- 27,637
- 46
- 8 Ноя 2022
Звучит как фантастика, но это реальный проект NASA.
Electra показала концепт пассажирского самолёта , в котором электричество помогает не заменить турбины, а по-новому распределить тягу по корпусу. Два турбовентиляторных двигателя под крылом остаются главным источником тяги и энергии, а электрические вентиляторы в хвостовой части работают с потоком воздуха за фюзеляжем.
По расчётам Electra, такая схема может добавить до 17% эффективности сверх улучшений, которые авиационная отрасль и так ждёт к 2050 году от новых материалов, двигателей и аэродинамики. Компания говорит именно о дополнительном выигрыше, а не о полной экономии по сравнению с сегодняшними самолётами.
Концепт разработали для программы NASA AACES 2050, или Advanced Aircraft Concepts for Environmental Sustainability 2050. NASA через эту инициативу изучает коммерческие самолёты середины века: с меньшим расходом топлива, более эффективной аэродинамикой, новыми схемами силовой установки и меньшей нагрузкой на климат. Electra предложила вариант, где газотурбинная авиация сочетается с распределённой электрической тягой.
Самая заметная часть проекта - широкий фюзеляж double-bubble, то есть корпус с двойным округлым сечением. У привычного узкофюзеляжного самолёта фюзеляж ближе к круглой трубе: внутри находятся пассажиры, багаж и системы, а снаружи корпус в основном создаёт сопротивление. В варианте Electra более широкий фюзеляж сам помогает создавать подъёмную силу и работает как часть аэродинамической схемы .
Хвостовые электрические вентиляторы используют приём поглощения пограничного слоя. Так называют воздух рядом с поверхностью самолёта, который замедляется из-за трения о корпус. У обычного лайнера этот поток увеличивает сопротивление и уходит назад с потерянной энергией. В концепте Electra вентиляторы забирают замедленный воздух над фюзеляжем, ускоряют его и превращают часть потерь в полезную тягу.
Электрическая передача даёт инженерам свободу в расположении движителей. Механически связать турбину под крылом с вентиляторами в хвосте сложно: понадобились бы валы, редукторы и дополнительные узлы с лишней массой. В турбоэлектрической схеме двигатели под крылом остаются на привычных местах, а хвостовые вентиляторы получают питание по кабелям. Поэтому движители можно поставить там, где они лучше работают с потоком.
Electra отдельно подчёркивает, что самолёт не требует перестраивать аэропорты. Концепт должен помещаться у существующих гейтов, вписываться в обычную работу авиакомпаний, летать на стандартном авиационном топливе или устойчивом авиационном топливе SAF. Зарядная инфраструктура в аэропорту не нужна. Экспериментальные виды топлива тоже не закладываются в проект. Для авиакомпаний это снижает риск: новый самолёт не должен ломать расписание, наземное обслуживание и топливную логистику.
Широкий корпус даёт ещё одно практическое преимущество. При внешнем классе узкофюзеляжного лайнера салон можно сделать с двумя проходами. Пассажирам проще двигаться внутри, посадка и высадка занимают меньше времени, а салон становится ближе по удобству к широкофюзеляжному самолёту. Electra пытается совместить аэропортовые габариты узкофюзеляжной машины с частью комфорта, который обычно появляется только в более крупных лайнерах.
Над концептом работала не только Electra. В команду AACES 2050 вошли American Airlines, Honeywell Aerospace, Lockheed Martin Skunk Works, Hinetics, Массачусетский технологический институт, Университет Мичигана и лаборатория Aircraft Systems Laboratory Калифорнийского университета в Ирвайне. Такой состав нужен потому, что проект затрагивает аэродинамику, силовую электронику, двигатели, эксплуатацию, сертификацию, маршруты и требования авиакомпаний.
Electra подготовила 11 технических статей с расчётами, моделями и выводами по проекту. Компания также использовала открытый инструмент NASA Aviary для междисциплинарного проектирования и оптимизации самолётов. Aviary помогает считать самолёт как единую систему: связывает аэродинамику, массу, геометрию, силовую установку и эксплуатационные параметры, а не рассматривает каждую часть отдельно.
На основе этой работы Electra разработала набор инструментов для проектирования электрифицированных самолётов, который хотят открыть для публичного использования. Другие исследователи смогут проверять собственные схемы: гибридные, турбоэлектрические, с распределённой тягой или с другими вариантами силовой установки. Для авиации середины века такие инструменты важны не меньше самих рендеров, потому что каждый процент экономии приходится доказывать расчётами и испытаниями.
Концепт не делает большой пассажирский лайнер полностью электрическим. Для магистральной авиации аккумуляторы пока слишком тяжёлые: топлива на тот же запас энергии нужно намного меньше по массе. Electra обходит это ограничение через турбоэлектрическую схему : топливо остаётся источником энергии, турбины создают тягу и электричество, а распределённые вентиляторы улучшают работу воздушного потока вокруг фюзеляжа.
У проекта остаются сложные технические вопросы. Поглощение пограничного слоя требует точной аэродинамики, потому что вентиляторы получают не ровный поток, а воздух после взаимодействия с корпусом. Электрическая система должна передавать большую мощность без лишней массы и с высокой надёжностью. Фюзеляж с двойным округлым сечением нужно проверить по прочности, давлению, весу, производству и обслуживанию.
Пока Electra показывает концепт, а не самолёт, готовый к серийному производству. Проект показывает, где авиация ищет следующий запас эффективности: в согласованной работе корпуса, воздушного потока, турбин и электрических движителей. NASA через AACES 2050 собирает такие схемы, чтобы выбрать решения для демонстраторов и будущих пассажирских лайнеров .
