Các nhà nghiên cứu đang chế tạo động cơ phản lực phù hợp với kỷ nguyên hydro
Xuất bản vào ngày: 12 tháng 11 năm 2024
Các nhà nghiên cứu cho biết thách thức lớn nhất khi chuyển sang hydro là tạo ra toàn bộ cơ sở hạ tầng hydro
Hydro đóng vai trò quan trọng trong tương lai bền vững, đặc biệt là trong ngành hàng không. Có nhiều kế hoạch chế tạo máy bay chạy bằng hydro. Tuy nhiên, điều đó có nghĩa là phải chế tạo những phương tiện này từ đầu và có thể chạy bằng nhiên liệu hydro. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đang phát triển động cơ phản lực đốt hydro thay vì dầu hỏa.
Một động cơ máy bay thông thường đốt xăng
Động cơ phản lực phải thích nghi với việc chạy bằng nhiên liệu mới. Trước khi chuyển từ dầu hỏa sang hydro, cần cân nhắc một số yếu tố.
Nicolas Noiray, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật cơ khí và quy trình tại ETH Zurich giải thích: "Hydro cháy nhanh hơn nhiều so với dầu hỏa, tạo ra ngọn lửa nhỏ gọn hơn".
Các thí nghiệm của nhóm Noiray cung cấp nền tảng quan trọng cho điều này, được công bố trong một nghiên cứu mới.
Rung động là một vấn đề mà các kỹ sư muốn giảm thiểu. Khoảng 20 vòi phun nhiên liệu bao quanh buồng đốt của động cơ trong các động cơ phản lực thông thường. Quá trình đốt cháy hỗn loạn tạo ra sóng âm phản xạ từ thành buồng đốt và có "phản ứng phản hồi lên ngọn lửa". Sóng âm và ngọn lửa tạo ra rung động, tạo ra tải trọng lớn lên buồng đốt của động cơ.
"Những rung động này có thể làm vật liệu bị mỏi, trong trường hợp xấu nhất có thể dẫn đến nứt và hư hỏng", Abel Faure-Beaulieu, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm của Noiray cho biết. "Đây là lý do tại sao khi phát triển động cơ mới, người ta phải cẩn thận để đảm bảo rằng những rung động này không xảy ra trong điều kiện vận hành".
Kiểm tra động cơ hydro
Ngọn lửa từ vòi phun hydro; Ảnh: Nicholas Noiray / ETH Zurich
Khi các kỹ sư phát triển động cơ dầu hỏa, họ phải kiểm soát những rung động đó. Họ đã làm điều này bằng cách "tối ưu hóa hình dạng của ngọn lửa" cùng với hình học và âm học của buồng đốt. Tuy nhiên, loại nhiên liệu ảnh hưởng đến sự tương tác giữa âm thanh và ngọn lửa. Điều này có nghĩa là các kỹ sư phải tìm ra cách kiểm soát độ rung cho động cơ hydro.
Noiray đã đo âm thanh của ngọn lửa hydro và dự đoán độ rung tiềm ẩn tại một cơ sở của ETH Zurich.
Noiray cho biết: "Cơ sở của chúng tôi cho phép chúng tôi mô phỏng các điều kiện nhiệt độ và áp suất của động cơ ở độ cao bay". Các nhà nghiên cứu của ETH cũng có thể tái tạo âm thanh của nhiều buồng đốt khác nhau, cho phép thực hiện nhiều phép đo khác nhau. "Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này nhằm đo hành vi âm thanh của ngọn lửa hydro trong điều kiện bay thực tế".
Trong thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một vòi phun duy nhất và sau đó mô hình hóa hành vi âm thanh của cụm vòi phun khi chúng được định hình trong động cơ hydro trong tương lai. ETH Zurich cho biết trong một thông cáo báo chí: "Trong một vài năm nữa, động cơ sẽ sẵn sàng cho các cuộc thử nghiệm ban đầu trên mặt đất và trong tương lai, nó có thể đẩy máy bay chạy bằng nhiên liệu hydro đầu tiên".
Noiray không nghĩ rằng thách thức lớn nhất là phát triển động cơ hoặc bình chứa hydro cho máy bay. Ông cho biết: "Nhân loại đã bay lên mặt trăng; các kỹ sư chắc chắn sẽ có thể phát triển máy bay chạy bằng hydro". Theo ông, máy bay là không đủ. Việc tạo ra toàn bộ cơ sở hạ tầng cho hàng không chạy bằng hydro là một thách thức lớn.
Theo các nhà nghiên cứu, "Để đạt được điều này trong một khung thời gian hợp lý đòi hỏi phải có nỗ lực chung ngay từ bây giờ".
Nhưng tại sao lại là hydro?
Giáo sư Noiray cho biết, "Đối với máy bay chở khách và hàng hóa, nhiên liệu tổng hợp là lựa chọn thay thế duy nhất cho dầu hỏa hiện nay và hydro là loại nhiên liệu kinh tế nhất để sản xuất bền vững".
