تكنولوجيا

محفزات الجيل التالي المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتشغيل رحلة تفوق سرعتها سرعة الصوت – تزيد سرعتها عن 3800 ميل في الساعة

طائرات هيرموس التي تفوق سرعتها سرعة الصوت

انطباع فنان عن طائرة تفوق سرعتها سرعة الصوت. 1 رصيد

يمكن أن تساعد المحفزات عالية الكفاءة المطبوعة ثلاثية الأبعاد في حل مشكلة ارتفاع درجة الحرارة في الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت وتقدم حلاً ثوريًا للإدارة الحرارية في عدد لا يحصى من الصناعات.

طورها باحثون في جامعة RMIT في ملبورن ، أستراليا ، المحفزات متعددة الاستخدامات فعالة من حيث التكلفة في التصنيع وسهلة التوسع.

تُظهر العروض المعملية التي أجراها الفريق أنه من المحتمل استخدام المحفزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتشغيل الطيران فوق الصوتي مع تبريد النظام في نفس الوقت.

البحث منشور في مجلة Royal Society of Chemistry. الاتصالات الكيميائية.

قال كبير الباحثين ، الدكتور سيلفاكانان بيرياسامي ، إن عملهم يعالج أحد أكبر التحديات في تطوير الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت: التحكم في الحرارة الهائلة التي تتراكم عندما تطير الطائرات بأكثر من خمسة أضعاف سرعة الصوت.

قال بيرياسامي: “تُظهر اختباراتنا المعملية أن المواد الحفازة المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي طورناها تحمل وعودًا كبيرة لتزويد مستقبل الطيران الأسرع من الصوت بالطاقة”.

“قوية وفعالة ، فهي توفر حلاً محتملاً مثيرًا للإدارة الحرارية في مجال الطيران – وما بعده.

“مع مزيد من التطوير ، نأمل أن يمكن استخدام هذا الجيل القادم من المحفزات فائقة الكفاءة المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتحويل أي عملية صناعية يكون فيها ارتفاع درجة الحرارة تحديًا واسع النطاق.”

محفزات مطبوعة ثلاثية الأبعاد

مجموعة من التصاميم التجريبية للمحفزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد. الائتمان: جامعة RMIT

الحاجة للسرعة

فقط عدد قليل من الطائرات التجريبية حققت سرعة تفوق سرعة الصوت (تم تعريفها على أنها أكبر من ماخ 5 – أكثر من 3800 ميل في الساعة (6100 كم / ساعة) أو 1 ميل (1.7 كم) في الثانية).

من الناحية النظرية ، يمكن للطائرة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت أن تسافر من لندن إلى نيويورك في أقل من 90 دقيقة ، ولكن لا تزال هناك تحديات عديدة في تطوير السفر الجوي الذي يفوق سرعته سرعة الصوت ، مثل مستويات الحرارة الشديدة.

قالت المؤلفة الأولى وباحثة الدكتوراه روكسان هوبيش إن استخدام الوقود كمبرد هو أحد أكثر الأساليب التجريبية الواعدة لحل مشكلة ارتفاع درجة الحرارة.

قال Hubesch: “الوقود الذي يمكن أن يمتص الحرارة أثناء دفع الطائرة هو هدف رئيسي للعلماء ، لكن هذه الفكرة تعتمد على تفاعلات كيميائية تستهلك الحرارة وتتطلب محفزات عالية الكفاءة”.

“بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون المبادلات الحرارية حيث يتلامس الوقود مع المحفزات صغيرة قدر الإمكان ، بسبب قيود الحجم والوزن الضيقة في الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.”

لصنع المحفزات الجديدة ، طبع الفريق ثلاثي الأبعاد مبادلات حرارية صغيرة من السبائك المعدنية وطليها بمعادن اصطناعية تسمى الزيوليت.

أعاد الباحثون إنتاج درجات الحرارة الشديدة والضغوط التي يتعرض لها الوقود بسرعات تفوق سرعة الصوت على مقياس معمل ، لاختبار وظائف تصميمهم.

مفاعلات كيميائية مصغرة

عندما تسخن الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، ينتقل بعض المعدن إلى هيكل الزيوليت – وهي عملية حاسمة لتحقيق الكفاءة غير المسبوقة للمحفزات الجديدة.

قال Hubesch: “المحفزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لدينا تشبه المفاعلات الكيميائية المصغرة وما يجعلها فعالة بشكل لا يصدق هو هذا المزيج من المعادن الاصطناعية”.

“هذا اتجاه جديد مثير للحفز ، لكننا بحاجة إلى مزيد من البحث لفهم هذه العملية بشكل كامل وتحديد أفضل مزيج من السبائك المعدنية لتحقيق أكبر تأثير.”

تتضمن الخطوات التالية لفريق البحث في مركز RMIT للمواد المتقدمة والكيمياء الصناعية (CAMIC) تحسين المحفزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد من خلال دراستها بتقنيات السنكروترون بالأشعة السينية وغيرها من الطرق التحليلية.

يأمل الباحثون أيضًا في توسيع نطاق التطبيقات المحتملة لعملهم ليشمل التحكم في تلوث الهواء للمركبات والأجهزة المصغرة لتحسين جودة الهواء الداخلي – وهو أمر مهم بشكل خاص في إدارة فيروسات الجهاز التنفسي المحمولة جواً. COVID-19[أنثى[feminine.

قال مدير CAMIC ، البروفيسور البارز سوريش بهارجافا ، إن الصناعة الكيماوية التي تبلغ قيمتها تريليون دولار تعتمد إلى حد كبير على التكنولوجيا التحفيزية القديمة.

قال بهارجافا: “يمكن ربط هذا الجيل الثالث من الحفز بالطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء تصميمات جديدة معقدة لم تكن ممكنة في السابق”.

“تمثل المحفزات الجديدة المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد نهجًا جذريًا جديدًا لديه إمكانات حقيقية لإحداث ثورة في مستقبل الحفز في جميع أنحاء العالم.”

تم إنتاج المحفزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) في منشأة التصنيع الرقمية ، وهي جزء من منطقة التصنيع المتقدمة في RMIT.

المرجع: “الزيوليت على هيكل الإطار المعدني المفتوح المطبوع ثلاثي الأبعاد: شجع الانتقال المعدني إلى الزيوليت التكسير التحفيزي للوقود الماص للحرارة لمركبات الطيران” بقلم روكسان هوبيش ، وماسيج مازور ، وكارل فوجر ، وبي آر سيلفاكانان ، وسوريش كيه بهارجافان ، 25 أغسطس 2021 ، الاتصالات الكيميائية.
دوى: 10.1039 / D1CC04246G


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button