atmosfera

Figura 7-4: Alte reduceri potențiale ale tractiunii aeronavelor.

Îmbunătățirile avionice au îmbunătățit precizia navigației și au făcut posibile trasee de zbor mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil. Capitolul 10 tratează acest subiect într-o oarecare măsură.

Schimbările de reglementare, cum ar fi adăugarea regulilor ETOPS, au făcut posibil ca aeronavele bimotoare extrem de eficiente și fiabile de astăzi să poată fi utilizate pe rutele care le erau interzise anterior. Aceste rute au distanțe mai mari de divizare a aerodromului; prin urmare, se poate realiza o distanță de zbor mai scurtă, ceea ce reduce consumul de combustibil.

7.3.7. Tehnologii avansate pentru viitor

Această subsecțiune ia în considerare unele dintre progresele realizate în domeniile de studiu legate de aerodinamică. Progresele în aceste domenii devin candidați pentru adoptarea treptată a instrumentelor derivate ale aeronavelor de producție existente și a următoarei generații de avioane, așa cum se arată în Figura 7-4. Unele concepte, cum ar fi dispozitivele îmbunătățite de tip aripă și suprafețele mai netede, pot fi considerate ca derivate ale proiectelor existente. Sunt de asemenea discutate tehnologiile avansate de reducere a greutății, sistemele de control al aeronavelor și conceptele de aeronave.

7.3.7.1. Concepte de flux laminar

Fluxul laminar neted asupra unui corp creează mai puțină rezistență decât fluxul turbulent. Cu toate acestea, este dificil de realizat și depinde de o serie de factori, în special de forma și suprafața corpului. Proiectele actuale ale aeronavelor generează diferite grade de curgere turbulentă. Sunt explorate concepte de control pasiv care încurajează fluxul laminar. Aceste concepte includ aripi cu fante sau suprafețe încălzite/răcite în mod activ, dar beneficiile trebuie încă dovedite. Dacă ventilatorul montat pe aripă (centrale electrice fără conducte - a se vedea secțiunea 7.4.3.) Tehnologia de propulsie ar fi adoptată în viitor, ar trebui să se dezvolte folii aeriene cu flux laminar care ar putea tolera efectele efluxului elicei pe suprafața aripii. . De asemenea, pot fi luate în considerare aranjamente alternative de montare, cum ar fi ventilatoarele de popi montate pe fuselaj.

Sistemele de aspirare a fluxului laminar pentru aripi, fuselaj, stabilizatori și nacele au fost și continuă să fie revizuite și evaluate. Dezvoltarea acestor sisteme, care au ca scop menținerea fluxului atașat (laminar) de suprafețele aerodinamice prin aspirarea aerului înconjurător

piei poroase, este o provocare tehnică cu risc ridicat care este probabil să necesite un interval de timp mai lung pentru dezvoltarea completă și introducerea companiei aeriene (după 2015). O considerație cheie este greutatea sistemelor de flux laminar (și cerințele de putere ale acestora) comparativ cu economiile de reducere a rezistenței la misiunea completă. Contaminarea suprafeței poroase a pielii de către insecte/resturi poate reduce semnificativ performanța sistemelor cu flux laminar și poate crește costurile de întreținere. Lucrările în acest domeniu până în prezent nu au atins punctul în care aceste penalități, împreună cu efectele defecțiunii sistemului sau ale altor riscuri, au fost pe deplin evaluate și echilibrate în raport cu economiile de combustibil.


Figura 7-5: 2016 avion subsonic.

7.3.7.2. Alte îmbunătățiri aerodinamice

Alte potențiale îmbunătățiri aerodinamice care necesită o dezvoltare și o investigație ulterioară includ atașarea pungilor (crânguri mici în direcția fluxului de aer) la fuzelaj, aripă și coadă orizontală pentru a reduce zonele de curgere turbulentă; dispozitive avansate de control al fluxului pasiv (de exemplu, generatoare de vortex) pentru a îmbunătăți ridicarea; aripi avansate pe aripile exterioare; tehnologie de aripi supercritică pentru a îmbunătăți și optimiza raportul de ridicare/tracțiune a croazierelor; metodologii avansate de proiectare CFD; și metode avansate de fabricație pentru a îmbunătăți fuzelajul și netezimea suprafeței aripilor pentru a reduce rezistența.

7.3.7.3. Reducerea greutății

Se așteaptă ca greutatea structurii aeronavei să scadă în continuare prin încorporarea treptată a aliajelor de aluminiu îmbunătățite și a compozitelor aluminiu-litiu pentru secțiuni ale structurilor primare (adică, fuselaj, aripă și empenaj) și a compozitelor pentru structurile secundare. Pentru structurile primare, procesul de introducere este lent din cauza procesului de certificare pentru proiectarea structurală, caracterizarea proprietății materialelor și probleme de siguranță, care implică programe de testare a durabilității și rezistenței lungi și costisitoare.

