เครื่องบินพลเรือนสมัยใหม่ที่มีไว้สำหรับสายการบินพาณิชย์ต้องไม่เพียงแสดงคุณลักษณะที่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังต้องโดดเด่นด้วยต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำด้วย เมื่อสร้างตัวอย่างใหม่ของอุปกรณ์ดังกล่าว ความจำเป็นในการลดต้นทุนพื้นฐานทั้งหมดจะถูกนำมาพิจารณา และตัวเลือกใหม่สำหรับการลดต้นทุนการบำรุงรักษาและเที่ยวบินก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในปีนี้ NASA และ DLR ได้เสนอรุ่นไลเนอร์ที่น่าสนใจซึ่งสามารถแสดงประสิทธิภาพพิเศษได้ โครงการแนวคิดที่น่าสนใจเรียกว่า eRay
องค์การการบินและอวกาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NASA) และศูนย์การบินและอวกาศแห่งเยอรมนี (DLR) มีส่วนสำคัญต่อการพัฒนาการบินในประเภทหลัก ๆ ทั้งหมด รวมถึงการบินเชิงพาณิชย์ ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการขนส่งผู้คนและสินค้า ผู้เชี่ยวชาญขององค์กรเหล่านี้ค้นหาแนวคิดใหม่ๆ อยู่เสมอ นำเสนอข้อเสนอใหม่ๆ และทดสอบแนวคิดเหล่านั้น ในช่วงฤดูร้อนของปีนี้ ทั้งสององค์กรได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องบินที่มีแนวโน้มว่าจะมีคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพสูงพร้อมตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจที่เพิ่มขึ้น
โปรเจ็กต์ใหม่ที่มีชื่อเบื้องต้นคือ eRay กำลังดำเนินการเพื่อสำรองไว้สำหรับอนาคต เมื่อกำหนดข้อกำหนดสำหรับมัน การคาดการณ์เกี่ยวกับการพัฒนาการบินเชิงพาณิชย์จนถึงปี 2045 ถูกนำมาพิจารณาด้วย การคาดการณ์ในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าในเวลานี้ในประเทศที่พัฒนาแล้วและกำลังพัฒนา ปริมาณผู้โดยสารและการขนส่งสินค้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเรื่องนี้จำเป็นต้องมีการพัฒนาเครือข่ายสนามบินและการแก้ปัญหาขององค์กรต่างๆ นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีเทคโนโลยีการบินใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะเพื่อรองรับการคมนาคมขนส่ง ในแง่ของคุณลักษณะควรเกินตัวอย่างที่มีอยู่
NASA และ DLR เชื่อว่าเครื่องบินพาณิชย์แห่งอนาคตน่าจะประหยัดกว่าเครื่องบินในปัจจุบันถึง 60% มันควรจะสามารถทำงานในสนามบินขนาดเล็กได้เช่นเดียวกับความโดดเด่นด้วยเสียงรบกวนที่ลดลงและความง่ายในการใช้งาน ในการวิจัยและรายงานของพวกเขา ผู้เขียนโครงการใหม่นี้ใช้เครื่องบินที่ผลิตที่มีอยู่ Airbus A321-200 เป็นข้อมูลอ้างอิง eRay ที่มีแนวโน้มว่าจะมีคุณสมบัติใกล้เคียงกันในด้านความจุและความสามารถในการรองรับ แต่ในขณะเดียวกันก็แสดงให้เห็นถึงข้อดีในด้านอื่นๆ ทั้งหมด
แนวคิด eRay ยังไม่ได้มีไว้สำหรับการออกแบบที่เต็มเปี่ยมด้วยการเปิดตัวการผลิตและการใช้งานอุปกรณ์ในภายหลัง ในเรื่องนี้ผู้เชี่ยวชาญขององค์กรวิทยาศาสตร์ไม่สามารถจำกัดตัวเองและใช้ความคิดที่กล้าหาญที่สุดที่ยังไม่พร้อมสำหรับการปฏิบัติจริง การใช้วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวทำให้สามารถแก้ไขงานที่ได้รับมอบหมายและ "สร้าง" เครื่องบินรุ่นใหม่แห่งอนาคตได้
