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.
Как будет развиваться физическая конструкция самолетов, чтобы обеспечить движение на водороде или других экологически чистых видах топлива? Очевидно, что необходимо будет переосмыслить конфигурацию всего самолета, чтобы достичь экологически безопасной конструкции и более чистого неба. Поэтому отрасль изучает, как водородные реактивные двигатели и водородные топливные элементы будут приводить в движение двигательные установки следующего поколения и что это означает для подсистем самолетов.
Программное обеспечение Siemens Digital Industries смоделировало характеристики регионального реактивного самолета ATR-72 с гибридной силовой установкой, использующей топливные элементы и ультраконденсаторы, в типичном полетном задании и сравнило их с характеристиками того же самолета, приводимого в движение прямым сжиганием водорода. Это показывает нам, как будут работать турбовинтовые двигатели, работающие на водороде, по сравнению с водородными топливными элементами.
Есть чему поучиться. Будет ли водород обеспечивать достаточную мощность для работы пропеллеров на достаточной скорости? Сколько пропеллеров понадобится?
Водород кажется наиболее многообещающей альтернативой керосину из-за его высокой удельной энергии и низких выбросов парниковых газов, и мы можем использовать его для выработки электроэнергии с помощью батареи топливных элементов. Но топливные элементы нуждаются в охлаждении, так какой же метод охлаждения будет лучшим? Как мы можем использовать ультраконденсаторы для хранения энергии и подачи дополнительной энергии в топливные батареи?
Существуют и другие экологичные виды топлива, но наиболее перспективным является водород, поскольку его можно сжигать непосредственно в горелке газотурбинного двигателя. Он также имеет высокую гравиметрическую плотность энергии, что имеет большее значение, чем отсутствие выбросов CO2. Самая большая проблема с водородом — сохранить достаточное его количество и его свойства в условиях окружающей среды. Поскольку плотность примерно в 10 раз ниже плотности керосина, его необходимо хранить под давлением в больших контейнерах. В жидкой форме его объем намного меньше, но это порождает еще одну проблему: как обращаться с жидкостью при температуре до -253 градусов по Цельсию. Потребуется ли для этого новая интенсивная изоляция и теплообменники, а также новая форма криогенного резервуара?
У нас есть некоторые ответы, но есть еще много вопросов. Как новые силовые компоненты будут связаны с более крупными подсистемами самолета? Как эти новые агрегаты изменят форму и облик самолетов, находящихся сегодня в нашем небе? Какой подход наиболее осуществим с экономической точки зрения?
Моделирование предоставляет данные и некоторые ответы
«Зеленый курс» ЕС предоставляет средства для поддержки подобных расследований. На этом раннем этапе результатов испытаний нет, но один способ дает четкое представление об устойчивом проектировании самолетов: моделирование.
Программное обеспечение Siemens Digital Industries оказывает поддержку клиентам по всей Европе на ранних стадиях проектирования, используя технологию цифровых двойников для изучения проблем оптимизации производительности путем виртуального тестирования жидкостных, тепловых, механических, электрических и других системных областей, которые необходимо переосмыслить, прежде чем они станут экологичными. авиационные конструкции могут взлететь в реальном мире.
Программное обеспечение Simcenter Amesim и методология Virtual Integrated Aircraft (VIA) использовались для сравнения объемной плотности топлива и плотности энергии, удельной теплоемкости и температур хранения, необходимых для водорода в трех различных конструкциях самолетов.
- Моделирование показало сгорание водорода в двигателе, аналогичном ATR 72-600, и смоделировало характеристики газовой турбины, чтобы получить модель двигателя.
- Новые концепции турбовинтовых двигателей с водородным двигателем были смоделированы с помощью Simcenter Amesim.
- Дальнейшее моделирование показало выполнение полета с достижением необходимой высоты и воздушной скорости.
Использование процесса PLM может ускорить проектирование на ранних стадиях, так что мы сможем смоделировать полноценный самолет с водородным двигателем, в котором все системы силовой установки объединены в одну интегрированную конструкцию самолета.
Эта работа уже приносит полезные данные и идеи, которые помогут в будущих проектах. Рабочие процессы проектирования играют ключевую роль, а моделирование предлагает синтетический взгляд на разработку устойчивых продуктов будущего, которые будут иметь интеллектуальную проверку и отслеживаемость на всех этапах — от этапа разработки требований до данных инженерных испытаний.
Наши результаты показывают, что пропеллеры, работающие на водороде, могут обеспечить самый быстрый путь к снижению выбросов углекислого газа в авиации. Но архитектура силовой установки на топливных элементах также является многообещающей и может использовать энергию более оптимальным образом, чем водородная двигательная установка.
Моделирование может дать нам ответы, а методология VIA указывает на жизнеспособную конструкцию экологически чистого самолета.
Идите глубже
В следующем информационном документе вы познакомитесь с результатами работы Siemens Digital Industries Software над новыми силовыми установками и концепциями топливных элементов ранней стадии, а также моделями полноценного самолета с водородным двигателем.
белая бумага
Использование предварительного проектирования и моделирования для управления двигательными установками следующего поколения.
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.