Диетический лайнер: авиалайнер 2030
- Вызов динозаврам Рецепт максимизации прибыли авиакомпаний отечественных дней содержится в рвении посадить в самолет как возможно больше пассажиров. Чем больше людей поделят между собой цена полета, тем дешевле им достанутся билеты. И не имеет значения, что по пути они сделают пара пересадок и пролетят значительно большее расстояние, чем изначально требовалось.
- Эксперты General Electric уверенны, что, в случае если маленькие самолеты будут не торопясь возить людей из пункта «А» в пункт «Б» по прямой, это даст такую экономию времени и топлива, что любой пассажир сможет с легкостью позволить себе удобное аэротакси. Концепция GE — это маленький 20-сложнейший софт и местный лайнер, координирующий личные и оптимальные маршруты
20-местный самолет-такси от компании General Electric несложен лишь на первый взгляд.
- Разработчики уделили максимум внимания облегчению конструкции посредством новейших высокотехнологичных материалов. Благодаря энергопоглощающей пене поверхность фюзеляжа способна всецело восстанавливать форму по окончании сильных ударов, к примеру при прохождении облака града
материалы и Компоновка General Electric B20
- Простая структура фюзеляжа
Структура фюзеляжа n+3
SUGAR VOLT На место силовой установки лайнера Volt претендовали всецело электрический двигатель на батареях, водородный двигатель на топливных элементах и гибридный двигатель на традиционном топливе и батареях
Boeing: сладкая судьба Все концептуальные самолеты компании Boeing содержат в заглавии слово SUGAR.
- Эта сокращение расшифровывается как Subsonic Ultra Green Aircraft Research — изучение дозвукового экологически чистого лайнера. Всего эксперты компании представили четыре концепта, от консервативного Refined SUGAR до футуристичного SUGAR Ray
SUGAR RAY Основное преимущество широкофюзеляжных самолетов HWB — низкий уровень шума. Могучий корпус лайнера преграждает звуку двигателей путь на землю.
- Неприятность HWB в том, что их преимущества наилучшим образом раскрываются на самолетах громадного размера, тогда как изучения спроса прогнозируют их невостребованность в будущем.
MIT: широкая душа Фюзеляж типа «двойной пузырь» вносит собственный вклад в создание подъемной силы. Наряду с этим его лобовое сопротивление сравнимо с показателем хорошего лайнера.
- Размещение двигателей над фюзеляжем ограждает обитателей приаэропортовой территории от шума. Отсос пограничного слоя снабжает ламинарное обтекание корпуса. Складное крыло громадного удлинения повышает аэродинамическое уровень качества. Это малейший путь к улучшению экологических экономичности и характеристик самолета.
- Высокая степень двухконтурности достигается за счет увеличенной компактности контура и степени сжатия большого давления
Изюминка концепта MIT H — силовая установка с распределенной тягой, призванная обеспечить отсос пограничного слоя на максимально широкой поверхности фюзеляжа. Всего три турбореактивных двигателя смогут приводить до 20 вентиляторов при помощи электрической либо механической трансмиссии
Самые современные самолеты отечественных дней, такие как Airbus A380 либо Boeing 777, принято относить к четвертому поколению. Требования, сформулированные NASA для самолетов поколения N+3, на первый взгляд кажутся невыполнимыми. Уровень шума должен быть снижен на 71 дБ.
Это указывает, что услышать двигатели лайнера на земле возможно будет лишь в пределах аэропорта. Выброс оксида азота обязан уменьшиться на 75%, потребление горючего (а вместе с тем и цена авиаперевозок) — на 70%. Помимо этого, NASA предлагает пересмотреть маршруты и инфраструктуру перелетов, дабы как возможно меньше пассажиров путешествовали через пересадочные пункты, тем самым увеличивая расстояние перелета, время от времени до двух раз.
Любой проект начинался с изучения спроса, основанного на сложившихся экономических тенденциях отечественных дней. В следствии три компании из четырех сосредоточили свои силы на разработке среднемагистрального лайнера пассажировместимостью не более 180 человек, аналоге современного Boeing 737. Только эксперты General Electric сделали ставку на 20-местный самолет-такси.