ตามการคาดการณ์ในแง่ดีที่สุด เครื่องบิน eRay จะเบากว่ารุ่น A321 ถึง 30% ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 48% ประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมของบอร์ดเพิ่มขึ้น 64% ควรสังเกตว่าเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบต้องไม่เพียงแค่แนะนำแนวคิดใหม่ ๆ เท่านั้น แต่ยังต้องละทิ้งวิธีแก้ปัญหาตามปกติด้วย เป็นผลให้สายการบินที่เสนอแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากตัวแทนที่ทันสมัยในระดับเดียวกัน
โปรเจ็กต์ eRay เสนอให้สร้างเครื่องบินปีกกว้างแบบมีปีกนกแบบมีปีกนกมีหน่วยท้ายให้รวมถึงตัวกันโคลงที่มี V ตามขวางขนาดใหญ่เท่านั้นไม่มีกระดูกงู ในแนวทางเดิมเนื่องจากจำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพปัญหาในการจัดองค์ประกอบของโรงไฟฟ้าจึงได้รับการแก้ไข แต่ละยูนิตถูกวางไว้ในส่วนต่างๆ ของปีก เช่นเดียวกับที่ส่วนท้ายของลำตัวเครื่องบิน
โดยทั่วไปแล้วลำตัวเครื่องบินจะคล้ายกับหน่วยของเครื่องจักรที่มีอยู่ เสนอให้สร้างโครงสร้างโลหะทั้งหมดที่มีการยืดตัวสูงและรูปทรงแอโรไดนามิก ส่วนคันธนูอยู่ใต้ห้องนักบินและห้องเทคนิค ด้านหลังมีร้านเสริมสวยขนาดใหญ่พร้อมที่นั่งผู้โดยสาร ปริมาตรสำหรับบรรทุกสินค้าอยู่ภายใต้ห้องโดยสาร - ก่อนอื่นสำหรับกระเป๋าเดินทาง ส่วนท้ายต้องรองรับหนึ่งในเครื่องยนต์ของโรงไฟฟ้า
มีการเสนอให้เทียบท่าเครื่องบินกวาดกับลำตัว ปีกได้รับโปรไฟล์ที่เหมาะสมที่สุด และบนพื้นผิวส่วนใหญ่ไม่มีองค์ประกอบใดที่สามารถรบกวนการไหลได้ ที่ขอบด้านบนและด้านท้ายของปีกจะมีการใช้กลไกแบบเดิม ในตอนท้าย นักออกแบบได้วางเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทบายพาสคู่หนึ่งพร้อมอุปกรณ์ที่จำเป็น
แทนที่จะใช้ empennage แบบดั้งเดิม โปรเจ็กต์ eRay ใช้ระบบที่ผิดปกติ ที่ส่วนท้ายของลำตัวมีการติดตั้งช่องรูปวงแหวนรูปกรวยสำหรับใบพัดผลักของโรงไฟฟ้า ที่ด้านข้างของช่องนี้ นักออกแบบได้วางระนาบกันโคลงสองระนาบที่ติดตั้ง V ตามขวางที่สำคัญ ไม่มีกระดูกงู การควบคุมการหันเหควรทำโดยการเปลี่ยนแรงขับของมอเตอร์ปีกหรือโดยใช้กลไกของปีก
ตามการคำนวณของ NASA และ DLR สามในสี่ของการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานสามารถทำได้ผ่านแอโรไดนามิกเท่านั้น ตัวอย่างเช่น 13% ของประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นโดยรวมมาจากการไหลแบบลามินาร์รอบลำตัวเครื่องบิน การนำปีกนกไปที่ 45 ม. ให้เพิ่มขึ้นอีก 6% การละทิ้งกระดูกงูจะทำให้พื้นผิวของเฟรมสั้นลง ซึ่งช่วยลดแรงต้านของอากาศ