Estimările reducerilor de greutate rezultate din implementarea cu succes a acestor strategii, aplicate unei aeronave cu raza medie, cu corp larg, sugerează că s-ar putea economisi 2.000 kg de OEW. Această reducere a greutății reprezintă o îmbunătățire a consumului de combustibil cu aproximativ 1%.

7.3.7.4. Sisteme de aeronave

„Sisteme de aeronave” este un termen generic aplicat numărului mare de subsisteme utilizate într-o aeronavă modernă pentru a opera aeronava în zbor. Toate aceste sisteme oferă spațiu pentru îmbunătățiri care ar putea reduce consumul de combustibil. Se estimează, de exemplu, că extinderea capacității sistemelor de control fly-by-wire pentru a include creșterea activă a stabilității pitch și reducerea încărcăturii aripilor oferă potențialul pentru o îmbunătățire de 1-3% a eficienței globale a combustibilului. Dezvoltarea unui avion „complet electric”, care șterge și utilizarea curentă a sângerărilor de aer de la motoare pentru puterea secundară pneumatică și anti-înghețată, are potențialul de a economisi combustibil în timpul croazierei. Utilizarea celulelor de combustibil cu tehnologie avansată pentru înlocuirea unității de alimentare auxiliare (APU) ar putea oferi economii în ceea ce privește arderea totală a combustibilului local/la sol și emisiile, cu avantajul suplimentar al zgomotului redus lângă terminale. Cu toate acestea, în unele cazuri, costul și complexitatea necesare pentru a depăși modurile de eșec ale acestor sisteme sunt ridicate, ceea ce poate inhiba sau întârzia utilizarea acestora în serviciul comercial. Utilizarea controlului activ al centrului de greutate este un alt mijloc potențial de îmbunătățire a eficienței combustibilului în condiții de croazieră. Îmbunătățirile privind siguranța zborului ar putea crește OEW.

Figura 7-6: MD-11, corpul cu aripi amestecate și comparația convențională a dimensiunilor planului.

7.3.7.5. Concepte avansate Airframe

Îmbunătățirile eficienței aerodinamice, cum ar fi un raport de ridicare/rezistență mai ridicat (de exemplu, aripile de croazieră și fluxul laminar natural), materiale structurale noi și avansurile sistemului de control (cum ar fi fly-by-wire) ar putea îmbunătăți colectiv consumul de combustibil cu aproximativ 10%, comparativ la avioanele de producție actuale. O aeronavă care reprezintă unele dintre aceste tehnologii avansate de celule (2016) este prezentată în Figura 7-5 de pe pagina anterioară (Condit, 1996).

La capătul superior al scalei dimensiunii aeronavei (> 600 de pasageri), ar putea fi dezvoltată o abordare conceptuală mai futuristă, cum ar fi un corp cu aripi mixte (BWB). O comparație a dimensiunii vizualizării în plan între un avion MD-11, BWB și un avion convențional de 800 de pasageri este prezentată în Figura 7-6 (Liebeck, și colab., 1998). Studiile au evaluat potențialul designului BWB. Avantajul modelului BWB față de proiectele convenționale sau evolutive provine din extinderea cabinei în lungime, asigurând astfel suprapunere structurală și aerodinamică cu aripa. Acest design reduce suprafața aerodinamică umedă totală a avionului și permite realizarea unei distanțe mai mari, deoarece corpul central adânc și rigid oferă anvergură structurală „liberă”. Stabilitatea statică relaxată permite o încărcare optimă. Dacă tehnologiile motorului și ale materialelor structurale rămân aceleași pentru BWB, estimările inițiale arată că arderea combustibilului ar putea fi redusă semnificativ în raport cu cea a transporturilor mari proiectate în mod convențional (Liebeck și colab., 1998). Alte configurații mari de transport sunt evaluate (McMasters și Kroo, 1998) și comparate cu modelele actuale.

În plus față de potențialul de ardere a combustibilului și reducerea emisiilor acestui concept, instalația motorului și cadrul aeronavei pot ajuta la minimizarea zgomotului exterior: orificiile de intrare sunt plasate deasupra aripii, astfel încât zgomotul ventilatorului să fie protejat de vastul corp central.

Validarea beneficiilor potențiale de ardere a combustibilului va necesita teste ample la scară largă. Principalele provocări constau în integritatea structurală generală a vasului sub presiune oval, integrarea propulsiei și a aeronavei, ieșirea de urgență (evacuarea pasagerilor pe uscat și pe apă), acceptarea pasagerilor și compatibilitatea aeroportului. Un concept inițial BWB ar putea intra în funcțiune după anul 2020. Cu toate acestea, dimensiunea pasagerului și gama proiectului inițial nu sunt cunoscute în acest moment.