Ce-Liner - концептуальный электролет будущего от Bauhaus Luftfahrt
В сентябре 2012 года на авиашоу ILA в Берлине был представлен интересный концепт перспективного авиалайнера будущего работы исследовательского института Bauhaus Luftfahrt - “Ce-liner”. Согласно их задумке полностью электрический авиалайнер удовлетворит будущие требования Европейской Комиссии по защите окружающей среды от вредных выбросов - Flightpath 2050.
Успешный полет электролета Elektra One от PC’Aero в 2011 году доказал принципиальную возможность создания самолета с электрическим приводом. Дальнейшей прогресс в этой сфере - за совершенствованием технологий аккумулирования электроэнергии. Исследовательский институт прогнозирует достижение к 2030 году емкости аккумуляторов которые позволят полет с дальностью 700 миль, спустя пять лет - 1000, и к 2040 - возможность пролететь 1600 миль на «одной зарядке». Т.е. это такой проект «на будущее» воплощение которого оценивают именно что 2035-2050 годами.
В концепте Ce-liner объединены несколько перспективных технологий. Аэродинамическая компоновка С-wing повышает аэродинамическое качество системы, и существенно снижая индуктивное сопротивление, делает концепцию трансатлантический перелетов на электроэнергии более жизненной. В дополнение к нулевому уровню выбросов (предположим что электричество для заряда батарей вырабатывалось ветроэлектростанциями или солнечными панелями а не сжиганием ископаемого топлива) самолет будет иметь всего получасовой цикл предполётной подготовки в аэропорту, легко регулируемую, вплоть до реверса, тягу электродвигателей для лучшего управления скоростью полета и новый дизайн салона, который позволит пассажирам иметь больше свободного пространства если загрузка самолета не 100%.
Переход на электротягу также избавит авиакомпании от зависимости от цен на нефть (а значит и авиатопливо) что позволит обойтись без снижения уровня сервиса который нынче практикуется во имя сохранения прибыльности рейсов. Ну и конечно - мы радикально решаем проблему шума реактивного двигателя.
Концепт представляет собой междисциплинарный подход, когда 4 исследовательских группы Bauhaus Luftfahrt, занимающиеся разными тематиками объединили свои усилия в рамках одной темы. Базовое исследование началось с оценки состояния рынка, затем последовала ревизия доступных для использования технологий, и только потом настало время для создания концептуального проекта будущего самолёта.
По прогнозам создателей модели, в 2030 году более 59% рейсов, выполняемых самолетов вместимостью 180-200 мест будет укладываться в дальность 1100 км. Эта категория считается наиболее перспективный, с точки зрения сокращения выбросов. Если замахнуться на дальность 1600 км, то покроется уже 79% трасс.
«Цели, обозначенные в Flightpath 2050 всё теснее соотносятся с нашими направлениями исследований», заявил профессор Mirko Hornung, начальник Bauhaus Luftfahrt. «Многие в нашей лаборатории после ознакомления с образцами технологий выдвинули идею соединить их вместе и создать экологически чистый лайнер» . В проекте особое внимание было уделено электрическим системам самолёта и его двигателям. Исследователи установили, что указанные новые технологии делают появление лайнера с чистым электрическим приводом, который будет пригоден для коммерческого использования более реалистичным, чем это считается сегодня.
Скорее всего мы никогда не увидим его в воздухе - но наверняка результаты полученные в рамках работ по этой теме приблизят нас к воплощению в реальность трансатлантических перелетов на электротяге.
Дополнительную информацию о проекте можно почерпнуть из интервью с директором программы Visionary Aircraft Concepts исследовательского института Bauhaus Luftfahrt - Dr. Askin T. Isikveren
Вопрос (В): Как концепция С-Wing влияет на полет с точки зрения аэродинамики и эффективности?
Ответ (О): Концепция C-Wing предложена Ilan Kroo из Стэнфордского университета и John H McMasters из Боинга/Вашингтонского университета, направлена на существенное снижение сопротивления, связанного с генерацией подемной силы - почти тем же путем винглеты снижают сопротивление коммерческих транспортных самолетов и бизнес-джетов. Отличие состоит в том, что мы объединяем традиционное горизонтальное оперение с основным крылом таким образом, чтобы улучшить еще больше полезный эффект винглетов. Можно представить это как винглет на винглете. Наши расчеты показывают общее снижение аэродинамического сопротивления на 11% по сравнению с традиционной классической схемой с раздельными крылом и оперением.