В свете столь твёрдых требований тем более необычен следующий факт: концептуальные самолеты, каковые исследователи признали самые перспективными, имеют хорошую компоновку и снаружи слабо отличается от нынешних лайнеров. Но это только обманчивое первое чувство. На борту самолета N+3 вы встретите электрические и гибридные двигатели, металл с памятью формы, самовосстанавливающееся покрытие фюзеляжа, керамические композиты и карбоновые нанотрубки, окна и складные крылья виртуальной реальности.
Аэродинамическое сопротивление — основной неприятель экологической чистоты и экономичности в авиации. Однако вот уже более полувека планер пассажирского лайнера фактически не изменяется. Вот и по сей день кроме того самые радикальные футуристы Boeing и MIT представили по два концепта самолета N+3, один из которых имеет хорошую компоновку.
Второй же является вариацией на тему «летающего крыла» — HWB (Hybrid Wing Body).
Boeing SUGAR Volt является самолётом хорошей компоновки с цилиндрическим фюзеляжем. Преимущество хорошего фюзеляжа — маленькая площадь лобового сечения и, как следствие, минимальное аэродинамическое сопротивление. Особенность планера Volt — крыло громадного удлинения.
Его размах образовывает 61 м против 29 м у референсного Boeing 737−400, одновременно с этим крыло Volt заметно же. Не секрет, что крыло большего удлинения дает большое повышение аэродинамического качества: при той же площади воздушное пространство проходит меньший путь в соприкосновении с крылом, в следствии чего сокровенное отношение подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению растет.
Конструктивные недочёты эксперты Boeing устранили, подперев высокое крыло дополнительными опорами, каковые соединяют середины консолей с нижней частью фюзеляжа. В расчете учтено да и то, что крыло будет сделано из карбона, а не из алюминия, соответственно, будет существенно легче.
Инфраструктурные неприятности решили, сделав крыло складным. Установленные по центру консолей шарниры разрешают Volt не занимать много места в ангарах и на рулежных дорожках. Лайнер расправляет крылья на полосе, перед взлетом.
Обтекаемый бегемот
Второе наиболее значимое заклинание экспертов по аэродинамике — ламинарное обтекание. В совершенстве воздушное пространство обязан медлено и безотрывно огибать поверхности крыла и фюзеляжа лайнера. Это и имеется ламинарный поток.
В конечном итоге же воздушные потоки отрываются от поверхности, образуя завихрения, на создание которых расходуется энергия. Поверхностная турбулентность — серьёзная составная часть аэродинамического сопротивления.
Как раз борьбе за ламинарное обтекание мы обязаны возникновением таких бегемотоподобных монстров, как Boeing SUGAR Ray и MIT H. Компоновка HWB, либо «летающее крыло», разрешает реализовать принцип отсоса пограничного слоя. Двигатели, расположенные в задней части широкого фюзеляжа, всасывают воздушное пространство и создают на поверхности корпуса разрежение. Оно притягивает воздушный поток, не дает ему срываться.
В следствии при большой площади лобового сечения HWB сопоставим по аэродинамическому сопротивлению с самолетами хорошей компоновки.
Наиболее значимое преимущество схемы HWB — низкий уровень шума. Фюзеляж в буквальном смысле преграждает звуку двигателей путь к почва. Еще один замечательный плюс — экономия времени при посадке и высадке пассажиров: в широком салоне возможно до пяти проходов между сидениями вместо одного в хорошем лайнере.
Выбор схемы HWB с отсосом пограничного слоя оказывает негативное влияние на эффективность работы двигателей. Интенсивность всасывания силовых установок ограничена потребностями ламинарного обтекания: в случае если скорость потока через чур высока, то вместо разрежения он создаст собственную турбулентность. Значит, мощность двигателей изначально ограничена.
Помимо этого, для равномерного отсоса пограничного слоя нужна широкая территория всасывания. Дабы создать ее, приходится распределять пара двигателей по всей ширине корпуса, увеличивая массу и усложняя силовую установку.