Electra показала концепт пассажирского самолёта , в котором электричество помогает не заменить турбины, а по-новому распределить тягу по корпусу. Два турбовентиляторных двигателя под крылом остаются главным источником тяги и энергии, а электрические вентиляторы в хвостовой части работают с потоком воздуха за фюзеляжем.
По расчётам Electra, такая схема может добавить до 17% эффективности сверх улучшений, которые авиационная отрасль и так ждёт к 2050 году от новых материалов, двигателей и аэродинамики. Компания говорит именно о дополнительном выигрыше, а не о полной экономии по сравнению с сегодняшними самолётами.
Концепт разработали для программы NASA AACES 2050, или Advanced Aircraft Concepts for Environmental Sustainability 2050. NASA через эту инициативу изучает коммерческие самолёты середины века: с меньшим расходом топлива, более эффективной аэродинамикой, новыми схемами силовой установки и меньшей нагрузкой на климат. Electra предложила вариант, где газотурбинная авиация сочетается с распределённой электрической тягой.
Самая заметная часть проекта - широкий фюзеляж double-bubble, то есть корпус с двойным округлым сечением. У привычного узкофюзеляжного самолёта фюзеляж ближе к круглой трубе: внутри находятся пассажиры, багаж и системы, а снаружи корпус в основном создаёт сопротивление. В варианте Electra более широкий фюзеляж сам помогает создавать подъёмную силу и работает как часть аэродинамической схемы .
Хвостовые электрические вентиляторы используют приём поглощения пограничного слоя. Так называют воздух рядом с поверхностью самолёта, который замедляется из-за трения о корпус. У обычного лайнера этот поток увеличивает сопротивление и уходит назад с потерянной энергией. В концепте Electra вентиляторы забирают замедленный воздух над фюзеляжем, ускоряют его и превращают часть потерь в полезную тягу.
Электрическая передача даёт инженерам свободу в расположении движителей. Механически связать турбину под крылом с вентиляторами в хвосте сложно: понадобились бы валы, редукторы и дополнительные узлы с лишней массой. В турбоэлектрической схеме двигатели под крылом остаются на привычных местах, а хвостовые вентиляторы получают питание по кабелям. Поэтому движители можно поставить там, где они лучше работают с потоком.
Electra отдельно подчёркивает, что самолёт не требует перестраивать аэропорты. Концепт должен помещаться у существующих гейтов, вписываться в обычную работу авиакомпаний, летать на стандартном авиационном топливе или устойчивом авиационном топливе SAF. Зарядная инфраструктура в аэропорту не нужна. Экспериментальные виды топлива тоже не закладываются в проект. Для авиакомпаний это снижает риск: новый самолёт не должен ломать расписание, наземное обслуживание и топливную логистику.
Широкий корпус даёт ещё одно практическое преимущество. При внешнем классе узкофюзеляжного лайнера салон можно сделать с двумя проходами. Пассажирам проще двигаться внутри, посадка и высадка занимают меньше времени, а салон становится ближе по удобству к широкофюзеляжному самолёту. Electra пытается совместить аэропортовые габариты узкофюзеляжной машины с частью комфорта, который обычно появляется только в более крупных лайнерах.
Над концептом работала не только Electra. В команду AACES 2050 вошли American Airlines, Honeywell Aerospace, Lockheed Martin Skunk Works, Hinetics, Массачусетский технологический институт, Университет Мичигана и лаборатория Aircraft Systems Laboratory Калифорнийского университета в Ирвайне. Такой состав нужен потому, что проект затрагивает аэродинамику, силовую электронику, двигатели, эксплуатацию, сертификацию, маршруты и требования авиакомпаний.
Electra подготовила 11 технических статей с расчётами, моделями и выводами по проекту. Компания также использовала открытый инструмент NASA Aviary для междисциплинарного проектирования и оптимизации самолётов. Aviary помогает считать самолёт как единую систему: связывает аэродинамику, массу, геометрию, силовую установку и эксплуатационные параметры, а не рассматривает каждую часть отдельно.
На основе этой работы Electra разработала набор инструментов для проектирования электрифицированных самолётов, который хотят открыть для публичного использования. Другие исследователи смогут проверять собственные схемы: гибридные, турбоэлектрические, с распределённой тягой или с другими вариантами силовой установки. Для авиации середины века такие инструменты важны не меньше самих рендеров, потому что каждый процент экономии приходится доказывать расчётами и испытаниями.
Концепт не делает большой пассажирский лайнер полностью электрическим. Для магистральной авиации аккумуляторы пока слишком тяжёлые: топлива на тот же запас энергии нужно намного меньше по массе. Electra обходит это ограничение через турбоэлектрическую схему : топливо остаётся источником энергии, турбины создают тягу и электричество, а распределённые вентиляторы улучшают работу воздушного потока вокруг фюзеляжа.
У проекта остаются сложные технические вопросы. Поглощение пограничного слоя требует точной аэродинамики, потому что вентиляторы получают не ровный поток, а воздух после взаимодействия с корпусом. Электрическая система должна передавать большую мощность без лишней массы и с высокой надёжностью. Фюзеляж с двойным округлым сечением нужно проверить по прочности, давлению, весу, производству и обслуживанию.
Пока Electra показывает концепт, а не самолёт, готовый к серийному производству. Проект показывает, где авиация ищет следующий запас эффективности: в согласованной работе корпуса, воздушного потока, турбин и электрических движителей. NASA через AACES 2050 собирает такие схемы, чтобы выбрать решения для демонстраторов и будущих пассажирских лайнеров .
- Источник новости
- www.securitylab.ru
