RMIT відкриває новий розвиток у гіперзвуковому польоті

Ультраефективні 3D-друковані каталізатори, розроблені дослідниками з Університету RMIT, можуть вирішити проблему перегріву в гіперзвукових літаках.

Універсальні каталізатори розроблені так, щоб вони були економічно ефективними у виготовленні та прості в масштабуванні, щоб запропонувати революційне рішення для управління температурою в незліченних галузях промисловості.

Команда в лабораторії RMIT демонструє, що 3D-друковані каталізатори потенційно можуть використовуватися для забезпечення гіперзвукового польоту, одночасно охолоджуючи систему.

За словами провідного дослідника д-ра Сельваканнана Періасамі, їхня робота вирішувала одну з найбільших проблем у розробці гіперзвукових літаків: контролювати неймовірне тепло, яке накопичується, коли літаки літають зі швидкістю більш ніж у п’ять разів більшою від звуку.

«Наші лабораторні випробування показують, що розроблені нами каталізатори, надруковані на 3D-друку, мають великі перспективи для забезпечення майбутнього гіперзвукового польоту», — сказав д-р Періасамі.

«Потужні та ефективні, вони пропонують захоплююче потенційне рішення для управління температурою в авіації та за її межами.

«З подальшим розвитком ми сподіваємося, що це нове покоління ультраефективних 3D-друкованих каталізаторів може бути використане для трансформації будь-якого промислового процесу, де перегрів є постійною проблемою».

Теоретично гіперзвуковий літак міг би долетіти з Лондона до Сіднея за чотири години, але в розвитку гіперзвукового повітряного транспорту залишається багато проблем, наприклад, екстремальний рівень спеки.

Перший автор і доктор наук Роксанна Хубеш додала, що використання палива як охолоджуючої рідини є одним з найбільш перспективних експериментальних підходів до проблеми перегріву.

«Паливо, яке може поглинати тепло під час живлення літака, є ключовим фактором для вчених, але ця ідея спирається на хімічні реакції, що витрачають тепло, які потребують високоефективних каталізаторів», – сказав Хубеш.

«Крім того, теплообмінники, де паливо контактує з каталізаторами, повинні бути якомога меншими через жорсткі обмеження об’єму та ваги в гіперзвукових літаках».

Щоб зробити нові каталізатори, команда 3D надрукувала крихітні теплообмінники з металевих сплавів і покрила їх синтетичними мінералами, відомими як цеоліти.

Дослідники відтворили екстремальні температури та тиски, які відчуває паливо на гіперзвукових швидкостях в лабораторних масштабах, щоб перевірити функціональність своєї конструкції.

Коли структури, надруковані на 3D-друкі, нагріваються, частина металу переміщається в цеолітний каркас – процес, який має вирішальне значення для безпрецедентної ефективності нових каталізаторів.

«Наші 3D-друковані каталізатори схожі на мініатюрні хімічні реактори, і те, що робить їх такими неймовірно ефективними, — це суміш металу та синтетичних мінералів», — сказав Хубеш.

«Це новий захоплюючий напрямок для каталізу, але нам потрібні додаткові дослідження, щоб повністю зрозуміти цей процес і визначити найкращу комбінацію металевих сплавів для найбільшого впливу».

Наступні кроки для дослідницької групи з Центру передових матеріалів та промислової хімії RMIT (CAMIC) включають оптимізацію 3D-друкованих каталізаторів шляхом їх вивчення за допомогою рентгенівських синхротронних методів разом з іншими методами поглибленого аналізу.

Дослідники також сподіваються розширити потенційні можливості застосування цієї роботи на контроль забруднення повітря для транспортних засобів та мініатюрних пристроїв, щоб покращити якість повітря в приміщеннях, що особливо важливо для боротьби з респіраторними вірусами, які передаються повітрям, як-от COVID-19.

За словами видатного професора та директора CAMIC Суреша Бхаргави, хімічна промисловість на трильйони доларів значною мірою базувалася на старій каталітичній технології.

«Це третє покоління каталізу можна пов’язати з 3D-друком для створення нових складних дизайнів, які раніше були неможливими», – сказав Бхаргава.

«Наші нові 3D-друковані каталізатори являють собою радикально новий підхід, який має реальний потенціал для революції в майбутньому каталізу в усьому світі».

Каталізатори, надруковані на 3D-друку, були виготовлені за допомогою технології Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) у Digital Manufacturing Facility, що є частиною Advanced Manufacturing Precinct RMIT.

На сьогоднішній день лише декілька експериментальних літаків досягли гіперзвукової швидкості (визначається як вище 5 Махів – понад 6,100 км/год або 1.7 км/с). Результати дослідження RMIT опубліковані в журналі Chemical Communications Royal Society of Chemistry.

Автор Насташа Тупас.

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