يجب ألا تُظهر الطائرات المدنية الحديثة المخصصة لشركات النقل الجوي التجارية خصائص أداء عالية فحسب ، بل يجب أن تتميز أيضًا بتكاليف تشغيل منخفضة. عند إنشاء عينات جديدة من هذه المعدات ، يتم أخذ الحاجة إلى تقليل جميع التكاليف الأساسية في الاعتبار ، وتظهر باستمرار خيارات جديدة لتقليل تكلفة الصيانة والرحلات الجوية. تم اقتراح نسخة مثيرة للاهتمام من الخطوط الملاحية المنتظمة ، قادرة على إظهار كفاءة خاصة ، هذا العام من قبل منظمات ناسا و DLR. مشروع مفهوم واعد يسمى eRay.
تقدم الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (ناسا) والمركز الألماني للملاحة الجوية والفضاء (DLR) مساهمات كبيرة في تطوير الطيران في جميع الفئات الرئيسية ، بما في ذلك الطيران التجاري ، المسؤول عن نقل الأشخاص والبضائع. يبحث المتخصصون في هذه المنظمات باستمرار عن أفكار جديدة ، ويخرجون بمقترحات جديدة ويختبرونها. طرحت المؤسستان في صيف هذا العام مفهوم طائرة واعدة قادرة على إظهار خصائص أداء عالية مع زيادة المؤشرات الاقتصادية.
المشروع الجديد الذي يحمل العنوان المؤقت eRay كان قيد الإعداد مع احتياطي للمستقبل. عند صياغة المتطلبات الخاصة به ، تم أخذ التوقعات المتعلقة بتطوير الطيران التجاري حتى عام 2045 في الاعتبار. تظهر التوقعات الحالية أنه بحلول هذا الوقت في البلدان المتقدمة والنامية ، ستنمو حركة الركاب والبضائع بشكل كبير. في هذا الصدد ، سيكون من الضروري تطوير شبكة المطارات وحل مختلف القضايا التنظيمية. بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى تكنولوجيا طيران جديدة ذات قدرات مميزة لدعم النقل. من حيث خصائصه ، يجب أن يتجاوز العينات الموجودة.
تعتقد ناسا و DLR أن الطائرات التجارية المستقبلية يجب أن تكون اقتصادية بنسبة 60٪ أكثر من الطائرات الحالية. يجب أن تكون قادرة على العمل في المطارات الصغيرة ، وكذلك تتميز بتقليل الضوضاء وسهولة التشغيل. في بحثهم وتقريرهم ، استخدم مؤلفو المشروع الجديد طائرة الإنتاج الحالية Airbus A321-200 كنوع من المرجع. كان من المفترض أن يكون للشبكة الإلكترونية الواعدة نفس معايير السعة والقدرة الاستيعابية ، ولكن في نفس الوقت تظهر مزايا في جميع المجالات الأخرى.
لم يتم تصميم مفهوم eRay بعد لتصميم كامل مع الإطلاق اللاحق لإنتاج وتشغيل المعدات. في هذا الصدد ، تمكن المختصون في المنظمات العلمية من عدم تقييد أنفسهم واستخدام الأفكار الأكثر جرأة التي ليست جاهزة بعد للتنفيذ العملي. لقد كان استخدام مثل هذه الحلول هو الذي جعل من الممكن حل المهام المعينة و "إنشاء" نسخة جديدة من طائرات المستقبل.
وفقًا للتوقعات الأكثر تفاؤلاً ، ستكون طائرة eRay أخف بنسبة 30٪ من طائرة A321 المنتجة. زيادة كفاءة محطة توليد الكهرباء بنسبة 48٪. ارتفعت كفاءة الطاقة الإجمالية للمجلس بنسبة 64٪. تجدر الإشارة إلى أنه من أجل الحصول على مثل هذه النتائج ، كان على العلماء والمصممين ليس فقط تقديم أفكار جديدة ، ولكن أيضًا التخلي عن حلولهم المعتادة. نتيجة لذلك ، تختلف الخطوط الملاحية المنتظمة بشكل ملحوظ عن الممثلين المعاصرين لفئتها.
