Các nhà nghiên cứu đang chế tạo động cơ phản lực phù hợp với thời đại hydro
Máy bay chạy bằng hydro được thiết lập để bay khắp thế giới trong tương lai. Để làm được điều này, các kỹ sư phải phát triển động cơ phản lực cung cấp năng lượng cho chúng. Các thí nghiệm của các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich hiện đang cung cấp cơ sở cần thiết để chế tạo những động cơ này mạnh mẽ và bền bỉ.
- Trong động cơ phản lực, sự tương tác giữa ngọn lửa và âm thanh phát ra từ quá trình đốt cháy có thể gây ra rung động.
- Những rung động này gây áp lực lớn lên động cơ. Do đó, các kỹ sư làm mọi cách có thể để tránh chúng.
- Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich hiện đã có đóng góp quan trọng cho sự phát triển của động cơ máy bay chạy bằng hydro sạch: họ đã thử nghiệm hành vi âm thanh của vòi phun hydro trong phòng thí nghiệm ở điều kiện tương tự như điều kiện phổ biến ở độ cao bay.
Châu Âu đang chuẩn bị cho chuyến bay trung hòa khí hậu được cung cấp năng lượng bằng hydro được sản xuất bền vững. Năm ngoái, EU đã khởi động một dự án hỗ trợ ngành công nghiệp và các trường đại học trong việc phát triển máy bay tầm trung chạy bằng hydro. Trong số những thứ khác, động cơ phản lực sẽ phải được điều chỉnh để chạy bằng nhiên liệu mới. Động cơ ngày nay được tối ưu hóa để đốt dầu hỏa.
Nicolas Noiray, Giáo sư 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,
“Điều này phải được tính đến khi thiết kế động cơ hydro. Các thí nghiệm của nhóm Noiray hiện cung cấp cơ sở quan trọng cho điều này. Nhóm vừa công bố kết quả của mình trên trang ngoài của tạp chí Combustion and Flame.”
Một vấn đề là rung động, mà các kỹ sư cố gắng giảm thiểu. Trong các động cơ phản lực thông thường, khoảng hai mươi vòi phun nhiên liệu được bố trí xung quanh buồng đốt hình khuyên của động cơ. Quá trình đốt cháy hỗn loạn của nhiên liệu ở đó tạo ra sóng âm. Những sóng này được phản xạ trở lại từ các bức tường của buồng và có tác động phản hồi lên ngọn lửa. Sự kết hợp giữa sóng âm và ngọn lửa này có thể tạo ra rung động gây ra tải trọng lớn lên buồng đốt của động cơ.
Abel Faure-Beaulieu , cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm của Noiray, cho biết:
Những rung động này có thể làm vật liệu bị mỏi, trong trường hợp xấu nhất có thể dẫn đến nứt và hư hỏng,
“Đây là lý do tại sao khi phát triển động cơ mới, người ta phải cẩn thận để đảm bảo những rung động này không xảy ra trong điều kiện vận hành.”
Mô phỏng các điều kiện ở độ cao bay
Khi các kỹ sư phát triển động cơ dầu hỏa ngày nay, họ phải kiểm soát những rung động này. Họ đạt được điều này bằng cách tối ưu hóa hình dạng của ngọn lửa cũng như hình học và âm học của buồng đốt. Tuy nhiên, loại nhiên liệu có tác động lớn đến sự tương tác giữa âm thanh và ngọn lửa. Điều này có nghĩa là các kỹ sư và nhà nghiên cứu hiện phải đảm bảo rằng chúng sẽ không phát sinh trong động cơ hydro mới. Một cơ sở thử nghiệm và đo lường tinh vi tại ETH Zurich cho phép Noiray đo âm học của ngọn lửa hydro và dự đoán các rung động tiềm ẩn. Là một phần của dự án HYDEA của EU, trong đó ông tham gia cùng với GE Aerospace, ông thử nghiệm các vòi phun hydro do công ty sản xuất.
Noiray giải thích. Các nhà nghiên cứu ETH cũng có thể tái tạo âm học của nhiều buồng đốt khác nhau, cho phép thực hiện nhiều phép đo khác nhau.
Cơ sở của chúng tôi cho phép chúng tôi tái tạo các điều kiện nhiệt độ và áp suất của động cơ ở độ cao bay ổn định,
“Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên đo lường hành vi âm thanh của ngọn lửa hydro trong điều kiện bay thực tế.”
Trong các 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 bộ sưu tập các vòi phun khi chúng được sắp xếp trong động cơ hydro trong tương lai. Nghiên cứu này đang giúp các kỹ sư tại GE Aerospace tối ưu hóa các vòi phun và mở đường cho động cơ hydro hiệu suất cao. Trong một vài năm nữa, động cơ sẽ sẵn sàng cho các thử nghiệm ban đầu trên mặt đất và trong tương lai, nó có thể đẩy những chiếc máy bay chạy bằng nhiên liệu hydro đầu tiên.
Giáo sư Noiray của ETH không coi việc phát triển động cơ hoặc bình chứa hydro cho máy bay là thách thức lớn nhất trong quá trình chuyển đổi ngành hàng không sang kỷ nguyên hydro.
Anh ấy nói,
Nhân loại đã bay lên mặt trăng; các kỹ sư chắc chắn sẽ có thể phát triển máy bay chạy bằng hydro,
Nhưng chỉ riêng máy bay thôi thì chưa đủ. Noiray cho biết, một thách thức lớn khác là đưa toàn bộ cơ sở hạ tầng vào hoạt động hàng không hydro, bao gồm sản xuất hydro trung hòa khí hậu với số lượng đủ lớn và vận chuyển đến các sân bay. Để đạt được điều này trong một khung thời gian hợp lý, cần phải có nỗ lực chung ngay từ bây giờ.
Các nhà nghiên cứu đang chế tạo động cơ phản lực phù hợp với thời đại hydro
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
