La trafikaj aeroplanoj de la estonto

Dipl. ek. Richard Partecke

Enkonduko

Komence de mia prelego mi donos mallongan superrigardon pri la evoluo de la trafikaeroplana konstruado dum la unuaj 50 jaroj. La plibonigo de la aeroplana potenco tiutempe validis kiel ĉefa konstrutasko.

Nun ĝi ne plu estas la ĉefa, ĝi estas nuntempe la ŝparo de brulaĵo. Ĉar revoluciaj teknikaj ŝanĝoj ne estas atendataj, la brulaĵa ŝparo povas okazi nur per

Dum la prelego sekvos klarigoj pri tiuj ĉi kvar ebloj kaj fine kelkaj pensoj pri hidrogeno kaj atomforto ĉe aeroplanoj.


La pasinto

La F13 de Junkers, aeroplano kun sendratigita planeo, konstruita el duralo estas la pramodelo de la trafikaeroplana konstruo. La vivdaŭro de tiu ĉi aeroplano kompare al ĝiaj antaŭantoj el ligno kaj ŝtofo kvarobliĝis. Ne maloftis, ke aeroplanoj de tiu ĉi tipo aertrafikis dum 20 aŭ pli jaroj.

La postulo por pli granda flugsekureco ĉe pel-motora ekmalfunkcio realigis la tri-motorajn aeroplanojn.

Krom la trimotoraj tipoj de Junkers (la plej konata estis la Ju52/3m) ekestis tiam similaj konstruaĵoj en la tuta mondo. En Nederlando evoluis Fokker la F-VII, en Anglio estis konstruitaj tiaj modeloj per Handlaj Page, Armstrong Withworth kaj De Havilland, en Francio per Bloch, Breguet, Dewoitine kaj Ferman. En Sovetunio Tupolev konstruis la elprovitan ANT-9, en Usono produktis Ford kaj Boenig tiajn aeroplanojn same kiel en Italio Savoia-Marchetti. Ankaŭ en ĈSR ekestis samtipaj aeroplanoj: Letov S32 kaj Avia AV-57.

La poste sekvintaj aeroplanoj okazigis nenian novon. Ili estis pligrandiĝoj de ekzistantaj tipoj.

Kun la usonaj tipoj Boenig 247 kaj Douglas DC-3 aperis prototipoj por la jaroj ĝis la trransiro al la aertorenta turbintrafiko.

La intertempe atingitaj pli bonaj pelmotoraj efikoj kaj la pelmotora solideco ebligis la transiron al dumotoraj aeroplanoj. Eblis daŭrigi flugon per unu motoro okaze de difekto de pel-unuo kun plena utila ŝarĝo. La aeroplanoj havis entireblan radĉasion, dumfluge variigeblajn helicojn, antiglaciajn instalaĵojn kaj ebenplankan kovraĵon.

Douglas konstruis de la DC-3 por la civila aertrafiko pli ol 800 aeroplanojn kaj pli ol la dekoblon por armeaj celoj (dum dek jaroj). En pluraj landoj la DC-3 estis licence produktita, ekzemple en Sovetunio kiel Li-2, el kiu ekestis la Il-12 kaj Il-14.

Per la pligrandiĝo al 4-motoraj aeroplanoj finiĝis la evoluo de la piŝt-motoraj aeroplanoj. La lastaj grandaj piŝtmotoroj atingis povumon de 2574 kW.

Markŝtonoj de plua evoluo estis la helicturbina aeroplano Vickers "Viscount" kaj la tro haste evoluigita De Havilland "Comet", kiu kaŭze de gravaj akcidentoj devis esti elservigita. Ĝi refoje povis esti enservigita nur post du pluaj jaroj.

La duza epoko komencis per la soveta TU-104. Ankaŭ al ĉi tiu etapo de duduzaj aeroplanoj sekvis ties pligrandiĝo al kvarduzaj. Poste okazis je la modelo de la franca "Caravelle" la pel-motora forlokigo al la fuzelaĝa fino, kiu realigis "puran" planeon kun reveno de la trimotoraj aeroplanoj pelataj per duzoj.

Fine okazis (sen perspektivo por esenca plivastigo) la konstruo kaj entrafikigo de malmultaj supersonaj trafikaeroplanoj de tipo "TU-144" kaj "Concorde". Energiaj kaj vivmediaj problemoj limigas la uzadon de tiuj aeroplanoj, same kiel la plialtiĝantaj brulaĵaj kostoj sufokis la esperajn komencojn por vertikale startantaj duzaj aeroplanoj.


