Els avions civils moderns destinats a companyies aèries comercials no només han de mostrar característiques d'alt rendiment, sinó que també s'han de distingir pels baixos costos operatius. A l’hora de crear noves mostres d’aquests equips, es té en compte la necessitat de reduir tots els costos bàsics i sorgeixen constantment noves opcions per reduir els costos de manteniment i vols. Les organitzacions de la NASA i DLR van proposar aquest any una versió interessant del liner, capaç de mostrar una eficiència especial. Un projecte de concepte prometedor s’anomena eRay.
La National Aeronautics and Space Administration (NASA) dels Estats Units i el Centre Alemany d’Aeronàutica i Espai (DLR) fan contribucions significatives al desenvolupament de l’aviació en totes les categories principals, inclosa l’aviació comercial, que s’encarrega del transport de persones i mercaderies. Els especialistes d’aquestes organitzacions busquen constantment noves idees, presenten noves propostes i les proven. A l’estiu d’aquest any, les dues organitzacions van presentar el concepte d’un avió prometedor capaç de mostrar característiques d’alt rendiment amb indicadors econòmics augmentats.
El nou projecte amb el títol provisional eRay s’estava elaborant amb una reserva per al futur. A l’hora de formular-ne els requisits, es van tenir en compte les previsions sobre el desenvolupament de l’aviació comercial fins al 2045. Les previsions actuals mostren que, en aquest moment, als països desenvolupats i en desenvolupament, el trànsit de passatgers i mercaderies creixerà significativament. En aquest sentit, caldrà el desenvolupament de la xarxa d’aeròdroms i la solució de diversos problemes organitzatius. A més, es requerirà una nova tecnologia d’aviació amb capacitats característiques per donar suport al transport. Pel que fa a les seves característiques, hauria de superar les mostres existents.
La NASA i la DLR creuen que els avions comercials del futur haurien de ser un 60% més econòmics que els actuals. Ha de ser capaç de treballar en camps d’aviació petits, a més de distingir-se per la reducció del soroll i la facilitat d’operació. En la seva investigació i informe sobre això, els autors del nou projecte van utilitzar l'avió de producció existent Airbus A321-200 com a mena de referència. Se suposava que un eRay prometedor tenia paràmetres de capacitat i capacitat de càrrega similars, però que al mateix temps mostrava avantatges en la resta d’àrees.
El concepte eRay encara no està pensat per a un disseny complet amb el llançament posterior de la producció i el funcionament dels equips. En aquest sentit, els especialistes de les organitzacions científiques van ser capaços de no limitar-se i utilitzar les idees més atrevides que encara no estan preparades per a la seva implementació a la pràctica. Va ser l'ús d'aquestes solucions el que va permetre resoldre les tasques assignades i "crear" una nova versió de l'avió del futur.
Segons les previsions més optimistes, l'avió eRay serà un 30% més lleuger que l'A321 de producció. L’eficiència de la central elèctrica s’incrementa un 48%. L’eficiència energètica global del consell augmenta un 64%. Cal tenir en compte que per obtenir aquests resultats, els científics i els dissenyadors no només havien d’introduir noves idees, sinó també abandonar les solucions habituals. Com a resultat, el revestiment proposat difereix notablement dels representants moderns de la seva classe.
El projecte eRay proposa la construcció d’un avió volant volant d’ala baixa amb una ala escombrada. Es proporciona una unitat de cua, que inclou només un estabilitzador amb una gran transversal V. No hi ha quilla. D’una manera original, a causa de la necessitat de millorar l’eficiència, es va resoldre el problema de disposar els elements de la central. Les seves unitats individuals es situen en diferents parts de l’ala, així com a la cua del fuselatge.
El fuselatge de l'avió, en general, s'assembla a les unitats de les màquines existents. Es proposa la construcció d’una estructura totalment metàl·lica d’elongació elevada amb forma aerodinàmica. La part de proa es troba sota la cabina i les sales tècniques, darrere de les quals hi ha un gran saló amb seients de passatgers. Es proporciona un volum per a la càrrega a l’habitacle, en primer lloc per a l’equipatge. La secció de cua ha de contenir un dels motors de la central elèctrica.
Es proposa atracar avions escombrats amb el fuselatge. L’ala obté un perfil òptim i a la major part de la seva superfície no hi ha elements capaços de pertorbar el flux. A les vores anteriors i posteriors de l'ala, es proporciona una mecanització del tipus tradicional. Als extrems, els dissenyadors van col·locar un parell de motors turboreactors de by-pass amb l'equipament necessari.
