Водородная авиация: как эксперименты ученых воплощают ее в реальность
Водородная авиация может стать реальностью уже в ближайшем будущем. Для этого инженерам необходимо разработать реактивные двигатели, которые будут работать на водороде. Ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) создают фундамент для создания мощных и долговечных водородных двигателей, подходящих для авиации.
В рамках проекта университеты и индустрия совместно разрабатывают пассажирский самолет средней дальности, работающий на водороде. Однако водородное топливо требует серьезной адаптации современных авиационных двигателей, оптимизированных под керосин. Водород горит гораздо быстрее, создавая более компактные пламя, что требует учета в проектировании двигателя. Как отмечает профессор Николя Нуаре, именно эти особенности пламени и различия в характеристиках топлива исследуются его командой.
Одна из главных задач — минимизация вибраций, возникающих в процессе горения водорода. В современных реактивных двигателях десятки топливных форсунок расположены вокруг кольцевой камеры сгорания. Турбулентное горение топлива создает звуковые волны, которые могут отражаться от стенок камеры и влиять на пламя, вызывая вибрации. Эти вибрации могут увеличивать нагрузку на камеру сгорания и приводить к повреждению материалов, вплоть до появления трещин. Важно, чтобы такие вибрации не возникали при работе новых двигателей на водороде.
Чтобы контролировать вибрации, при создании керосиновых двигателей инженеры уже оптимизировали форму пламени, геометрию камеры и ее акустические свойства. Но поскольку водород имеет иную природу, необходимо учитывать его специфические особенности и исключить нежелательные акустические эффекты. Лаборатория ETH Zurich позволяет детально изучать поведение водородного пламени и предсказывать вероятность возникновения вибраций. В рамках проекта, команда Нуаре тестирует водородные форсунки и исследует их акустику при различных условиях.
«Наше оборудование позволяет воспроизвести температуру и давление, как на высоте полета, — поясняет Нуаре. — Мы также можем воссоздать акустическую среду разных камер сгорания, что дает широкий диапазон измерений». Исследование в ETH Zurich стало первым опытом измерения акустического поведения водородного пламени в условиях, приближенных к реальным условиям полета. Ученые сначала использовали одну форсунку, а затем смоделировали ее поведение в составе форсунок, как это будет в будущих водородных двигателях. Эти эксперименты помогают инженерам оптимизировать конструкцию форсунок и продвигаться к созданию водородного двигателя высокой мощности.
Испытания двигателя на водороде планируется провести уже через несколько лет, а в дальнейшем он сможет служить источником энергии для первых водородных самолетов. Профессор Нуаре уверен, что создание таких двигателей, а также баков для хранения водорода на борту — вполне решаемая задача для инженеров: «Люди отправлялись на Луну; инженеры смогут создать водородные самолеты». Однако одних самолетов для перехода к водородной авиации недостаточно. По словам Нуаре, глобальная проблема — это создание всей инфраструктуры для водородной авиации, включая производство экологически чистого водорода и его доставку в аэропорты.
Ранее Hyundai показала первые рендеры внедорожника на водороде.