อย่างไรก็ตาม งานในการลดการสูญเสียพลังงาน "พิเศษ" ไม่เพียงแต่แก้ได้ด้วยหลักอากาศพลศาสตร์เท่านั้น ดังนั้นจึงพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการถอดหน้าต่างด้านข้างของห้องโดยสาร ในกรณีนี้ การออกแบบลำตัวจะง่ายขึ้นอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่น้ำหนักที่เบาลงและข้อกำหนดสำหรับเครื่องยนต์ลดลงที่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม นวัตกรรมดังกล่าวไม่ถือเป็นข้อบังคับ เนื่องจากผู้โดยสารอาจไม่ชอบนวัตกรรมดังกล่าว ไม่น่าเป็นไปได้ที่ผู้ให้บริการต้องการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ถูกทิ้งไว้โดยไม่มีลูกค้า
โครงการ eRay จินตนาการถึงการจัดเตรียมเครื่องบินด้วยโรงไฟฟ้าไฮบริด ปีกควรติดตั้งเครื่องยนต์ turbojet ที่สร้างแรงขับจากก๊าซ เช่นเดียวกับการขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคู่หนึ่ง ต้องจ่ายไฟฟ้าผ่านตัวแปลงที่จำเป็นไปยังแบตเตอรี่รวมถึงมอเตอร์ส่วนท้าย ข้อได้เปรียบหลักของโรงไฟฟ้าดังกล่าวคือความสามารถในการเปลี่ยนพารามิเตอร์ทั่วไปของแรงขับได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อให้ได้อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่เหมาะสมที่สุดซึ่งสอดคล้องกับระบอบการบินในปัจจุบัน
NASA และ DLR มองว่าเทอร์โบเจ็ทบายพาสคู่หนึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับโรงไฟฟ้าสำหรับ eRay ผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพเพียงพอและขนาดที่เล็กลงถูกเสนอให้วางไว้ที่ปลายปีก ภายในกรอบของโครงการได้ทำการศึกษาการใช้เครื่องยนต์ที่มีระบบแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งให้ความร้อนกับอากาศในบรรยากาศที่เข้ามาเนื่องจากก๊าซหลังกังหัน ในบางโหมด วิธีนี้ช่วยให้คุณลดการใช้เชื้อเพลิงลง 20%
ผู้เชี่ยวชาญจากทั้งสององค์กรได้ตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีอยู่ตามประเภทที่ต้องการและได้ข้อสรุปบางประการ ปรากฎว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบตเตอรี่และมอเตอร์ที่มีอยู่อนุญาตให้สร้างโรงไฟฟ้าสำหรับ eRay ได้ แต่ลักษณะของมันจะอยู่ไกลจากที่ต้องการ เพื่อให้ได้พารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด จำเป็นต้องมีเทคโนโลยีและโซลูชั่นใหม่ๆโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพิจารณาความเป็นไปได้ของการใช้ผลกระทบของการนำไฟฟ้ายิ่งยวด ซึ่งอาจส่งผลต่อพารามิเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้า กำลังได้รับการพิจารณา
แบตเตอรี่จัดเก็บที่มีอยู่ยังไม่อนุญาตให้สร้างเครื่องบินด้วยพารามิเตอร์ที่ต้องการ เทคโนโลยีระดับ 2010 ให้ความหนาแน่นของพลังงานเท่ากับ 335 W * h / kg ภายในปี 2040 พารามิเตอร์นี้คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 2,500 W * h / kg อย่างไรก็ตาม ในระยะสั้น ต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีลักษณะเจียมเนื้อเจียมตัวมากขึ้นประมาณ 1500 W * h / kg จากการคำนวณ โรงไฟฟ้ารวมที่มีเครื่องยนต์ไฟฟ้าและเทอร์โบเจ็ทจะให้ระยะเวลาการบินอย่างน้อย 6-7 ชั่วโมงและระยะทางมากกว่า 6,000 กม.