Увлекательный компромисс между хорошей компоновкой и HWB воображает концепт MIT D. Его изюминка — фюзеляж типа «двойной пузырь» (double bubble), что в высоту соответствует Boeing 737, а в ширину в два раза превосходит его. Широкий корпус участвует в создании подъемной силы, а заднее размещение двигателей, как на HWB, снабжает отсос пограничного слоя и защиту от шума. Наряду с этим самолет имеет складное крыло громадного удлинения, как у Boeing SUGAR Volt.
Фарфоровый мотор
Развитие авиационных двигателей в ближайщее время будет связано в первую очередь с применением новых высокотехнологичных материалов. Громадные надежды авиастроители возлагают на текущие изучения композитов с керамической матрицей (CMC). Данный материал, в два раза более легкий, чем титан, способен противостоять температурам более чем 1200 °C.
Компрессор, изготовленный из CMC, разрешит расширить степень сжатия до 60. Сейчас степень сжатия (чуть более 30) ограничена термостойкостью металла, из которого изготавливаются лопатки компрессора, — так как при сжатии воздушное пространство нагревается. Повышение степени сжатия свидетельствует, что при прошлой мощности двигатель возможно будет сделать более компактным, легким и действенным.
Из CMC предполагается делать и многорежимные камеры сгорания. Практически в двигателе будет две камеры с собственным набором форсунок — раздельно для режима большой мощности (взлет) и экономичного полета.
Все исследовательские команды советовали применять на пассажирских лайнерах сопла с изменяемой геометрией, как на военных самолетах. MIT кроме того снабдил собственный концепт H двигателями с изменяемым вектором тяги. Northrop Grumman предлагает применять в конструкции сопел металл с памятью формы.
Лепестки, окружающие сопло, раскрываются либо закрываются, ориентируясь на температуру реактивной струи. Как мы знаем, что шум двигателя пропорционален квадрату диаметра сопла.
Наиболее значимая тенденция в двигателестроении последних лет — повышение степени двухконтурности (подробнее об этом просматривайте в мартовском номере «ПМ»). Дабы прогонять больше воздуха в камеры сгорания и обход компрессора, конструкторы будут увеличивать диаметр вентилятора. Вентилятор с лопатками из карбона легче, чем железный. Особенная саблевидная форма лопаток разрешит снизить шум, который связан с приближением законцовок лопастей к звуковому барьеру.
В следствии степень двухконтурности двигателей 7-го поколения обещает превышать 13 при нынешней 5,5.
Водородный гибрид
Особенный подход к увеличению степени двухконтурности исповедует MIT. Исследователи Массачусетского технологического сконцентрировались не на повышении диаметра вентилятора, а на уменьшении размеров контура большого давления. И высокая степень сжатия им в этом превосходно помогла.
Инженеры Boeing в проекте SUGAR Volt не постеснялись применять вентилятор диаметром 2,26 м. Степень двухконтурности наряду с этим составила 18. Дополнительную мощность для вращения ужасного ротора дает электромотор. Самолет, оснащенный гибридным двигателем hFan, заправляется батарейными блоками и керосином.
Так исследователи решили уложиться в заданные NASA нормы по вредным выбросам и топливной экономичности.
Разработчики выделили, что расход электричества при расчете экономичности они в расчет не принимали. Гибридный двигатель — не столько важный концепт, сколько метод показать NASA, что заданные им рамки для самолета 7-го поколения через чур твёрдые. О невыполнимости заданных норм Boeing прямо заявляет в собственном отчете по проекту.
Исследователи MIT также прибегли к гибридной концепции с добропорядочной целью дать добро компромисс между отсосом работы и эффективностью двигателя пограничного слоя. В одной из конфигураций MIT H три турбореактивных двигателя вращают генераторы, каковые приводят 20 электрических вентиляторов на протяжении задней кромки гибридного крыла/фюзеляжа. Они формируют мягкое разрежение в области пограничного слоя и одновременно с этим дают достаточную тягу за счет количества.
Boeing и General Electric изучили возможность авиационных двигателей на топливных элементах. принципиальное отсутствие и Энергоёмкость водорода выбросов NO разрешило бы им с легкостью вписаться в заданные NASA рамки. Но необходимость разместить на борту сами топливные элементы, производящие электричество из водорода, и замечательные электродвигатели для вращения вентиляторов делает конструкцию через чур тяжелой и габаритной.
