-se que os geradores, baterias e motores existentes permitem a construção de uma usina para o eRay, mas suas características estarão longe do desejado. Para obter parâmetros ideais, novas tecnologias e soluções são necessárias. Em particular, está sendo considerada a possibilidade de utilizar o efeito da supercondutividade, que pode afetar os parâmetros de um motor elétrico.
As baterias de armazenamento existentes também não permitem a criação de uma aeronave com os parâmetros desejados. As tecnologias do nível de 2010 fornecem uma densidade de energia da ordem de 335 W * h / kg. Em 2040, espera-se que esse parâmetro cresça para 2.500 W * h / kg. No entanto, a curto prazo, é necessário contar com baterias com características mais modestas de cerca de 1500 W * h / kg. De acordo com os cálculos, a usina combinada com motores elétricos e turbojato proporcionará uma duração de vôo de pelo menos 6-7 horas e um alcance de mais de 6.000 km.
O relatório sobre o projeto de conceito eRay fornece números interessantes que mostram o potencial de tal técnica. Os projetistas calcularam os principais indicadores de desempenho de diferentes equipamentos enquanto resolviam o mesmo problema. A aeronave A321, ao realizar um vôo de "referência" na faixa de 4.200 km, deve consumir um total de pouco menos de 84,5 MW de energia. Para fazer isso, ele precisa de 15881 kg de combustível. O avião gasta 2,36 litros de combustível para transportar um passageiro a cada 100 km. Para as promissoras aeronaves eRay, segundo cálculos, o consumo total de energia chega a 39,57 MW - são 5.782 kg de combustível. Para transportar um passageiro por 100 km, você precisa de apenas 0,82 litros de combustível. Assim, nas condições dadas, a máquina promissora acaba sendo 65,3% mais eficiente do que o modelo serial.
Uma das maneiras de melhorar a eficiência energética é usar o espaço no habitáculo com sabedoria. A NASA e o DLR oferecem três opções para o cockpit de linha com diferentes capacidades. Em primeiro lugar, consideramos a cabine da classe econômica, criada com base na cabine A321. Neste caso, as poltronas são instaladas em fileiras de 3 + 3 com corredor central. Nessa configuração, a aeronave transporta 200 pessoas. Na configuração Premium Economy, a capacidade é aumentada para 222 passageiros, para os quais são utilizados diferentes lugares e a distribuição dos volumes disponíveis é otimizada. Uma variante com salões de três classes também foi elaborada. A classe executiva acomoda 8 assentos, enquanto a "econômica" e "econômica" acomodam 87 e 105 passageiros, respectivamente.
Na forma proposta, a aeronave eRay tem comprimento de 43,7 m. A envergadura é de 38 m na configuração básica ou 45 m na avançada, o que confere algum aumento na eficiência energética. O peso da aeronave vazia é determinado em 36,5 toneladas, o peso máximo à decolagem é de 67 toneladas e a carga útil é de cerca de 25 toneladas, sendo 21 toneladas de passageiros e 4 toneladas de bagagem. O desempenho do vôo depende dos elementos da usina usada. Em geral, eles devem estar no nível dos modelos existentes de aviação comercial.
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O conceito eRay, revelado este ano por importantes organizações de pesquisa nos Estados Unidos e na Alemanha, é na verdade outra tentativa de encontrar maneiras de desenvolver ainda mais a aviação de passageiros. Conforme corretamente observado no relatório do projeto, no futuro haverá novos requisitos para a aviação comercial e as transportadoras precisarão de novos modelos de equipamentos com capacidades especiais. A busca por soluções para este problema não para, e o projeto eRay mais uma vez oferece ideias originais de um tipo ou de outro.
No projeto NASA e DLR, os principais objetivos eram aumentar a eficiência energética e melhorar a aerodinâmica, o que deve afetar positivamente a eficiência geral da aeronave. Para obter tais características, um projeto especial de fuselagem é proposto, combinando soluções novas e bem dominadas, bem como uma usina híbrida incomum baseada em componentes diferentes. Os cálculos mostram que o consumo ideal de energia do combustível em combinação com a aerodinâmica aprimorada deve aumentar o desempenho de vôo e econômico do equipamento.
No entanto, até agora todos esses resultados permanecem “no papel”. O conceito de revestimento eRay, como outros desenvolvimentos desse tipo, tem uma falha séria e seus autores estão bem cientes disso. No presente e no futuro próximo, os designers não serão capazes de perceber todas as vantagens do conceito proposto. O cumprimento das metas estabelecidas é dificultado pela falta de tecnologias necessárias. Assim, a ideia de um motor turbojato com trocadores de calor e saída de potência para um gerador precisa de mais elaboração e testes práticos. Baterias com as características desejadas ainda não estão disponíveis, e a aparência aerodinâmica característica da aeronave deve confirmar suas capacidades no curso de vários estudos.
O desenvolvimento da tecnologia necessária para construir uma aeronave eRay real é caro e demorado. Os autores do projeto estão bem cientes disso e, portanto, estão considerando uma aeronave promissora no contexto do desenvolvimento da aviação nas próximas décadas - até 2040-45. Eles acreditam que nessa altura a ciência irá criar os componentes necessários e conduzir todas as pesquisas necessárias, o que permitirá a implementação de novos conceitos: seja eRay ou outros projetos.
O projeto conceito NASA / DLR eRay - devido ao seu propósito específico - não pode ser considerado um sucesso ou um fracasso. Seu objetivo era determinar os caminhos para o desenvolvimento da aviação comercial civil e encontrar o projeto ideal que atenda às exigências do futuro. Cientistas e engenheiros dos dois países estudaram cuidadosamente a questão atual e apresentaram sua própria versão da resposta. É bem possível que no final dos anos 30 aeronaves semelhantes ao eRay atual realmente decolem. No entanto, o desenvolvimento da aviação pode seguir outros caminhos e, portanto, os futuros aviões de passageiros terão semelhanças com outros conceitos de nosso tempo.