В: Каким образом двигатели Ce-Liner смогут обеспечить достаточно мощности для большого самолета?
О: Мы используем так называемые высокотемпературные сверхпроводящие электродвигатели. Их разработка находится на очень ранней экспериментальной стадии - сейчас мы получили неплохие результаты от лабораторных испытаний в США. Эти двигатели отлично подходят для авиакосмического применения, поскольку от них ожидается очень хорошее соотношения мощности к весу. Вентилятор Silent Advanced Fans (SAFE) используя электрический привод обеспечит для Ce-Liner общую мощность 59800 л.с. необходимую для взлета.
Закапотировав лопасти вентилятора мы ожидаем очень низкий уровень шума в кабине и окружающей среде. Дополнительным преимуществом использования электродвигателей в силовой установке является возможность создания обратной тяги (на снижении или во время пробега) простым изменением направления вращения вентилятора. Для современных керосиновых ТРД необходимо дополнительное оборудование для реверса, что увеличивает вес и стоимость.
В: Какие дополнительные отличия между Ce-Liner и современными пассажирскими реактивными самолетами?
О: Мы также уделяем значительное внимание компоновке пассажирского салона. Мы предполагаем посадку и высадку через центр салона. Наши складываемые набок сидения Sideward Foldable Seats позволяют существенно ускорить посадку пассажиров. В дополнение, когда салон не полон (а как показывает статистика большинство рейсов не загружено на 100%), имея кресла Sideward Foldable Seats вы можете просто сложить не используемые и освободить больше пространства в салоне для увеличения комфорта.
Для уверенности что самолет будет готов отойти от терминала за 30 минут мы так же разрабатываем специальную модификацию стандартных промышленных контейнеров (называемую Charge Carrying Containers или 3C) для размещения литий-ионных батарей. Таким образом ЛА не будет требовать зарядки аккумуляторов (которая займет около 2 часов), мы просто заменим одни контейнеры на другие.
В: Какая наиболее сложная конструкторская задача в создании Ce-Liner?
О: Наиболее сложный вызов это снижение веса универсальной электросистемы Universally-Electric Systems Architecture необходимой для самолета. Невзирая на то, что мы поставили достаточно жестокие ограничение на вес ключевых компонентов электросистемы, ЛА в целом остается тяжелей, чем перспективные проекты традиционных самолетов с керосиновыми ТРД. А это соответственно снижает ЛТХ, например обрезает дальность полета.
Публикуя результаты нашей исследовательской работы, мы с надеждой смотрим на сотрудничество с широкими академическими кругами и промышленностью, что должно помочь решить эту проблему. Следует отметить что даже при достижимом весе наша Universally-Electric Systems Architecture обеспечивает на 10% лучшую эффективность, чем у перспективных ЛА на классических ТРД. Такой результат получен в связи с изначально большей эффективностью компонентов и подсистем связанных с переходом на электротягу. Это хорошая новость, учитывая потенциал использования электроэнергии, каким бы ни был ее источник, для будущего применения в авиакосмической отрасли.
В: Какой ожидается примерная цена конструирования и производства Ce-Liner?
О: Мы пока еще не спрогнозировали полностью стоимость полного цикла разработки для Ce-Liner. Некоторые технологии компонентов составляющих Universally-Electric Systems Architecture находятся сейчас в экспериментальной стадии, однако цель поставленная нами существенно выше чем стоимость одного современного узкофюзеляжного самолета с керосиновыми двигателями.
В: Какая оценочная продажная цена?
О: Наша оценка стоимости и моделирование рынка совсем не учли какой эффект будет оказывать нулевой уровень выбросов на цену. Сейчас это очень сложно предсказать. Базируясь на общепринятом в авиационном обществе методе используя дальность полета, пассажировместимость и другие особенности салона и ЛТХ мы оцениваем цену в 39.6 млн. дол. США.
