Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
W jaki sposób fizyczna konstrukcja samolotów będzie ewoluować, aby dostosować się do napędu na wodór lub inne zrównoważone paliwa? Oczywiste jest, że konieczne będzie ponowne przemyślenie konfiguracji całego samolotu, aby osiągnąć zrównoważone projekty i czystsze niebo. Dlatego też przemysł bada, w jaki sposób napędzane wodorem silniki odrzutowe i wodorowe ogniwa paliwowe będą napędzać układy napędowe nowej generacji i co to oznacza dla podsystemów samolotów.
Firma Siemens Digital Industries Software symulowała osiągi regionalnego odrzutowca ATR-72 z napędem hybrydowym wykorzystującym ogniwa paliwowe i ultrakondensatory podczas typowej misji lotniczej i porównywała je z osiągami tego samego samolotu napędzanego bezpośrednim spalaniem wodoru. To pokazuje nam, jak turbośmigła spalające wodór będą działać w porównaniu z wodorowymi ogniwami paliwowymi.
Jest wiele do nauczenia się. Czy wodór dostarczy wystarczającą moc, aby śmigła mogły pracować z wystarczającą prędkością? Ile śmigieł będzie potrzebnych?
Wodór wydaje się być najbardziej obiecującą alternatywą dla nafty ze względu na wysoką energię właściwą i niską emisję gazów cieplarnianych. Moglibyśmy go wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą stosu ogniw paliwowych. Ale ogniwa paliwowe wymagają chłodzenia, więc która metoda chłodzenia będzie najlepsza? Jak możemy wykorzystać ultrakondensatory do magazynowania energii i dostarczania dodatkowej energii do stosów paliwowych?
Istnieją inne zrównoważone paliwa, ale wodór jest najbardziej obiecujący, ponieważ można go spalić bezpośrednio w palniku silnika turbinowego. Charakteryzuje się również wysoką grawimetryczną gęstością energii, która ma większe znaczenie niż brak emisji CO2. Największym wyzwaniem związanym z wodorem jest przechowywanie jego wystarczającej ilości i jego właściwości w warunkach otoczenia. Ponieważ ma gęstość około 10 razy mniejszą niż nafta, należy ją przechowywać pod ciśnieniem w dużych pojemnikach. Jego objętość w postaci płynnej jest znacznie mniejsza, ale wiąże się to z kolejnym wyzwaniem: jak postępować z cieczą w temperaturach tak niskich jak -253 stopni Celsjusza. Czy będzie to wymagało nowej intensywnej izolacji i wymienników ciepła oraz nowej formy zbiornika kriogenicznego?
Mamy kilka odpowiedzi, ale pytań jest znacznie więcej. W jaki sposób nowe komponenty mocy będą połączone z większymi podsystemami samolotu? W jaki sposób te nowe zespoły zmienią kształt i formę samolotów na dzisiejszym niebie? Jakie podejście jest najbardziej wykonalne z ekonomicznego punktu widzenia?
Symulacja dostarcza danych i odpowiedzi
W ramach Zielonego Ładu UE zapewnia fundusze na wsparcie takich dochodzeń. Na tym wczesnym etapie nie ma wyników testów, ale jedna metoda zapewnia jasny wgląd w zrównoważone projektowanie samolotów: symulacja.
Siemens Digital Industries Software wspiera klientów w całej Europie, zapewniając wsparcie na wczesnym etapie projektowania, wykorzystując technologię cyfrowych bliźniaków do badania wyzwań związanych z optymalizacją wydajności poprzez wirtualne testowanie dziedzin systemów płynów, termicznych, mechanicznych, elektrycznych i innych, które należy ponownie przemyśleć, zanim staną się ekologiczne projekty lotnicze mogą wystartować w prawdziwym świecie.
Do porównania gęstości objętościowej i energetycznej paliwa, pojemności cieplnej właściwej i temperatur przechowywania wodoru wymaganych w trzech różnych konstrukcjach samolotów wykorzystano oprogramowanie Simcenter Amesim i metodologię Virtual Integrated Aircraft (VIA).
- Symulacje wykazały spalanie wodoru w silniku podobnym do ATR 72-600 oraz modelowały pracę turbiny gazowej w celu uzyskania modelu silnika,
- Nowe koncepcje turbośmigieł napędzanych wodorem modelowano w Simcenter Amesim,
- Dalsze symulacje wykazały, że misja lotnicza osiąga niezbędną wysokość i prędkość.
Zastosowanie procesu PLM może przyspieszyć projekty na wczesnym etapie, dzięki czemu będziemy mogli modelować kompletny samolot napędzany wodorem, w którym wszystkie systemy zespołu napędowego zostaną połączone w jeden zintegrowany projekt samolotu.
Już teraz prace te dostarczają przydatnych danych i spostrzeżeń, które pomogą w przyszłych projektach. Przepływy pracy inżynieryjnej są kluczowe, a symulacja oferuje syntetyczny pogląd na projektowanie zrównoważonych produktów na przyszłość, które będą podlegały inteligentnej weryfikacji i identyfikowalności od etapu wymagań po dane z testów inżynieryjnych.
Nasze wyniki sugerują, że śmigła spalające wodór mogą zapewnić najszybszą drogę do zmniejszenia śladu węglowego lotnictwa. Jednak architektura napędu ogniw paliwowych jest również obiecująca i może wykorzystywać energię w bardziej optymalny sposób niż napęd wodorowy.
Symulacja może dać nam odpowiedzi, a metodologia VIA wskazuje na wykonalny projekt zrównoważonego samolotu.
Głębiej
W poniższym opracowaniu technicznym zapoznaj się z wynikami prac firmy Siemens Digital Industries Software nad nowymi układami napędowymi i koncepcjami ogniw paliwowych na wczesnym etapie, a także modelami kompletnego samolotu napędzanego wodorem.
biały papier
Wykorzystanie wstępnego projektu i symulacji do napędzania układów napędowych nowej generacji
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.