يقترح مشروع eRay بناء طائرة ذات جناح منخفض ناتئ بجناح مائل.يتم توفير وحدة الذيل ، بما في ذلك فقط مثبت مع عرضي كبير V. لا يوجد عارضة. بالطريقة الأصلية ، نظرًا للحاجة إلى تحسين الكفاءة ، تم حل مشكلة ترتيب عناصر محطة الطاقة. يتم وضع وحداته الفردية في أجزاء مختلفة من الجناح ، وكذلك في ذيل جسم الطائرة.
يشبه جسم الطائرة بشكل عام وحدات الآلات الموجودة. يُقترح إنشاء هيكل معدني بالكامل ذي استطالة عالية مع شكل ديناميكي هوائي. يتم إعطاء الجزء القوسي أسفل قمرة القيادة والغرف الفنية ، ويوجد خلفها صالون كبير به مقاعد للركاب. يتم توفير حجم للبضائع تحت مقصورة الركاب - أولاً وقبل كل شيء ، للأمتعة. يجب أن يستوعب قسم الذيل أحد محركات محطة الطاقة.
يقترح إرساء الطائرات التي اجتاحتها مع جسم الطائرة. يحصل الجناح على المظهر الجانبي الأمثل ، ولا توجد على معظم سطحه عناصر قادرة على إزعاج التدفق. على الحواف الأمامية والخلفية للجناح ، يتم توفير ميكنة من النوع التقليدي. في النهاية ، وضع المصممون زوجًا من المحركات النفاثة التوربينية مع المعدات اللازمة.
بدلاً من الذيل التقليدي ، يستخدم مشروع eRay نظامًا غير عادي. في نهاية الذيل من جسم الطائرة ، يتم تثبيت قناة حلقية مخروطية للمروحة الدافعة لمحطة توليد الطاقة. على جانبي هذه القناة ، وضع المصممون طائرتين مثبتتين مع عرض كبير. لا يوجد عارضة. يجب أن يتم التحكم في الانحراف عن طريق تغيير قوة دفع محركات الجناح أو عن طريق ميكنة الجناح.
وفقًا لحسابات وكالة ناسا و DLR ، لا يمكن تحقيق ثلاثة أرباع الزيادة في كفاءة الطاقة إلا من خلال الديناميكا الهوائية. على سبيل المثال ، يتم توفير 13٪ من الزيادة الإجمالية في الكفاءة من خلال التدفق الصفحي حول جسم الطائرة. رفع طول الجناح إلى 45 مترًا يعطي زيادة بنسبة 6٪ أخرى. يؤدي التخلي عن العارضة إلى تقصير سطح هيكل الطائرة ، مما يقلل من مقاومة الهواء.
ومع ذلك ، فإن مهمة تقليل الهدر "الإضافي" للطاقة لا يتم حلها فقط بسبب الديناميكا الهوائية. لذلك ، تم النظر في إمكانية إزالة النوافذ الجانبية لمقصورة الركاب. في هذه الحالة ، يتم تبسيط تصميم جسم الطائرة بشكل كبير ، مما يؤدي إلى وزن أخف وتقليل مماثل في متطلبات المحركات. ومع ذلك ، لا يعتبر هذا الابتكار إلزاميًا ، لأن الركاب قد لا يحبونه. من غير المحتمل أن ترغب شركة النقل في الحصول على كفاءة في استخدام الطاقة ، ولكن تُترك بدون عملاء.
يتصور مشروع eRay تجهيز الطائرة بمحطة طاقة هجينة. يجب أن يكون الجناح مزودًا بمحركات نفاثة تولد قوة دفع من الغازات ، بالإضافة إلى تشغيل زوج من المولدات الكهربائية. يجب توفير الكهرباء من خلال المحولات الضرورية للبطاريات وكذلك إلى المحرك الخلفي. الميزة الرئيسية لمحطة الطاقة هذه هي القدرة على تغيير المعلمات العامة للدفع بمرونة للحصول على استهلاك الوقود الأمثل المطابق لنظام الطيران الحالي.