Источники:
http://www.altair.com.pl/news/view?news_id=8561
http://www.businessinsider.com/how-the-electric-ce-liner-plane-works-2012-9
http://earthtechling.com/2012/10/ce-liner-electric-passenger-jet-of-tomorrow-a-cool-concept/
http://www.bauhaus-luftfahrt.net/archiv/konzeptstudie-zur-elektromobilitaet-in-der-luftfahrt-201ece-liner201c
Успешный полет электролета Elektra One от PC’Aero в 2011 году доказал принципиальную возможность создания самолета с электрическим приводом. Дальнейшей прогресс в этой сфере - за совершенствованием технологий аккумулирования электроэнергии. Исследовательский институт прогнозирует достижение к 2030 году емкости аккумуляторов которые позволят полет с дальностью 700 миль, спустя пять лет - 1000, и к 2040 - возможность пролететь 1600 миль на «одной зарядке». Т.е. это такой проект «на будущее» воплощение которого оценивают именно что 2035-2050 годами.
В концепте Ce-liner объединены несколько перспективных технологий. Аэродинамическая компоновка С-wing повышает аэродинамическое качество системы, и существенно снижая индуктивное сопротивление, делает концепцию трансатлантический перелетов на электроэнергии более жизненной. В дополнение к нулевому уровню выбросов (предположим что электричество для заряда батарей вырабатывалось ветроэлектростанциями или солнечными панелями а не сжиганием ископаемого топлива) самолет будет иметь всего получасовой цикл предполётной подготовки в аэропорту, легко регулируемую, вплоть до реверса, тягу электродвигателей для лучшего управления скоростью полета и новый дизайн салона, который позволит пассажирам иметь больше свободного пространства если загрузка самолета не 100%.
Переход на электротягу также избавит авиакомпании от зависимости от цен на нефть (а значит и авиатопливо) что позволит обойтись без снижения уровня сервиса который нынче практикуется во имя сохранения прибыльности рейсов. Ну и конечно - мы радикально решаем проблему шума реактивного двигателя.
Концепт представляет собой междисциплинарный подход, когда 4 исследовательских группы Bauhaus Luftfahrt, занимающиеся разными тематиками объединили свои усилия в рамках одной темы. Базовое исследование началось с оценки состояния рынка, затем последовала ревизия доступных для использования технологий, и только потом настало время для создания концептуального проекта будущего самолёта.
По прогнозам создателей модели, в 2030 году более 59% рейсов, выполняемых самолетов вместимостью 180-200 мест будет укладываться в дальность 1100 км. Эта категория считается наиболее перспективный, с точки зрения сокращения выбросов. Если замахнуться на дальность 1600 км, то покроется уже 79% трасс.
«Цели, обозначенные в Flightpath 2050 всё теснее соотносятся с нашими направлениями исследований», заявил профессор Mirko Hornung, начальник Bauhaus Luftfahrt. «Многие в нашей лаборатории после ознакомления с образцами технологий выдвинули идею соединить их вместе и создать экологически чистый лайнер» . В проекте особое внимание было уделено электрическим системам самолёта и его двигателям. Исследователи установили, что указанные новые технологии делают появление лайнера с чистым электрическим приводом, который будет пригоден для коммерческого использования более реалистичным, чем это считается сегодня.
Скорее всего мы никогда не увидим его в воздухе - но наверняка результаты полученные в рамках работ по этой теме приблизят нас к воплощению в реальность трансатлантических перелетов на электротяге.
Дополнительную информацию о проекте можно почерпнуть из интервью с директором программы Visionary Aircraft Concepts исследовательского института Bauhaus Luftfahrt - Dr. Askin T. Isikveren
Вопрос (В): Как концепция С-Wing влияет на полет с точки зрения аэродинамики и эффективности?
Ответ (О): Концепция C-Wing предложена Ilan Kroo из Стэнфордского университета и John H McMasters из Боинга/Вашингтонского университета, направлена на существенное снижение сопротивления, связанного с генерацией подемной силы - почти тем же путем винглеты снижают сопротивление коммерческих транспортных самолетов и бизнес-джетов. Отличие состоит в том, что мы объединяем традиционное горизонтальное оперение с основным крылом таким образом, чтобы улучшить еще больше полезный эффект винглетов. Можно представить это как винглет на винглете. Наши расчеты показывают общее снижение аэродинамического сопротивления на 11% по сравнению с традиционной классической схемой с раздельными крылом и оперением.
