El Centro de Propulsión de Sistemas de Aeronaves No Tripulados del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. Hizo una primicia histórica con su experimento en una cámara de combustión de turbina de gas utilizando rayos X. Los datos ayudarán a avanzar en los diseños de motores de turbina de gas para una mayor densidad de potencia y eficiencia, dijeron los científicos.
"Esta es la fuente de rayos X más potente del mundo", dijo el Dr. Tonghun Lee, profesor asociado del Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que recientemente unió fuerzas con ARL.
Lee y sus estudiantes de posgrado, junto con socios del Centro ARL de Propulsión UAS, establecieron una tienda en la Fuente de Fotones Avanzados del Departamento de Energía de EE. UU. En el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, lo que resultó en un experimento único, que continuó hasta el 11 de abril.
"Estamos aquí para tomar imágenes de rociado dentro de una cámara de combustión de turbina de gas según sea relevante para el Ejército", dijo Lee.
Lee dijo que su experimento imitó lo que sucede dentro de un motor típico de turbina de gas de helicóptero del Ejército.
Dentro de un motor de turbina de gas, una cámara de combustión recibe aire a alta presión que se calienta a presión constante. Después del calentamiento, el aire pasa de la cámara de combustión a través de las paletas de guía de la boquilla a la turbina, produciendo empuje. Los combustores juegan un papel crucial en la determinaciónmuchas de las características operativas de un motor, como la densidad de potencia, la eficiencia del combustible y los niveles de emisiones.
"Tuvimos una combustión en marcha, que se realiza por primera vez en APS y estamos imaginando la ruptura de la pulverización en la punta del inyector utilizando una fuente de rayos X", dijo. "Por lo general, esa región dondeel líquido se rompe es muy denso y es difícil imaginar algo dentro ".
Al utilizar la fuente de rayos X más poderosa del mundo, el equipo pudo penetrar y comprender cómo los ligamentos, o hebras de combustible en llamas, se rompen en pequeñas gotas.
"Estamos tratando de comprender exactamente qué ocurre dentro de la cámara de combustión de la turbina de gas para comprender cómo responde a las diferentes condiciones de operación", dijo Lee.
Los datos recopilados durante este experimento se convertirán en las condiciones iniciales para las simulaciones numéricas que mejorarán la comprensión de las cámaras de combustión de turbinas de gas.
"Estamos tratando de comprender la física, que hasta el día de hoy hemos estado especulando, realmente podemos visualizar usando esta fuente de rayos X", dijo. "Queremos comprender lo que estamos haciendo bienahora, entendiendo el impacto del combustible. Cuando los soldados están en una ubicación diferente y tienen diferentes tipos de combustibles, ¿cómo afectará a la cámara de combustión que tienen? "
El profesor dijo que a un plazo un poco más largo, espera que los datos del experimento permitan a los investigadores diseñar sistemas de combustión más optimizados para el futuro.
"La fuente de fotones avanzada ha dedicado mucho esfuerzo durante la última década más o menos a analizar la ruptura de las gotas de spray. Y nunca se ha hecho en un entorno de combustión en vivo", dijo Lee. "Así que creamos el hardware para hacersucede y esta es la primera vez que se hace en vivo con un flujo de combustión en una cámara de combustión ".
Lee, aunque seguía siendo miembro de la facultad en UIUC, aceptó recientemente un puesto adicional como investigador en la oficina regional del laboratorio en Illinois, ARL Central. El Ejército estableció ARL Central en noviembre de 2017, como una extensión de su sede en Maryland conel objetivo de aprovechar el talento regional en ciencia y tecnología.
"Fue genial ver a un equipo de investigadores de ARL, UIUC y Argonne trabajando juntos con la capacidad única de Advanced Photon Source para obtener información sin precedentes sobre el proceso de inyección y combustión de combustible", dijo el Dr. Mark Tschopp, líder regional central de ARL. "Fue muy emocionante ver este nuevo experimento de primera mano porque simboliza de qué se trata ARL Central: asociarse para acelerar el descubrimiento y la innovación para futuras aplicaciones del Ejército".
El experimento fue el primer logro del nuevo Centro de Propulsión UAS del laboratorio, que dio inicio a una asociación masiva entre la academia y la industria. ARL realizó un corte de cinta para el centro el 2 de abril.
"Estoy muy complacido de realizar este experimento histórico justo después de la ceremonia de corte de cinta para el Centro de Propulsión UAS", dijo el fundador del centro, el Dr. Chol-Bum "Mike" Kweon, quien también se desempeña como jefe de la División de Propulsión del laboratorio. "Iestaba encantado de ver la calidad de los procesos de ruptura de la pulverización en la combustión de la turbina de gas en tiempo real, que es extremadamente difícil de medir con esta calidad ".
El Dr. Jaret Riddick, director de la Dirección de Tecnología de Vehículos del laboratorio, observó el experimento en persona el 4 de abril.
"Future Vertical Lift es una de las seis prioridades de modernización del Ejército", dijo Riddick. "Los futuros vehículos aéreos no tripulados tácticos jugarán un papel clave en la formación de equipos tripulados y no tripulados para Future Vertical Lift".
Los avances en la tecnología de motores pequeños para futuros vehículos aéreos no tripulados permitirán una mayor duración, mayores cargas útiles y un funcionamiento silencioso, dijo.
"Las asociaciones de investigación a través del Centro de Propulsión UAS recientemente establecido, como el que presenciamos en el Laboratorio Nacional de Argonne, harán posibles estos avances en apoyo de la prioridad de modernización del Ejército para el Levantamiento Vertical Futuro", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. . Original escrito por David McNally. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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