انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال
كيف سيتطور التصميم المادي للطائرات لاستيعاب الدفع بالهيدروجين أو أنواع الوقود المستدامة الأخرى؟ ومن الواضح أن تكوين الطائرة بأكملها سيحتاج إلى إعادة تصور للوصول إلى تصاميم مستدامة وسماء أكثر نظافة. ولذلك، تدرس الصناعة كيف ستدفع المحركات النفاثة التي تعمل بالهيدروجين وخلايا الوقود الهيدروجيني الجيل القادم من أنظمة الدفع وما يعنيه ذلك بالنسبة للأنظمة الفرعية للطائرات.
قامت شركة Siemens Digital Industries Software بمحاكاة أداء طائرة إقليمية من طراز ATR-72 ذات الدفع الهجين باستخدام خلايا الوقود والمكثفات الفائقة في مهمة طيران نموذجية ومقارنة ذلك بأداء نفس الطائرة المدفوعة باحتراق الهيدروجين المباشر. يوضح لنا هذا كيفية أداء المراوح التوربينية التي تعمل بحرق الهيدروجين مقارنة بخلايا الوقود الهيدروجيني.
هناك الكثير لنتعلمه هل سيوفر الهيدروجين طاقة كافية لتشغيل المراوح بسرعة كافية؟ كم عدد المراوح ستكون هناك حاجة؟
يبدو أن الهيدروجين هو البديل الواعد للكيروسين بسبب طاقته النوعية العالية وانخفاض انبعاثات الغازات الدفيئة ويمكننا استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية عبر مجموعة من خلايا الوقود. لكن خلايا الوقود تحتاج إلى التبريد، فما هي طريقة التبريد الأفضل؟ كيف يمكننا استخدام المكثفات الفائقة لتخزين الطاقة وجلب طاقة إضافية إلى مداخن الوقود؟
توجد أنواع أخرى من الوقود المستدام ولكن الهيدروجين هو الأكثر واعدة لأنه يمكن حرقه مباشرة داخل موقد المحرك التوربيني. كما أنها تتمتع بكثافة طاقة وزنية عالية، وهو ما يهم أكثر من غياب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. التحدي الأكبر الذي يواجه الهيدروجين هو تخزين ما يكفي منه وخصائصه في الظروف المحيطة. ومع كثافته أقل بعشر مرات تقريبًا من الكيروسين، يجب تخزينه تحت الضغط في حاويات كبيرة. يكون حجمه أقل بكثير في الحالة السائلة، لكن هذا يجلب تحديًا آخر: كيفية التعامل مع السائل عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -253 درجة مئوية. هل سيحتاج هذا إلى عزل مكثف ومبادلات حرارية جديدة وشكل جديد من الخزانات المبردة؟
لدينا بعض الإجابات ولكن هناك العديد من الأسئلة الأخرى. كيف سيتم ربط مكونات الطاقة الجديدة بالأنظمة الفرعية الأكبر للطائرات؟ فكيف ستغير هذه التجميعات الجديدة شكل وهيئة الطائرات في سمائنا اليوم؟ ما هو النهج الأكثر جدوى من الناحية الاقتصادية؟
توفر المحاكاة البيانات وبعض الإجابات
توفر الصفقة الخضراء للاتحاد الأوروبي الأموال لدعم مثل هذه التحقيقات. في هذه المرحلة المبكرة، لا توجد نتائج اختبار، ولكن هناك طريق واحد يقدم رؤية واضحة لتصميم الطائرات المستدامة: المحاكاة.
تدعم برامج Siemens Digital Industries العملاء في جميع أنحاء أوروبا من خلال دعم التصميم في المراحل المبكرة، وذلك باستخدام تقنية التوأم الرقمي لاستكشاف تحديات تحسين الأداء من خلال الاختبار الافتراضي لمجالات الأنظمة السائلة والحرارية والميكانيكية والكهربائية وغيرها من المجالات التي يجب إعادة تصورها قبل التحول إلى البيئة الخضراء. تصاميم الطيران يمكن أن تقلع في العالم الحقيقي.
تم استخدام برنامج Simcenter Amesim ومنهجية الطائرات الافتراضية المتكاملة (VIA) لمقارنة حجم الوقود وكثافة الطاقة والسعة الحرارية المحددة ودرجات حرارة التخزين المطلوبة للهيدروجين في ثلاثة تصميمات مختلفة للطائرات.
- أظهرت عمليات المحاكاة احتراق الهيدروجين في محرك مشابه لمحرك ATR 72-600 ونمذجة أداء التوربين الغازي للحصول على نموذج للمحرك،
- تم تصميم مفاهيم جديدة للمراوح التوربينية التي تعمل بالهيدروجين باستخدام Simcenter Amesim،
- أظهرت عمليات المحاكاة الإضافية أن مهمة الطيران تصل إلى الارتفاع والسرعة الجوية اللازمين.
يمكن أن يؤدي استخدام عملية PLM إلى تسريع تصميمات المرحلة المبكرة حتى نتمكن من تصميم طائرة كاملة تعمل بالطاقة الهيدروجينية حيث تجتمع جميع أنظمة توليد الطاقة معًا في تصميم طائرة واحد متكامل.
بالفعل، يقدم هذا العمل بيانات ورؤى مفيدة للمساعدة في التصاميم المستقبلية. تعد مسارات العمل الهندسية أمرًا أساسيًا، وتوفر المحاكاة وجهة نظر تركيبية لتصميم منتجات مستدامة للمستقبل، والتي سيكون لها تحقق ذكي وإمكانية تتبع مباشرة من مرحلة المتطلبات إلى بيانات الاختبار الهندسي.
تشير نتائجنا إلى أن المراوح التي تعمل بحرق الهيدروجين يمكن أن توفر أسرع طريق لخفض البصمة الكربونية للطيران. لكن هندسة الدفع بخلايا الوقود هي أيضًا واعدة ويمكنها استخدام الطاقة بطريقة أفضل من الدفع بالهيدروجين.
يمكن أن تقدم لنا المحاكاة إجابات، وتشير منهجية VIA إلى تصميم قابل للتطبيق لطائرات مستدامة.
اذهب أعمق
في المستند التقني التالي، اكتشف نتائج عمل برنامج Siemens Digital Industries Software على أنظمة الدفع الجديدة ومفاهيم خلايا الوقود في المراحل المبكرة، ونماذج الطائرات الكاملة التي تعمل بالهيدروجين.
ورق ابيض
الاستفادة من التصميم الأولي والمحاكاة لدفع أنظمة الدفع من الجيل التالي
انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال