Pesawat sipil modern yang ditujukan untuk maskapai penerbangan komersial tidak hanya harus menunjukkan karakteristik kinerja yang tinggi, tetapi juga harus dibedakan dengan biaya operasi yang rendah. Saat membuat sampel baru dari peralatan tersebut, kebutuhan untuk mengurangi semua biaya dasar diperhitungkan, dan opsi baru untuk mengurangi biaya pemeliharaan dan penerbangan terus muncul. Versi liner yang menarik, yang mampu menunjukkan efisiensi khusus, diusulkan tahun ini oleh organisasi NASA dan DLR. Sebuah proyek konsep yang menjanjikan disebut eRay.
Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional AS (NASA) dan Pusat Penerbangan dan Antariksa Jerman (DLR) memberikan kontribusi signifikan bagi pengembangan penerbangan di semua kategori utama, termasuk penerbangan komersial, yang bertanggung jawab untuk mengangkut orang dan barang. Spesialis dari organisasi-organisasi ini terus-menerus mencari ide-ide baru, membuat proposal baru dan mengujinya. Pada musim panas tahun ini, kedua organisasi tersebut mempresentasikan konsep pesawat yang menjanjikan yang mampu menunjukkan karakteristik kinerja tinggi dengan indikator ekonomi yang meningkat.
Proyek baru dengan judul tentatif eRay sedang dikerjakan dengan cadangan untuk masa depan. Saat merumuskan persyaratan untuk itu, perkiraan tentang perkembangan penerbangan komersial hingga 2045 diperhitungkan. Prakiraan saat ini menunjukkan bahwa pada saat ini di negara maju dan berkembang, lalu lintas penumpang dan barang akan tumbuh secara signifikan. Dalam hal ini, pengembangan jaringan lapangan terbang dan solusi dari berbagai masalah organisasi akan diperlukan. Selain itu, teknologi penerbangan baru dengan kemampuan karakteristik akan diperlukan untuk mendukung transportasi. Dalam hal karakteristiknya, itu harus melampaui sampel yang ada.
NASA dan DLR percaya pesawat komersial masa depan harus 60% lebih ekonomis daripada yang sekarang. Itu harus dapat bekerja di lapangan terbang kecil, serta dibedakan dengan pengurangan kebisingan dan kemudahan pengoperasian. Dalam penelitian dan laporan mereka, penulis proyek baru menggunakan pesawat produksi Airbus A321-200 yang sudah ada sebagai semacam referensi. eRay yang menjanjikan seharusnya memiliki parameter kapasitas dan daya dukung yang sama, tetapi pada saat yang sama menunjukkan keunggulan di semua bidang lainnya.
Konsep eRay belum dimaksudkan untuk desain penuh dengan peluncuran produksi dan pengoperasian peralatan berikutnya. Dalam hal ini, para spesialis organisasi ilmiah tidak dapat membatasi diri dan menggunakan ide-ide paling berani yang belum siap untuk diterapkan dalam praktik. Itu adalah penggunaan solusi semacam itu yang memungkinkan untuk menyelesaikan tugas yang diberikan dan "membuat" versi baru pesawat masa depan.
Menurut perkiraan paling optimis, pesawat eRay akan 30% lebih ringan dari produksi A321. Efisiensi pembangkit listrik meningkat sebesar 48%. Efisiensi energi keseluruhan papan naik 64%. Perlu dicatat bahwa untuk mendapatkan hasil seperti itu, para ilmuwan dan perancang tidak hanya harus memperkenalkan ide-ide baru, tetapi juga meninggalkan solusi biasa mereka. Akibatnya, liner yang diusulkan sangat berbeda dari perwakilan modern di kelasnya.
Proyek eRay mengusulkan pembangunan pesawat sayap rendah kantilever dengan sayap menyapu. Unit ekor disediakan, termasuk hanya stabilizer dengan V melintang besar. Tidak ada lunas. Secara orisinal, karena kebutuhan untuk meningkatkan efisiensi, masalah penataan elemen pembangkit listrik diselesaikan. Unit individualnya ditempatkan di berbagai bagian sayap, serta di ekor badan pesawat.
Badan pesawat pada umumnya menyerupai unit-unit mesin yang ada. Konstruksi struktur semua logam dengan elongasi tinggi dengan bentuk aerodinamis diusulkan. Bagian haluan diberikan di bawah kokpit dan ruang teknis, di belakangnya ada salon besar dengan kursi penumpang. Volume untuk kargo disediakan di bawah kompartemen penumpang - pertama-tama, untuk bagasi. Bagian ekor harus menampung salah satu mesin pembangkit listrik.
Diusulkan untuk merapat pesawat menyapu dengan badan pesawat. Sayap memperoleh profil yang optimal, dan di sebagian besar permukaannya tidak ada elemen yang dapat mengganggu aliran. Di tepi depan dan belakang sayap, mekanisasi tipe tradisional disediakan. Di ujungnya, para perancang menempatkan sepasang mesin turbojet by-pass dengan peralatan yang diperlukan.
Alih-alih empennage tradisional, proyek eRay menggunakan sistem yang tidak biasa. Di ujung ekor badan pesawat, saluran berbentuk kerucut dipasang untuk mendorong baling-baling pembangkit listrik. Di sisi saluran ini, perancang menempatkan dua bidang penstabil yang dipasang dengan V melintang yang signifikan. Tidak ada lunas. Kontrol yaw harus dilakukan dengan mengubah gaya dorong motor sayap atau dengan mekanisasi sayap.
Menurut perhitungan NASA dan DLR, tiga perempat peningkatan efisiensi energi hanya dapat dicapai melalui aerodinamika. Misalnya, 13% dari keseluruhan peningkatan efisiensi disediakan oleh aliran laminar di sekitar badan pesawat. Membawa lebar sayap menjadi 45 m memberikan peningkatan 6% lainnya. Meninggalkan lunas memperpendek permukaan badan pesawat, mengurangi hambatan udara.
Namun, tugas mengurangi pemborosan energi "ekstra" diselesaikan bukan hanya karena aerodinamis. Jadi, kemungkinan melepas jendela samping kompartemen penumpang dipertimbangkan. Dalam hal ini, desain badan pesawat disederhanakan secara signifikan, yang mengarah pada bobotnya yang lebih ringan dan pengurangan yang sesuai dalam persyaratan mesin. Namun, inovasi semacam itu tidak dianggap wajib, karena penumpang mungkin tidak menyukainya. Tidak mungkin operator ingin mendapatkan efisiensi energi, tetapi dibiarkan tanpa pelanggan.
Proyek eRay membayangkan melengkapi pesawat dengan pembangkit listrik hibrida. Sayap harus dilengkapi dengan mesin turbojet yang menghasilkan daya dorong dari gas, serta menggerakkan sepasang generator listrik. Listrik melalui konverter yang diperlukan harus disuplai ke baterai, serta ke motor ekor. Keuntungan utama dari pembangkit listrik tersebut adalah kemampuan untuk secara fleksibel mengubah parameter umum dorong untuk mendapatkan konsumsi bahan bakar yang optimal sesuai dengan rezim penerbangan saat ini.
NASA dan DLR melihat sepasang turbojet bypass sebagai dasar pembangkit listrik untuk eRay. Produk dengan kinerja yang memadai dan dimensi yang lebih kecil diusulkan untuk ditempatkan di ujung sayap. Dalam kerangka proyek, aplikasi mesin dengan sistem penukar panas, memanaskan udara atmosfer yang masuk karena gas di belakang turbin, dipelajari. Dalam beberapa mode, ini memungkinkan Anda mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 20%.
Para ahli dari kedua organisasi meninjau perangkat listrik yang ada dari jenis yang diperlukan dan membuat kesimpulan tertentu. Ternyata generator, baterai, dan motor yang ada memungkinkan pembangunan pembangkit listrik untuk eRay, tetapi karakteristiknya akan jauh dari yang diinginkan. Untuk mendapatkan parameter yang optimal, diperlukan teknologi dan solusi baru. Secara khusus, kemungkinan penggunaan efek superkonduktivitas, yang dapat mempengaruhi parameter motor listrik, sedang dipertimbangkan.
Baterai penyimpanan yang ada juga tidak memungkinkan pembuatan pesawat dengan parameter yang diinginkan. Teknologi tingkat 2010 memberikan kepadatan energi urutan 335 W * h / kg. Pada tahun 2040, parameter ini diperkirakan akan tumbuh menjadi 2500 W * h / kg. Namun, dalam jangka pendek, kita harus mengandalkan baterai dengan karakteristik yang lebih sederhana sekitar 1500 W * h / kg. Menurut perhitungan, pembangkit listrik gabungan dengan mesin listrik dan turbojet akan memberikan durasi penerbangan setidaknya 6-7 jam dan jangkauan lebih dari 6.000 km.
Laporan tentang proyek konsep eRay memberikan angka menarik yang menunjukkan potensi teknik semacam itu. Perancang menghitung indikator kinerja utama dari peralatan yang berbeda sambil memecahkan masalah yang sama. Pesawat A321, ketika melakukan penerbangan "referensi" pada jarak 4.200 km, harus mengkonsumsi total energi di bawah 84,5 MW. Untuk melakukan ini, ia membutuhkan 15881 kg bahan bakar. Pesawat menghabiskan 2,36 liter bahan bakar untuk mengangkut satu penumpang per 100 km. Untuk pesawat eRay yang menjanjikan, menurut perhitungan, total konsumsi energi mencapai 39,57 MW - ini adalah 5782 kg bahan bakar. Untuk mengangkut penumpang per 100 km, Anda hanya membutuhkan 0,82 liter bahan bakar. Jadi, di bawah kondisi yang diberikan, mesin yang menjanjikan ternyata 65,3% lebih efisien daripada model serial.
Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi energi adalah dengan menggunakan ruang di kompartemen penumpang dengan bijak. NASA dan DLR menawarkan tiga opsi untuk kokpit kapal dengan kapasitas berbeda. Pertama-tama, kami mempertimbangkan kabin kelas ekonomi, dibuat berdasarkan kabin A321. Dalam hal ini, kursi dipasang dalam barisan 3 + 3 dengan lorong tengah. Dalam konfigurasi ini, pesawat membawa 200 orang. Dalam konfigurasi Ekonomi Premium, kapasitas tempat duduk ditingkatkan menjadi 222 penumpang, di mana kursi yang berbeda digunakan dan distribusi volume yang tersedia dioptimalkan. Varian dengan salon tiga kelas juga telah dibuat. Kelas bisnis menampung 8 kursi, sementara "ekonomi" dan "ekonomi-slim" masing-masing menampung 87 dan 105 penumpang.
Dalam bentuk yang diusulkan, pesawat eRay memiliki panjang 43, 7 m, lebar sayap 38 m dalam konfigurasi dasar atau 45 m pada konfigurasi lanjutan, yang memberikan beberapa peningkatan efisiensi energi. Berat pesawat kosong ditentukan 36,5 ton, berat lepas landas maksimum 67 ton, muatan sekitar 25 ton, termasuk 21 ton penumpang dan 4 ton bagasi. Performa penerbangan tergantung pada elemen pembangkit listrik yang digunakan. Secara umum, mereka harus berada pada level model penerbangan komersial yang ada.
***
Konsep eRay, yang diluncurkan tahun ini oleh organisasi penelitian terkemuka di Amerika Serikat dan Jerman, sebenarnya merupakan upaya lain untuk menemukan cara untuk lebih mengembangkan penerbangan penumpang. Sebagaimana dicatat dengan benar dalam laporan proyek, di masa depan akan ada persyaratan baru untuk penerbangan komersial, dan operator akan membutuhkan model peralatan baru dengan kemampuan khusus. Pencarian solusi untuk masalah ini tidak berhenti, dan proyek eRay sekali lagi menawarkan ide-ide orisinal dari satu jenis atau lainnya.
Dalam proyek NASA dan DLR, tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan efisiensi energi dan meningkatkan aerodinamika, yang seharusnya secara positif mempengaruhi efisiensi keseluruhan pesawat. Untuk mendapatkan karakteristik seperti itu, desain badan pesawat khusus diusulkan, menggabungkan solusi yang dikuasai dengan baik dan baru, serta pembangkit listrik hibrida yang tidak biasa berdasarkan komponen yang berbeda. Perhitungan menunjukkan bahwa konsumsi energi bahan bakar yang optimal dalam kombinasi dengan peningkatan aerodinamika harus meningkatkan kinerja penerbangan dan ekonomi peralatan.
Namun, sejauh ini semua hasil tersebut masih “di atas kertas”. Konsep eRay liner, seperti pengembangan lain dari jenisnya, memiliki kelemahan serius, dan penulisnya sangat menyadari hal ini. Saat ini dan dalam waktu dekat, desainer tidak akan bisa mewujudkan semua kelebihan dari konsep yang diajukan. Pencapaian tujuan yang ditetapkan terhambat oleh kurangnya teknologi yang diperlukan. Dengan demikian, gagasan mesin turbojet dengan penukar panas dan output daya ke generator perlu penjabaran lebih lanjut dan pengujian praktis. Baterai dengan karakteristik yang diinginkan belum tersedia, dan penampilan karakteristik aerodinamis pesawat harus mengkonfirmasi kemampuannya dalam berbagai studi.
Pengembangan teknologi yang dibutuhkan untuk membangun pesawat eRay yang sesungguhnya memakan biaya dan waktu yang lama. Penulis proyek sangat menyadari hal ini, dan oleh karena itu mereka mempertimbangkan pesawat yang menjanjikan dalam konteks pengembangan penerbangan dalam dekade berikutnya - hingga 2040-45. Mereka percaya bahwa saat ini sains akan menciptakan komponen yang diperlukan dan melakukan semua penelitian yang diperlukan, yang akan memungkinkan penerapan konsep baru: baik eRay atau proyek lainnya.
Proyek konsep eRay NASA / DLR - karena tujuan spesifiknya - tidak dapat dianggap berhasil atau gagal. Tujuannya adalah untuk menentukan jalur pengembangan penerbangan komersial sipil dan menemukan desain optimal yang memenuhi persyaratan masa depan. Para ilmuwan dan insinyur dari kedua negara telah mempelajari dengan cermat pertanyaan saat ini dan mempresentasikan versi jawaban mereka sendiri. Sangat mungkin bahwa di akhir tahun tiga puluhan, pesawat yang mirip dengan eRay saat ini benar-benar akan lepas landas. Namun, perkembangan penerbangan dapat berjalan dengan cara lain, dan oleh karena itu pesawat masa depan akan memiliki kesamaan dengan konsep lain di zaman kita.