Кроме того, мощности одних электромоторов не хватает для взлета пассажирского лайнера, исходя из этого их возможно применять лишь в гибридной конфигурации, вместе с хорошим турбореактивным двигателем. Оказавшаяся конструкция через чур громадна для установки на среднемагистральный лайнер и может рассматриваться лишь применительно к большим самолетам.
Такси для народа
Честно говоря, вышеперечисленные инновации — широкие фюзеляжи, гибридные двигатели, экзотические материалы — всего лишь подробности, малозначительные если сравнивать с главным свойством самолета будущего. Вывод, что в один момент сделали все четыре команды исследователей, удивляет а также расстраивает: в будущем самолеты начнут летать медленнее приблизительно на 20%. Это нужное условие и для увеличения степени двухконтурности (дабы законцовки лопаток увеличенных вентиляторов не превышали скорость звука), и для ламинарного обтекания (чем ближе скорость звука, тем сложнее руководить воздушными потоками), и для экономии горючего, и для понижения уровня шума.
Значит ли это, что нам нужно будет проводить больше времени в пути? Вовсе не обязательно. Большое количество времени занимает не фактически полет, а регистрация, досмотр, рулежка и т. п. А основное, из аэропорта выбытия мы редко направляемся в аэропорт назначения.
Чаще приходится лететь в большой транспортный узел для пересадки на стыковочный рейс.
General Electric уверен в том, что вся сегодняшняя пассажирская авиация никуда не годится. А решить ее неприятности возможно посредством замечательного и действенного ПО. В центре проекта GE- 20-местный самолет-такси.
Предполагается, что такие автомобили будут летать между мелкими региональными аэропортами. Пассажиры будут оставлять в сети заявки, откуда и куда они желают попасть. Замечательный вычислительный центр будет составлять расписание для тысяч экономичных микролайнеров.
К примеру, если вы летите из Калуги в Челябинск, то, согласно точки зрения GE, у вас постоянно найдётся 19 попутчиков. А этого достаточно, дабы выяснить эргономичное для всех время и отправить самолет. Наряду с этим, согласно расчетам GE, цена билета не должна превышать нынешние расценки на авиарейсы.
Уделом больших воздушных судов останутся только перелеты между громадными городами и, конечно же, полеты через океан.
На безнравственную почву
Главной вывод всех групп пребывает в том, что видение NASA относительно самолета будущего чрезмерно оптимистично. Предложенные проекты так близки к фантастике, что реализовать их очень сложно. Классические же лайнеры вряд ли смогут стать на 70% тише и экономичнее.
Нам была самый близка концепция воздушного такси GE. По своим потребительским качествам она напоминает наземный вид транспорта, существующий сейчас. На скоростном поезде «Сапсан» возможно добраться от центра Москвы до центра Петербурга за четыре часа.
Самолет между двумя столицами летит 1,5 часа. В случае если прибавить к ним еще как минимум по часу на дорогу между центром города и аэропортом, несколько часов на прохождение и регистрацию изнурительной процедуры досмотра, мин. 15 на ожидание багажа (по самой оптимистичной оценке) то «Сапсан» с легкостью обгонит самолет. Уже сейчас сеть скоростных железных дорог близко оплела всю Европу.
Все больше людей предпочитают спуститься с неспокойных небес на безнравственную почву.
Нестареющая классика
Выбирая планер для лайнера будущего, компания Northrop Grumman разглядела громаднейшее количество самых экзотических вариантов. Среди них имеется «летающее крыло» HWB, «утка» с передними стабилизаторами, планер с замкнутым крылом (практически кольцеплан) а также прямоугольное летающее крыло, напоминающее воздушного змея. Любая конфигурация была представлена в двух вариантах: с двигателями в мотогондолах и с силовыми установками, интегрированными в фюзеляж.
Страно, что в итоге выбор экспертов Northrop Grumman пал на хорошую конфигурацию. Изображение концепта нетрудно спутать с простым Airbus A320. Чувство обманчиво: лайнер практически нашпигован разработками будущего.
К примеру, фюзеляж сделан из легких композитов с программируемой направленной жесткостью.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№94, август 2010).
<
h4>