Transport
Nowe projekty w lotnictwie - oszczędność paliwa to mniejsze emisje CO2
2011-03-21
Znaczenie lotnictwa w transporcie stale wzrasta. Szacuje się, że w 2014 roku linie lotnicze będą obsługiwać 3,3 mld indywidualnych pasażerów rocznie. W dużej mierze jest to spowodowane znacznym spadkiem cen przelotów – są one niższe średnio o 60 proc. niż 40 lat temu. Jednak wzrasta również emisyjność tego sektora i jego udział w globalnej emisji CO 2 z transportu wynosi obecnie 12 proc. Nowe projekty, skupiające się na zwiększeniu efektywności lotu, pozwolą jednocześnie rozwiązać problem zanieczyszczeń.
"Ddouble bubble" - projekt D8. Żródło: NASA/MIT/Aurora Flight Sciences
Z kolei w Imperial College projektuje się lekkie samoloty, wymagające mniejszych silników. W jednym z modeli silniki umieszczono na rufie powyżej skrzydeł i całkowicie zrezygnowano z płetwy ogonowej. Brak stateczników ogonowych rekompensuje elektryczny system kontroli lotu, połączony z klapami, lotkami i innymi powierzchniami sterownymi umieszczonymi na skrzydłach.
W praktyce na pewnej długości skrzydła powstają turbulencje, powodujące dodatkowe opory powietrza – prawie połowa paliwa niezbędna do rejsu spalana jest w celu przezwyciężenia tej warstwy granicznej. Dlatego dąży się do skonstruowania idealnie opływowych skrzydeł, gdzie przepływ powietrza będzie laminarny na całej ich długości. Zrozumienie przyczyny tych procesów pozwoli znacząco zmniejszyć zużycie paliwa. A przecież jego efektywne wykorzystanie jest w branży lotniczej podstawą sukcesu.
OB, ChronmyKlimat.pl
na podstawie: www.economist.com, web.mit.edu, www.nasa.gov
Nie da się ukryć, że dzisiejsze lotnictwo za sprawą lżejszych, bardziej aerodynamicznych konstrukcji, nowych silników i systemów zarządzania lotem jest dużo wydajniejsze niż w latach 60. ubiegłego wieku. Natomiast sam wygląd samolotu niewiele się zmienił. Niektórzy konstruktorzy twierdzą, że statki powietrzne w swym obecnym kształcie osiągnęły już maksimum efektywności. Ponadto, rosnący popyt wymusi na przewoźnikach zwiększenie liczby rejsów, co oznacza większe emisje. Aby uzyskać dalsze oszczędności na paliwie, generującym większość kosztów utrzymania floty, trzeba będzie stworzyć całkiem nowe konstrukcje.
W całej historii lotnictwa pasażerskiego proponowano wiele nowych projektów, ale żaden się nie przyjął. Miało to najczęściej związek z restrykcyjnymi wymogami bezpieczeństwa, np. w wypadku awarii wszyscy pasażerowie powinni zostać ewakuowani w ciągu 90 sekund przez zaledwie połowę z istniejących wyjść. Nowe projekty (statek w układzie latającego skrzydła) nie spełniały tych norm. Ponadto nie były dostosowane do istniejącej infrastruktury lotniskowej, czy po prostu nie były komfortowe dla pasażerów.
Dużą szansę na spełnienie wszystkich wymogów mogą mieć projekty przygotowywane w Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz w Imperial College w Londynie, które opierają się na istniejących modelach. W MIT testowana jest seria D statków powietrznych. Mają one ten sam rozmiar, zasięg i mieszczą podobna liczbę pasażerów, co Boeing 737-800. Jednak wersja D8.1, zbudowana z konwencjonalnych materiałów pozwoli zaoszczędzić 49 proc. paliwa, a wersja D8.5 (zbudowana z materiałów, które mają być dostępne dopiero w 2035 roku) już 71 proc.
Efektywność serii D wynika z jej nowatorskiej konstrukcji: dwa cylindryczne połączone ze sobą kadłuby i nos zadarty do góry zwiększają siłę nośną, co pozwala na montaż lżejszych skrzydeł. Trzy silniki zamontowane z tyłu kadłuba, pomiędzy statecznikami pionowymi, jeszcze zwiększają tę siłę, a jednocześnie pozwalają na zmniejszenie masy ogona. Część ogonowa statku ukształtowana jest tak, by specyficznie wprowadzać opływające kadłub powietrze do silników. Konstruktorzy wykorzystali fakt, że im bliżej kadłuba jest strumień powietrza, tym wolniej się porusza. Wtłaczanie przylegającego do kadłuba utleniacza do silników zwiększa ich wydajność, natomiast im dalej od niego, tym warstwa powietrza porusza się szybciej, która może wywoływać niechciane naprężenia w konstrukcji silników.