En lloc del tradicional empenatge, el projecte eRay utilitza un sistema inusual. A l'extrem de la cua del fuselatge, s'instal·la un canal anular cònic per a l'hèlix que empeny la central. Als laterals d’aquest canal, els dissenyadors van col·locar dos plans estabilitzadors instal·lats amb una V. transversal significativa. No hi ha quilla. El control del desgarr s’ha de dur a terme canviant l’empenta dels motors de les ales o mitjançant la mecanització de les ales.
Segons els càlculs de la NASA i la DLR, les tres quartes parts de l’augment de l’eficiència energètica només es poden aconseguir a través de l’aerodinàmica. Per exemple, el 13% de l'augment global de l'eficiència és proporcionat pel flux laminar al voltant del fuselatge. Portar l’envergadura a 45 m dóna un augment d’un 6% més. L’abandonament de la quilla escurça la superfície de la cèl·lula, reduint la resistència de l’aire.
No obstant això, la tasca de reduir el malbaratament "extra" d'energia no es resol només a causa de l'aerodinàmica. Per tant, es va plantejar la possibilitat d’eliminar els vidres laterals de l’habitacle. En aquest cas, el disseny del fuselatge es simplifica significativament, cosa que comporta un pes més lleuger i una reducció corresponent dels requisits dels motors. Tot i això, aquesta innovació no es considera obligatòria, ja que potser no els agrada als passatgers. És poc probable que un transportista vulgui obtenir eficiència energètica, però es quedi sense clients.
El projecte eRay preveu dotar l’avió d’una central elèctrica híbrida. L'ala hauria d'estar equipada amb motors turborreactors que generin empenta a partir de gasos, a més de conduir un parell de generadors elèctrics. S’ha de subministrar electricitat mitjançant els convertidors necessaris a les bateries, així com al motor de cua. El principal avantatge d’aquesta central elèctrica és la capacitat de canviar de manera flexible els paràmetres generals d’empenta per obtenir el consum òptim de combustible corresponent al règim de vol actual.
La NASA i la DLR veuen un parell de turborreactors de derivació com a base per a la central elèctrica per a eRay. Es proposa col·locar productes amb un rendiment suficient i dimensions reduïdes a les puntes de les ales. En el marc del projecte, es va estudiar l’aplicació de motors amb un sistema d’intercanviadors de calor, que escalfaven l’aire atmosfèric entrant degut als gasos que hi ha darrere de la turbina. En alguns modes, això us permet reduir el consum de combustible un 20%.
Els experts de les dues organitzacions van revisar els dispositius elèctrics existents dels tipus requerits i van fer certes conclusions. Va resultar que els generadors, bateries i motors existents permeten construir una central elèctrica per a eRay, però les seves característiques estaran lluny del desitjat. Per obtenir paràmetres òptims, es requereixen noves tecnologies i solucions. En particular, s'està considerant la possibilitat d'utilitzar l'efecte de la superconductivitat, que pot afectar els paràmetres d'un motor elèctric.
Les bateries d’emmagatzematge existents tampoc no permeten crear un avió amb els paràmetres desitjats. Les tecnologies del nivell 2010 proporcionen una densitat d'energia de l'ordre de 335 W * h / kg. El 2040 s’espera que aquest paràmetre creixi fins a 2500 W * h / kg. No obstant això, a curt termini, s’ha de confiar en bateries amb característiques més modestes d’uns 1500 W * h / kg. Segons els càlculs, la central combinada amb motors elèctrics i turborreactors proporcionarà una durada de vol d’almenys 6-7 hores i un abast de més de 6.000 km.
L’informe sobre el projecte conceptual eRay proporciona xifres interessants que mostren el potencial d’aquesta tècnica. Els dissenyadors van calcular els principals indicadors de rendiment de diferents equips mentre resolien el mateix problema. L'avió A321, quan realitzi un vol "de referència" a una distància de 4.200 km, hauria de consumir un total de poc menys de 84,5 MW d'energia. Per fer-ho, necessita 15881 kg de combustible. L’avió gasta 2,36 litres de combustible per transportar un passatger per cada 100 km. Per als prometedors avions eRay, segons els càlculs, el consum total d’energia arriba als 39,57 MW, és a dir, 5782 kg de combustible. Per transportar un passatger per cada 100 km, només necessiteu 0,82 litres de combustible. Així, en les condicions donades, la màquina prometedora resulta ser un 65,3% més eficient que el model de sèrie.