รายงานเกี่ยวกับโครงการแนวคิด eRay ให้ตัวเลขที่น่าสนใจที่แสดงศักยภาพของเทคนิคดังกล่าว นักออกแบบคำนวณตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของอุปกรณ์ต่าง ๆ ในขณะที่แก้ปัญหาเดียวกัน เครื่องบิน A321 เมื่อทำการบิน "อ้างอิง" ที่ระยะ 4,200 กม. ควรใช้พลังงานทั้งหมดไม่ถึง 84.5 เมกะวัตต์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เขาต้องการเชื้อเพลิง 15881 กิโลกรัม เครื่องบินใช้เชื้อเพลิง 2.36 ลิตรในการขนส่งผู้โดยสาร 1 คนต่อ 100 กม. สำหรับเครื่องบิน eRay ที่มีแนวโน้มว่าจะใช้พลังงานทั้งหมดถึง 39.57 เมกะวัตต์ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิง 5782 กิโลกรัม ในการขนส่งผู้โดยสารต่อ 100 กม. คุณต้องใช้เชื้อเพลิงเพียง 0.82 ลิตรเท่านั้น ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เครื่องที่มีแนวโน้มว่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่ารุ่นอนุกรม 65.3%
วิธีหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานคือการใช้พื้นที่ในห้องโดยสารอย่างชาญฉลาด NASA และ DLR เสนอทางเลือกสามทางสำหรับห้องนักบินซับที่มีความสามารถต่างกัน ก่อนอื่น เราพิจารณาห้องโดยสารชั้นประหยัด ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของห้องโดยสาร A321 ในกรณีนี้ ที่นั่งจะถูกติดตั้งในแถว 3 + 3 โดยมีทางเดินตรงกลาง ในการกำหนดค่านี้ เครื่องบินบรรทุกคนได้ 200 คน ในการกำหนดค่า Premium Economy ความจุที่นั่งจะเพิ่มขึ้นเป็น 222 ผู้โดยสาร ซึ่งใช้ที่นั่งที่แตกต่างกันและการกระจายของปริมาณที่พร้อมใช้งานจะได้รับการปรับให้เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีรูปแบบที่มีร้านเสริมสวยสามชั้นอีกด้วย ชั้นธุรกิจรองรับได้ 8 ที่นั่ง ในขณะที่ "ประหยัด" และ "บางประหยัด" รองรับผู้โดยสาร 87 และ 105 ตามลำดับ
ในรูปแบบที่เสนอ เครื่องบิน eRay มีความยาว 43, 7 ม. ปีกกว้าง 38 ม. ในการกำหนดค่าพื้นฐานหรือ 45 ม. ในขั้นสูงซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานบางส่วน น้ำหนักของเครื่องบินเปล่ากำหนดไว้ที่ 36.5 ตัน น้ำหนักนำขึ้นสูงสุดคือ 67 ตัน น้ำหนักบรรทุกประมาณ 25 ตัน รวมผู้โดยสาร 21 ตัน และกระเป๋าเดินทาง 4 ตัน ประสิทธิภาพการบินขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโรงไฟฟ้าที่ใช้ โดยทั่วไปควรอยู่ในระดับของโมเดลการบินพาณิชย์ที่มีอยู่
***
แนวคิด eRay ซึ่งเปิดตัวในปีนี้โดยองค์กรวิจัยชั้นนำในสหรัฐอเมริกาและเยอรมนี อันที่จริงแล้วเป็นความพยายามอีกประการหนึ่งในการหาวิธีพัฒนาการบินของผู้โดยสารต่อไป ตามที่ระบุไว้อย่างถูกต้องในรายงานโครงการ ในอนาคตจะมีข้อกำหนดใหม่สำหรับการบินเชิงพาณิชย์ และผู้ให้บริการจะต้องมีอุปกรณ์รุ่นใหม่ที่มีความสามารถพิเศษ การค้นหาวิธีแก้ไขปัญหานี้ไม่ได้หยุดลง และโครงการ eRay ก็เสนอแนวคิดที่เป็นต้นฉบับไม่ทางใดก็ทางหนึ่งอีกครั้ง