ترى ناسا و DLR زوجًا من المحركات النفاثة الالتفافية كأساس لمحطة توليد الطاقة لـ eRay. يُقترح وضع المنتجات ذات الأداء الكافي والأبعاد المنخفضة في أطراف الجناح. في إطار المشروع ، تمت دراسة تطبيق المحركات بنظام المبادلات الحرارية ، وتسخين الهواء الجوي القادم بسبب الغازات خلف التوربين. في بعض الأوضاع ، يسمح لك هذا بتقليل استهلاك الوقود بنسبة 20٪.
استعرض خبراء من المنظمتين الأجهزة الكهربائية الموجودة من الأنواع المطلوبة وتوصلوا إلى بعض الاستنتاجات. اتضح أن المولدات والبطاريات والمحركات الحالية تسمح ببناء محطة لتوليد الطاقة لـ eRay ، لكن خصائصها ستكون بعيدة عن المرغوبة. للحصول على المعلمات المثلى ، هناك حاجة إلى تقنيات وحلول جديدة.على وجه الخصوص ، يتم النظر في إمكانية استخدام تأثير الموصلية الفائقة ، والتي يمكن أن تؤثر على معلمات المحرك الكهربائي.
لا تسمح بطاريات التخزين الحالية أيضًا بإنشاء طائرة بالمعلمات المرغوبة. توفر تقنيات مستوى 2010 كثافة طاقة تصل إلى 335 واط * ساعة / كجم. بحلول عام 2040 ، من المتوقع أن تنمو هذه المعلمة إلى 2500 واط * ساعة / كجم. ومع ذلك ، على المدى القصير ، يتعين على المرء الاعتماد على بطاريات ذات خصائص أكثر تواضعًا تبلغ حوالي 1500 واط * ساعة / كجم. وفقًا للحسابات ، ستوفر محطة الطاقة المدمجة بمحركات كهربائية وتوربينية مدة طيران لا تقل عن 6-7 ساعات ومدى يزيد عن 6000 كم.
يقدم التقرير الخاص بمشروع مفهوم eRay أرقامًا مثيرة للاهتمام توضح إمكانات مثل هذه التقنية. قام المصممون بحساب مؤشرات الأداء الرئيسية للمعدات المختلفة أثناء حل نفس المشكلة. الطائرة A321 ، عند قيامها برحلة "مرجعية" على مدى 4200 كيلومتر ، يجب أن تستهلك ما يقل قليلاً عن 84.5 ميغاواط من الطاقة. للقيام بذلك ، يحتاج إلى 15881 كجم من الوقود. وتنفق الطائرة 2.36 لترًا من الوقود لنقل راكب واحد لكل 100 كيلومتر. بالنسبة لطائرة eRay الواعدة ، وفقًا للحسابات ، يصل إجمالي استهلاك الطاقة إلى 39.57 ميجاوات - أي 5782 كجم من الوقود. لنقل راكب لكل 100 كيلومتر ، تحتاج فقط 0.82 لترًا من الوقود. وبالتالي ، في ظل الظروف المحددة ، تبين أن الماكينة الواعدة أكثر كفاءة بنسبة 65.3٪ من الطراز التسلسلي.
تتمثل إحدى طرق تحسين كفاءة الطاقة في استخدام المساحة في مقصورة الركاب بحكمة. تقدم NASA و DLR ثلاثة خيارات لقمرة القيادة ذات السعات المختلفة. بادئ ذي بدء ، نحن نعتبر مقصورة الدرجة الاقتصادية ، التي تم إنشاؤها على أساس مقصورة A321. في هذه الحالة ، يتم تثبيت المقاعد في صفوف 3 + 3 مع ممر مركزي. في هذا التكوين ، تحمل الطائرة 200 شخص. في تكوين الدرجة الاقتصادية الممتازة ، تمت زيادة سعة المقاعد إلى 222 راكبًا ، حيث يتم استخدام مقاعد مختلفة وتوزيع الأحجام المتاحة على النحو الأمثل. كما تم وضع متغير مع صالونات من ثلاثة فصول. تتسع درجة رجال الأعمال لـ 8 مقاعد ، بينما تتسع "الدرجة الاقتصادية" و "الاقتصادية النحيفة" لـ 87 و 105 راكبًا على التوالي.