Una de les maneres de millorar l’eficiència energètica és fer servir l’espai de l’habitacle amb prudència. La NASA i el DLR ofereixen tres opcions per a la cabina del transatlàntic amb capacitats diferents. En primer lloc, considerem la cabina de classe econòmica, creada sobre la base de la cabina A321. En aquest cas, els seients s’instal·len en files de 3 + 3 amb passadís central. En aquesta configuració, l’avió transporta 200 persones. A la configuració Premium Economy, la capacitat de seients augmenta a 222 passatgers, per a la qual s’utilitzen diferents seients i s’optimitza la distribució dels volums disponibles. També s’ha elaborat una variant amb salons de tres classes. La classe Business té capacitat per a 8 seients, mentre que per a "econòmica" i "econòmica" es poden acomodar 87 i 105 passatgers, respectivament.
En la forma proposada, l'avió eRay té una longitud de 43,7 m. L'envergadura de les ales és de 38 m en la configuració bàsica o 45 m en l'avançada, cosa que dóna un cert augment de l'eficiència energètica. El pes de l'avió buit es determina en 36,5 tones. El pes màxim en enlairament és de 67 tones. La càrrega útil és d'aproximadament 25 tones, incloent 21 tones de passatgers i 4 tones d'equipatge. El rendiment del vol depèn dels elements de la central elèctrica utilitzats. En general, haurien d’estar al nivell dels models d’aviació comercial existents.
***
El concepte eRay, presentat aquest any per les principals organitzacions de recerca dels Estats Units i Alemanya, és de fet un altre intent de trobar maneres de desenvolupar encara més l’aviació de passatgers. Com s’assenyala amb raó a l’informe del projecte, en el futur hi haurà nous requisits per a l’aviació comercial i els transportistes necessitaran nous models d’equips amb capacitats especials. La cerca de solucions a aquest problema no s’atura, i el projecte eRay torna a oferir idees originals d’un o altre tipus.
Al projecte NASA i DLR, els objectius principals eren augmentar l’eficiència energètica i millorar l’aerodinàmica, cosa que hauria d’afectar positivament l’eficiència general de l’avió. Per obtenir aquestes característiques, es proposa un disseny especial de la cèl·lula, que combina solucions ben dominades i noves, així com una inusual central híbrida basada en components diferents. Els càlculs demostren que el consum òptim d’energia de combustible en combinació amb una millora de l’aerodinàmica hauria d’incrementar tant el vol com el rendiment econòmic de l’equip.
No obstant això, fins ara tots aquests resultats romanen "en paper". El concepte de liner eRay, com altres desenvolupaments d’aquest tipus, presenta un greu defecte i els seus autors en són ben conscients. En el moment actual i en un futur proper, els dissenyadors no podran adonar-se de tots els avantatges del concepte proposat. L’assoliment dels objectius marcats es veu obstaculitzat per la manca de tecnologies necessàries. Per tant, la idea d’un motor turborreactor amb intercanviadors de calor i potència generada per un generador necessita una major elaboració i proves pràctiques. Les bateries amb les característiques desitjades encara no estan disponibles i l’aspecte aerodinàmic característic de l’aeronau ha de confirmar les seves capacitats durant diversos estudis.
El desenvolupament de la tecnologia necessària per construir un avió eRay real és costós i requereix molt de temps. Els autors del projecte en són ben conscients i, per tant, consideren un avió prometedor en el context del desenvolupament de l’aviació en les properes dècades, fins al 2040-45. Creuen que en aquest moment la ciència crearà els components necessaris i durà a terme tota la investigació necessària, cosa que permetrà implementar nous conceptes: eRay o altres projectes.
El projecte conceptual NASA / DLR eRay, a causa del seu propòsit específic, no es pot considerar un èxit o un fracàs. El seu objectiu era determinar els camins per al desenvolupament de l’aviació comercial civil i trobar el disseny òptim que complís els requisits del futur. Científics i enginyers dels dos països han estudiat acuradament la pregunta actual i han presentat la seva pròpia versió de la resposta. És molt possible que a finals dels anys trenta, avions similars a l'actual eRay s'enlairin. No obstant això, el desenvolupament de l'aviació pot anar per altres vies i, per tant, els futurs avions tindran similituds amb altres conceptes del nostre temps.