Problem ten można rozwiązać wzmacniając elementy silnika lub zmniejszając prędkość lotu. Modele D będą latać wolniej niż B737-800 (0,72 Ma dla D8.1 i 0,74 Ma dla D8.5 przy 0,79 Ma 737), ale dzięki dwukadłubowej budowie wsiadanie i wysiadanie z samolotu będzie sprawniejsze. Ostatecznie, na krótkich trasach czas podróży dla serii D będzie krótszy niż w 737.
W całej historii lotnictwa pasażerskiego proponowano wiele nowych projektów, ale żaden się nie przyjął. Miało to najczęściej związek z restrykcyjnymi wymogami bezpieczeństwa, np. w wypadku awarii wszyscy pasażerowie powinni zostać ewakuowani w ciągu 90 sekund przez zaledwie połowę z istniejących wyjść. Nowe projekty (statek w układzie latającego skrzydła) nie spełniały tych norm. Ponadto nie były dostosowane do istniejącej infrastruktury lotniskowej, czy po prostu nie były komfortowe dla pasażerów.
Dużą szansę na spełnienie wszystkich wymogów mogą mieć projekty przygotowywane w Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz w Imperial College w Londynie, które opierają się na istniejących modelach. W MIT testowana jest seria D statków powietrznych. Mają one ten sam rozmiar, zasięg i mieszczą podobna liczbę pasażerów, co Boeing 737-800. Jednak wersja D8.1, zbudowana z konwencjonalnych materiałów pozwoli zaoszczędzić 49 proc. paliwa, a wersja D8.5 (zbudowana z materiałów, które mają być dostępne dopiero w 2035 roku) już 71 proc.
Efektywność serii D wynika z jej nowatorskiej konstrukcji: dwa cylindryczne połączone ze sobą kadłuby i nos zadarty do góry zwiększają siłę nośną, co pozwala na montaż lżejszych skrzydeł. Trzy silniki zamontowane z tyłu kadłuba, pomiędzy statecznikami pionowymi, jeszcze zwiększają tę siłę, a jednocześnie pozwalają na zmniejszenie masy ogona. Część ogonowa statku ukształtowana jest tak, by specyficznie wprowadzać opływające kadłub powietrze do silników. Konstruktorzy wykorzystali fakt, że im bliżej kadłuba jest strumień powietrza, tym wolniej się porusza. Wtłaczanie przylegającego do kadłuba utleniacza do silników zwiększa ich wydajność, natomiast im dalej od niego, tym warstwa powietrza porusza się szybciej, która może wywoływać niechciane naprężenia w konstrukcji silników.
Problem ten można rozwiązać wzmacniając elementy silnika lub zmniejszając prędkość lotu. Modele D będą latać wolniej niż B737-800 (0,72 Ma dla D8.1 i 0,74 Ma dla D8.5 przy 0,79 Ma 737), ale dzięki dwukadłubowej budowie wsiadanie i wysiadanie z samolotu będzie sprawniejsze. Ostatecznie, na krótkich trasach czas podróży dla serii D będzie krótszy niż w 737.
"Ddouble bubble" - projekt D8. Żródło: NASA/MIT/Aurora Flight Sciences
Z kolei w Imperial College projektuje się lekkie samoloty, wymagające mniejszych silników. W jednym z modeli silniki umieszczono na rufie powyżej skrzydeł i całkowicie zrezygnowano z płetwy ogonowej. Brak stateczników ogonowych rekompensuje elektryczny system kontroli lotu, połączony z klapami, lotkami i innymi powierzchniami sterownymi umieszczonymi na skrzydłach.
W praktyce na pewnej długości skrzydła powstają turbulencje, powodujące dodatkowe opory powietrza – prawie połowa paliwa niezbędna do rejsu spalana jest w celu przezwyciężenia tej warstwy granicznej. Dlatego dąży się do skonstruowania idealnie opływowych skrzydeł, gdzie przepływ powietrza będzie laminarny na całej ich długości. Zrozumienie przyczyny tych procesów pozwoli znacząco zmniejszyć zużycie paliwa. A przecież jego efektywne wykorzystanie jest w branży lotniczej podstawą sukcesu.
OB, ChronmyKlimat.pl
na podstawie: www.economist.com, web.mit.edu, www.nasa.gov