В: Каким образом двигатели Ce-Liner смогут обеспечить достаточно мощности для большого самолета?
О: Мы используем так называемые высокотемпературные сверхпроводящие электродвигатели. Их разработка находится на очень ранней экспериментальной стадии - сейчас мы получили неплохие результаты от лабораторных испытаний в США. Эти двигатели отлично подходят для авиакосмического применения, поскольку от них ожидается очень хорошее соотношения мощности к весу. Вентилятор Silent Advanced Fans (SAFE) используя электрический привод обеспечит для Ce-Liner общую мощность 59800 л.с. необходимую для взлета.
Закапотировав лопасти вентилятора мы ожидаем очень низкий уровень шума в кабине и окружающей среде. Дополнительным преимуществом использования электродвигателей в силовой установке является возможность создания обратной тяги (на снижении или во время пробега) простым изменением направления вращения вентилятора. Для современных керосиновых ТРД необходимо дополнительное оборудование для реверса, что увеличивает вес и стоимость.
В: Какие дополнительные отличия между Ce-Liner и современными пассажирскими реактивными самолетами?
О: Мы также уделяем значительное внимание компоновке пассажирского салона. Мы предполагаем посадку и высадку через центр салона. Наши складываемые набок сидения Sideward Foldable Seats позволяют существенно ускорить посадку пассажиров. В дополнение, когда салон не полон (а как показывает статистика большинство рейсов не загружено на 100%), имея кресла Sideward Foldable Seats вы можете просто сложить не используемые и освободить больше пространства в салоне для увеличения комфорта.
Для уверенности что самолет будет готов отойти от терминала за 30 минут мы так же разрабатываем специальную модификацию стандартных промышленных контейнеров (называемую Charge Carrying Containers или 3C) для размещения литий-ионных батарей. Таким образом ЛА не будет требовать зарядки аккумуляторов (которая займет около 2 часов), мы просто заменим одни контейнеры на другие.
В: Какая наиболее сложная конструкторская задача в создании Ce-Liner?
О: Наиболее сложный вызов это снижение веса универсальной электросистемы Universally-Electric Systems Architecture необходимой для самолета. Невзирая на то, что мы поставили достаточно жестокие ограничение на вес ключевых компонентов электросистемы, ЛА в целом остается тяжелей, чем перспективные проекты традиционных самолетов с керосиновыми ТРД. А это соответственно снижает ЛТХ, например обрезает дальность полета.
Публикуя результаты нашей исследовательской работы, мы с надеждой смотрим на сотрудничество с широкими академическими кругами и промышленностью, что должно помочь решить эту проблему. Следует отметить что даже при достижимом весе наша Universally-Electric Systems Architecture обеспечивает на 10% лучшую эффективность, чем у перспективных ЛА на классических ТРД. Такой результат получен в связи с изначально большей эффективностью компонентов и подсистем связанных с переходом на электротягу. Это хорошая новость, учитывая потенциал использования электроэнергии, каким бы ни был ее источник, для будущего применения в авиакосмической отрасли.
В: Какой ожидается примерная цена конструирования и производства Ce-Liner?
О: Мы пока еще не спрогнозировали полностью стоимость полного цикла разработки для Ce-Liner. Некоторые технологии компонентов составляющих Universally-Electric Systems Architecture находятся сейчас в экспериментальной стадии, однако цель поставленная нами существенно выше чем стоимость одного современного узкофюзеляжного самолета с керосиновыми двигателями.
В: Какая оценочная продажная цена?
О: Наша оценка стоимости и моделирование рынка совсем не учли какой эффект будет оказывать нулевой уровень выбросов на цену. Сейчас это очень сложно предсказать. Базируясь на общепринятом в авиационном обществе методе используя дальность полета, пассажировместимость и другие особенности салона и ЛТХ мы оцениваем цену в 39.6 млн. дол. США.
Источники:
http://www.altair.com.pl/news/view?news_id=8561
http://www.businessinsider.com/how-the-electric-ce-liner-plane-works-2012-9
http://earthtechling.com/2012/10/ce-liner-electric-passenger-jet-of-tomorrow-a-cool-concept/
http://www.bauhaus-luftfahrt.net/archiv/konzeptstudie-zur-elektromobilitaet-in-der-luftfahrt-201ece-liner201c