ในโครงการ NASA และ DLR เป้าหมายหลักคือการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและปรับปรุงอากาศพลศาสตร์ ซึ่งน่าจะส่งผลดีต่อประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องบิน เพื่อให้ได้คุณสมบัติดังกล่าว จึงมีการนำเสนอการออกแบบเฟรมเครื่องบินแบบพิเศษ ผสมผสานโซลูชั่นที่เชี่ยวชาญและแก้ปัญหาใหม่ ตลอดจนโรงไฟฟ้าไฮบริดที่ไม่ธรรมดาซึ่งใช้ส่วนประกอบที่แตกต่างกัน การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการใช้พลังงานเชื้อเพลิงที่เหมาะสมร่วมกับแอโรไดนามิกส์ที่ได้รับการปรับปรุงควรเพิ่มทั้งการบินและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของอุปกรณ์
อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ ผลลัพธ์ทั้งหมดเหล่านี้ยังคงอยู่ "บนกระดาษ" แนวคิดของ eRay liner เช่นเดียวกับการพัฒนาอื่นๆ ในลักษณะเดียวกัน มีข้อบกพร่องร้ายแรง และผู้เขียนตระหนักดีถึงสิ่งนี้ในปัจจุบันและในอนาคตอันใกล้นี้ นักออกแบบจะไม่สามารถตระหนักถึงข้อดีทั้งหมดของแนวคิดที่เสนอได้ การบรรลุเป้าหมายที่ตั้งไว้ถูกขัดขวางโดยการขาดเทคโนโลยีที่จำเป็น ดังนั้น แนวคิดของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและกำลังส่งไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติมและการทดสอบภาคปฏิบัติ ยังไม่มีแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ และลักษณะแอโรไดนามิกที่เป็นลักษณะเฉพาะของเครื่องบินจะต้องยืนยันความสามารถของตนในการศึกษาต่างๆ
การพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็นในการสร้างเครื่องบิน eRay ที่แท้จริงนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน ผู้เขียนโครงการตระหนักดีถึงเรื่องนี้ ดังนั้นพวกเขากำลังพิจารณาเครื่องบินที่มีแนวโน้มดีในบริบทของการพัฒนาการบินในทศวรรษหน้า - จนถึงปี 2040-45 พวกเขาเชื่อว่าในเวลานี้ วิทยาศาสตร์จะสร้างองค์ประกอบที่จำเป็นและดำเนินการวิจัยที่จำเป็นทั้งหมด ซึ่งจะช่วยให้สามารถดำเนินการตามแนวคิดใหม่ได้ ไม่ว่าจะเป็น eRay หรือโครงการอื่นๆ
โครงการแนวคิด eRay ของ NASA / DLR - เนื่องจากวัตถุประสงค์เฉพาะ - ไม่ถือว่าประสบความสำเร็จหรือล้มเหลว เป้าหมายของมันคือการกำหนดเส้นทางสำหรับการพัฒนาการบินพาณิชย์พลเรือนและค้นหาการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดที่ตรงกับความต้องการของอนาคต นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของทั้งสองประเทศได้ศึกษาคำถามปัจจุบันอย่างรอบคอบและนำเสนอคำตอบในแบบฉบับของตนเอง มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่ในช่วงปลายทศวรรษที่สามสิบ เครื่องบินที่คล้ายกับ eRay ปัจจุบันจะออกบินจริง อย่างไรก็ตาม การพัฒนาด้านการบินสามารถไปได้อีกทางหนึ่ง ดังนั้นสายการบินในอนาคตจะมีความคล้ายคลึงกับแนวคิดอื่นๆ ในยุคของเรา