La estonto

Por trafikaj aeroplanoj (kontraŭe al militaeroplanoj) grava plialtigo de vojaĝa rapideco kaj aeroplana kapacito ne plu estas (kiel jam dirite) la decidigaj konstruaj konsideroj. La en ergiaj ŝparoj nun estas la plej gravaj. Ili koncernas:

  1. plibonigon de aerodinamika efiko
  2. malpliigon de la aeroplana frampezo per uzado de kunigitaj materialoj
  3. redukton de la specifa brulaĵkonsumo de pel-motoroj kaj plibonigon de la efiko de konstrupartoj
  4. novajn esplorojn pri eblecoj de helicturbinoj


Plibonigo de aerodinamika efiko

La pligrandiĝo de la planea spano por malgrandiĝo de la area rezisto ne estas nova. Malmultekosta benzino pli frue ne valoris la penon, eviti la malavantaĝojn de pezaj strukturoj kaj de pli altaj kostoj. (La nuntempaj mez- kaj long-distancaj aeroplanoj havas geometran sveltecon de ĉirkaŭ 7 : 1.)

Per alkonstruo de planeo-pintoj aŭ "planeaj oreloj" ĉe ekzistantaj planeoj tamen eblus plialtigi enorme la projektitajn ŝarĝojn tiamaniere ke la strukturo ne devus esti novkonstruita kaj ne okazus respektive altaj evolukostoj.

La aktiva flugreguligo ebligas respondi al la demando, kiel oni povas pligrandigi la planean spanon sen multampleksa novkonstrukcio de la planeo. La ideo de aktivaj aleronoj baziĝas sur simetriaj devioj de eksteraj direktoronoj en reakcio al la manovraj ŝarĝoj. La centro de aeroŝarĝo delokiĝas pro tio neeviteble internen, ke la ekstera planeo deŝarĝiĝas per la aleronoj kaj la aeroplano povas turni en iom pli krutan incidan angulon por kompensi la levofortan perdon. La projektaj ŝarĝoj malpliiĝas kaŭze de la pli granda interna ŝarĝo de la ĉefa planeo.

Per tio la aeroplano povas flugi kun pli granda pezo aŭ ricevi tian aldonan spanon, ke la fleksaj momantoj refoje atingas ilian originan projektonombron.

Alia ebleco estas la laminarflua kontrolo. Tiamaniere la area rezisto povas esti malaltigita kaj ankaŭ la brulaĵa konsumo malleviĝas je 20%. Fine pli senbrua flugo okazus.


Kunigaj materialoj

Komence la peza ŝparo per uzado de kunigitaj materialoj estos ne granda, ĉar tiuj materialoj estus limigitaj al neportantaj strukturoj t. e. internaj instalaĵoj, plankoj, kapotaĵoj, surfacoj ĉe aleronoj, empeneronoj kaj klapoj ktp.

Kiel kunigitajn materialojn oni uzas fibrojn el grafiko aŭ la elementon boron, enlitigitajn en artefaritajn rezinojn aŭ aluminion.

En Usono finiĝis testoj kun fuzelaĝoj gluitaj. La testitaj partoj eltenis dum simulatortesto 120 000 flughorojn. Gluitaj aeroplanoj povas esti je 15% pli malpezaj kaj je 20% malmultekostaj ol ordinaraj aeroplanoj.


Pel-motoroj

Ĉi tie estas atentataj la plej grandaj avantaĝoj de nova generacio de gas-turbinoj. Al la plej grandaj rezultoj nombras la plialtigo de la maksimuma temperaturo kaj de la premrilato en la termodinamika cikla procezo, la venonta plialtigo de la efikeco de konstrupartoj kaj ankŭ pli alta flankflua rilato kaj pli malalta kompresora premrilato. La ebla kerosenŝparo povas esti 10-20%.

