Το RMIT αποκαλύπτει νέα εξέλιξη στην υπερηχητική πτήση

Οι εξαιρετικά αποδοτικοί καταλύτες τρισδιάστατης εκτύπωσης που αναπτύχθηκαν από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο RMIT, αναμένεται να λύσουν την πρόκληση της υπερθέρμανσης σε υπερηχητικά αεροσκάφη.

Οι εξαιρετικά ευέλικτοι καταλύτες έχουν σχεδιαστεί για να είναι οικονομικά αποδοτικοί και απλοί στην κλίμακα, ώστε να προσφέρουν μια επαναστατική λύση στη θερμική διαχείριση σε αμέτρητες βιομηχανίες.

Η ομάδα των εργαστηριακών επιδείξεων RMIT δείχνει ότι οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία της υπερηχητικής πτήσης, ενώ ταυτόχρονα ψύχεται το σύστημα.

Σύμφωνα με τον επικεφαλής ερευνητή Δρ Selvakannan Periasamy, η εργασία τους αντιμετώπισε μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην ανάπτυξη υπερηχητικών αεροσκαφών: τον έλεγχο της απίστευτης θερμότητας που συσσωρεύεται όταν τα αεροπλάνα πετούν με ταχύτητα πάνω από πέντε φορές την ταχύτητα του ήχου.

"Οι εργαστηριακές μας δοκιμές δείχνουν ότι οι καταλύτες με τρισδιάστατη εκτύπωση που έχουμε αναπτύξει έχουν μεγάλη υπόσχεση για να τροφοδοτήσουν το μέλλον της υπερηχητικής πτήσης", δήλωσε ο Δρ Περιασάμι.

«Ισχυρά και αποτελεσματικά, προσφέρουν μια συναρπαστική δυνητική λύση για τη θερμική διαχείριση στην αεροπορία - και όχι μόνο.

«Με περαιτέρω ανάπτυξη, ελπίζουμε ότι αυτή η νέα γενιά υπερ-αποδοτικών καταλυτών τρισδιάστατης εκτύπωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μετασχηματίσει οποιαδήποτε βιομηχανική διαδικασία όπου η υπερθέρμανση είναι μια συνεχής πρόκληση».

Θεωρητικά, ένα υπερηχητικό αεροσκάφος θα μπορούσε να ταξιδέψει από το Λονδίνο στο Σίδνεϊ σε τέσσερις ώρες, αλλά παραμένουν πολλές προκλήσεις στην ανάπτυξη υπερηχητικών αεροπορικών ταξιδιών, όπως τα ακραία επίπεδα θερμότητας.

Ο πρώτος συγγραφέας και διδάκτορας Roxanne Hubesch πρόσθεσε ότι η χρήση καυσίμου ως ψυκτικό υγρό ήταν μία από τις πιο ελπιδοφόρες πειραματικές προσεγγίσεις στο πρόβλημα της υπερθέρμανσης.

"Τα καύσιμα που μπορούν να απορροφήσουν θερμότητα κατά την τροφοδοσία ενός αεροσκάφους είναι ένα βασικό επίκεντρο για τους επιστήμονες, αλλά αυτή η ιδέα βασίζεται σε χημικές αντιδράσεις που καταναλώνουν θερμότητα και χρειάζονται καταλυτές υψηλής απόδοσης", δήλωσε ο Hubesch.

"Επιπλέον, οι εναλλάκτες θερμότητας όπου το καύσιμο έρχεται σε επαφή με τους καταλύτες πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότεροι, λόγω των περιορισμένων περιορισμών όγκου και βάρους στα υπερηχητικά αεροσκάφη."

Για την κατασκευή των νέων καταλυτών, η ομάδα τύπωσε 3D μικροσκοπικούς εναλλάκτες θερμότητας από κράματα μετάλλων και τους επικάλυψε με συνθετικά ορυκτά γνωστά ως ζεόλιθους.

Οι ερευνητές επανέλαβαν ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις που υφίστανται το καύσιμο σε υπερηχητικές ταχύτητες σε εργαστηριακή κλίμακα, για να δοκιμάσουν τη λειτουργικότητα του σχεδιασμού τους.

Όταν οι 3D εκτυπωμένες δομές θερμαίνονται, μέρος του μετάλλου μεταφέρεται στο πλαίσιο του ζεόλιθου - μια διαδικασία ζωτικής σημασίας για την πρωτοφανή απόδοση των νέων καταλυτών.

"Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές μας είναι σαν μικροσκοπικοί χημικοί αντιδραστήρες και αυτό που τους καθιστά απίστευτα αποτελεσματικούς είναι αυτό το μείγμα μετάλλων και συνθετικών ορυκτών", δήλωσε ο Hubesch.

"Είναι μια νέα συναρπαστική κατεύθυνση για κατάλυση, αλλά χρειαζόμαστε περισσότερη έρευνα για να κατανοήσουμε πλήρως αυτήν τη διαδικασία και να εντοπίσουμε τον καλύτερο συνδυασμό κραμάτων μετάλλων για τη μεγαλύτερη δυνατή επίδραση."

Τα επόμενα βήματα για την ερευνητική ομάδα από το Κέντρο Προηγμένων Υλικών και Βιομηχανικής Χημείας (CAMIC) του RMIT περιλαμβάνουν τη βελτιστοποίηση των καταλυτών τρισδιάστατης εκτύπωσης μελετώντας τους με τεχνικές συγχροτρόνων ακτίνων Χ μαζί με άλλες μεθόδους σε βάθος ανάλυσης.

Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να επεκτείνουν τις πιθανές εφαρμογές του έργου στον έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για οχήματα και μικροσκοπικές συσκευές για τη βελτίωση της ποιότητας του εσωτερικού αέρα-ιδιαίτερα σημαντικό για τη διαχείριση των ιών του αναπνευστικού συστήματος όπως ο COVID-19.

Σύμφωνα με τον διακεκριμένο καθηγητή και διευθυντή του CAMIC Suresh Bhargava, η χημική βιομηχανία τρισεκατομμυρίων δολαρίων βασίστηκε σε μεγάλο βαθμό στην παλιά καταλυτική τεχνολογία.

"Αυτή η τρίτη γενιά κατάλυσης μπορεί να συνδεθεί με την τρισδιάστατη εκτύπωση για να δημιουργήσει νέα πολύπλοκα σχέδια που προηγουμένως δεν ήταν δυνατό", δήλωσε ο Bhargava.

«Οι νέοι τρισδιάστατοι εκτυπωτές μας καταλύτες αντιπροσωπεύουν μια ριζική νέα προσέγγιση που έχει πραγματικές δυνατότητες να φέρει επανάσταση στο μέλλον της κατάλυσης σε όλο τον κόσμο».

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές καταλύτες παρήχθησαν με τη χρήση της τεχνολογίας Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) στο Digital Manufacturing Facility, μέρος του Advanced Manufacturing Precinct της RMIT.

Μέχρι σήμερα, μόνο μερικά πειραματικά αεροπλάνα έχουν επιτύχει υπερηχητική ταχύτητα (ορίζεται ως παραπάνω 5 Mach - πάνω από 6,100 χλμ./Ώρα ή 1.7 χλμ./Δευτ.). Τα αποτελέσματα της έρευνας RMIT δημοσιεύονται στο περιοδικό Royal Society of Chemistry, Chemical Communications.

Γράφει η Nastasha Tupas.

Πηγή: https://australianaviation.com.au/2021/09/rmit-reveals-new-development-in-hypersonic-flight/