في الشكل المقترح ، يبلغ طول طائرة eRay 43 ، 7 أمتار ، ويبلغ طول جناحيها 38 مترًا في التكوين الأساسي أو 45 مترًا في التكوين المتقدم ، مما يعطي بعض الزيادة في كفاءة الطاقة. وقد تم تحديد وزن الطائرة الفارغة بـ 36.5 طن وأقصى وزن للإقلاع 67 طناً والحمولة الصافية حوالي 25 طناً منها 21 طناً للركاب و 4 أطنان من الأمتعة. يعتمد أداء الرحلة على عناصر محطة الطاقة المستخدمة. بشكل عام ، يجب أن تكون على مستوى النماذج الحالية للطيران التجاري.
***
إن مفهوم eRay ، الذي تم الكشف عنه هذا العام من قبل منظمات بحثية رائدة في الولايات المتحدة وألمانيا ، هو في الواقع محاولة أخرى لإيجاد طرق لتطوير طيران الركاب بشكل أكبر. كما لوحظ بحق في تقرير المشروع ، ستكون هناك في المستقبل متطلبات جديدة للطيران التجاري ، وستحتاج شركات النقل إلى نماذج جديدة من المعدات ذات القدرات الخاصة. البحث عن حلول لهذه المشكلة لا يتوقف ، ومشروع eRay يقدم مرة أخرى أفكارًا أصلية من نوع أو آخر.
في مشروع NASA و DLR ، كانت الأهداف الرئيسية هي زيادة كفاءة الطاقة وتحسين الديناميكا الهوائية ، والتي يجب أن تؤثر بشكل إيجابي على الكفاءة الإجمالية للطائرة. للحصول على مثل هذه الخصائص ، تم اقتراح تصميم خاص لهيكل الطائرة ، يجمع بين الحلول المتقنة والحديثة ، بالإضافة إلى محطة طاقة هجينة غير عادية تعتمد على مكونات مختلفة. تظهر الحسابات أن الاستهلاك الأمثل لطاقة الوقود إلى جانب تحسين الديناميكا الهوائية يجب أن يزيد من أداء الرحلة والأداء الاقتصادي للمعدات.
ومع ذلك ، تظل كل هذه النتائج "على الورق" حتى الآن. يشتمل مفهوم eRay liner ، مثل التطورات الأخرى من نوعه ، على عيب خطير ، ويدرك مؤلفوه ذلك جيدًا.في الوقت الحاضر وفي المستقبل القريب ، لن يتمكن المصممون من إدراك جميع مزايا المفهوم المقترح. يعيق تحقيق الأهداف المحددة نقص التقنيات اللازمة. وبالتالي ، فإن فكرة المحرك التوربيني مع المبادلات الحرارية وإخراج الطاقة للمولد تحتاج إلى مزيد من التفصيل والاختبار العملي. البطاريات ذات الخصائص المرغوبة ليست متوفرة بعد ، ويجب أن يؤكد المظهر الديناميكي الهوائي المميز للطائرة قدراتها في سياق الدراسات المختلفة.
إن تطوير التكنولوجيا المطلوبة لبناء طائرة eRay حقيقية مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً. يدرك مؤلفو المشروع ذلك جيدًا ، وبالتالي فهم يفكرون في طائرة واعدة في سياق تطوير الطيران في العقود القادمة - حتى 2040-45. وهم يعتقدون أنه بحلول هذا الوقت سيخلق العلم المكونات الضرورية وإجراء جميع الأبحاث المطلوبة ، والتي ستسمح بتنفيذ مفاهيم جديدة: إما eRay أو مشاريع أخرى.
لا يمكن اعتبار مشروع مفهوم NASA / DLR eRay - نظرًا لغرضه المحدد - نجاحًا أو فشلًا. كان هدفها تحديد مسارات تطوير الطيران التجاري المدني وإيجاد التصميم الأمثل الذي يلبي متطلبات المستقبل. لقد درس العلماء والمهندسون من البلدين السؤال الحالي بعناية وقدموا نسختهم الخاصة من الإجابة. من المحتمل تمامًا أنه في أواخر الثلاثينيات ، ستقلع بالفعل طائرة مماثلة لـ eRay الحالية. ومع ذلك ، يمكن أن يسير تطوير الطيران بطرق أخرى ، وبالتالي سيكون للطائرات المستقبلية أوجه تشابه مع مفاهيم أخرى في عصرنا.