Oni koncentriĝas ankaŭ al la malpliigo de la povum-perdo kaŭzita per eluziĝo. La specifa kerosenkonsumo estas reduktebla per tio ĝis 5%. Tiu efiko kompreneble estas modesta kompare al la 20%, kiuj ebliĝas per la transiro de la unucikla al la ducikla turbino kun alta flankflua rilato. Tamen pozitive gravas la konsiderinde pli granda solideco kaj esence pli malgrandaj flugkostoj. La persisto de la povumo pro la kerosenkostoj same estas grava faktoro. Novaj aŭ renovigitaj pel-motoroj ĝenrale plenumas 3-8% pli ol pel-motoroj kiuj funkciis dum tempo sen perturbo. Oni esploras eblecojn plibonigi ŝtopaĵojn, malpliigi tolerancojn kaj uzi elektronajn prigardantajn sistemojn. Per tio ŝajnas esti la ebleco sufiĉe rapide gajni brulaĵan ŝparon ĝis 10% kaj iom plu. Do la pel-motoroj de la 90-aj jaroj estos nur idoj de jam ekzistantaj modeloj.


Novaj esploroj pri helicturbinoj

La plej interesan perspektivon en la pel-motora kampo prezentas la helica turbino. Konate estas, ke ĝi garantias dum modera rapideco (ĝis 0,8 maĥoj) konsiderindajn benzinŝparojn (ĝis 40%). Per la ekzistanta ducikla tekniko kaj per progresa helica projekto nova helicturbino povus atingi la plej altan efikgradon de ĉiuj forpelaj sistemoj ĉe 0,8 maĥoj.

Novaj helicformoj ebligas atingi altajn subsonajn rapidecojn, la samajn, kiuj estas atingataj per aerotorentaj trafikaeroplanoj, sed sen konsumi tiom da keroseno.

La nova helickoncepto estas meze inter ordinara helico kaj la blovilo de duflua turbino. La helicoj havas 8 ĝis 10 foliojn, ili estas mallongaj, larĝaj kaj ekstreme maldikaj, ili havas specialan profilon kaj fortan kurbiĝon.


Ĉu hidrogeno aŭ atomforto ĉe aeroplanoj

Por aeroplanoj verŝajne ne la atoma forto, sed nur hidrogeno prezentas praktikajn eblecojn. La nuklea forto ne havos ŝancojn dum la venontaj 50 jaroj. Aeroplanoj kun nuklea pel-motoro ja havos nelimigitan pov-distancon kaj flugdaŭron, sed ili estas ŝarĝitaj de nevenkebla malavantaĝo: la radia danĝero dum akcidentoj.

Pozitive ĉe la uzado de hidrogeno estas, ke nur malgrandaj modifoj necesas ĉe pel-motoroj. Malavantaĝe estas la malfacilecoj dum uzado kaj la granda brula kaj eksploda danĝero je akcidentoj.

Oni jam okupiĝis pri projekto de aeroplano pelata per hidrogeno. La plej grandaj malfacilaĵoj originas el tio, ke likva hidrogeno havas malaltan denson kaj ĝi estas kriogena (ĝi kondensas ĉe ege malvarmigitaj materialoj). La benzinujoj pro tio devos esti relative grandaj kompare al ujoj de nuntempaj aeroplanoj kaj devus esti formigitaj tiaspece, ke la rilato inter surfaco kaj volumeno estu kiel eble plej malgranda por eviti superfluan pezon de izolmaterialo aŭ la forvaporajn perdojn de hidrogeno. Tio signifas, ke ne eblas kunporti hidrogenon interne de la planeoj, sed en la fuzelaĝo.

Tradicie konstruitaj kerosenpelitaj aeroplanoj kun 400 sidlokoj havus 35% pli tutpezon kaj bezonus 15% estigitan forton pli ol per likva hidrogeno pelotaj aeroplanoj. La unua trafikaeroplano pelota per likva hidrogeno ne aperos antaŭ la jaro 2025.

Estas ankaŭ ekonomiaj kaŭzoj kontraŭ la baldaŭa enkonduko de hidrogeno kiel brulaĵo de aeropolanoj. La civila aeronaŭtiko bezonas nur malgrandan parton de la konsumo de fosiliaj energiportantoj, kaj adaptiĝo al likva hidrogeno estas malpraktika kaj ankaŭ malĝusta, se ne aliaj pli grandaj sekcioj de la tergloba energia ekonomio antaŭas. La atributo "tergloba" tute pravas, ĉar ne sufiĉus, se nur modesta nombro de landoj, eĉ tiaj kun granda ekonomia aktiveco, realigus la adaptiĝon de fosiliaj energiportantoj al hidrogeno.

Dum la venontaj jaroj verŝajne estos du bazaj aeroplan-tipoj:


Fonto: Konferenca kajero de AEST '81, Apliko de Esperanto en Scienco kaj Tekniko, Žilina


Scienca kaj Teknika Esperanto-Biblioteko, STEB: www.eventoj.hu/steb/