హైడ్రోజన్‌తో నడిచే విమానాలు భవిష్యత్తులో ప్రపంచవ్యాప్తంగా రెక్కలు పట్టబోతున్నాయి. దీన్ని సాధ్యం చేయడానికి, ఇంజనీర్లు తమకు శక్తినిచ్చే జెట్ ఇంజిన్లను అభివృద్ధి చేయాలి. ETH జూరిచ్‌లోని పరిశోధకుల ప్రయోగాలు ఇప్పుడు ఈ ఇంజిన్లను శక్తివంతంగా మరియు మన్నికైనవిగా చేయడానికి అవసరమైన ఆధారాన్ని అందిస్తున్నాయి.
స్థిరంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్‌తో నడిచే వాతావరణ-తటస్థ విమానానికి యూరప్ సిద్ధమవుతోంది. గత సంవత్సరం, EU హైడ్రోజన్-శక్తితో నడిచే మధ్యస్థ-దూర విమానం అభివృద్ధిలో పరిశ్రమ మరియు విశ్వవిద్యాలయాలకు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఒక ప్రాజెక్ట్‌ను ప్రారంభించింది. ఇతర విషయాలతోపాటు, కొత్త ఇంధనంతో నడపడానికి జెట్ ఇంజన్లను స్వీకరించవలసి ఉంటుంది. నేటి ఇంజన్లు కిరోసిన్ బర్నింగ్ కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి.
“కిరోసిన్ కంటే హైడ్రోజన్ చాలా వేగంగా మండుతుంది, దీని ఫలితంగా మరింత కాంపాక్ట్ మంటలు ఏర్పడతాయి” అని ETH జూరిచ్‌లోని మెకానికల్ మరియు ప్రాసెస్ ఇంజనీరింగ్ విభాగంలో ప్రొఫెసర్ నికోలస్ నోయిరే వివరించారు. హైడ్రోజన్ ఇంజిన్లను రూపొందించేటప్పుడు ఇది పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. నోయిరే బృందం చేసిన ప్రయోగాలు ఇప్పుడు దీనికి ముఖ్యమైన ఆధారాన్ని అందిస్తాయి. బృందం ఇప్పుడే దాని ఫలితాలను పత్రికలో ప్రచురించింది దహన మరియు జ్వాల.
ఇంజనీర్లు తగ్గించడానికి ప్రయత్నించే వైబ్రేషన్స్ ఒక సమస్య. సాధారణ జెట్ ఇంజన్లలో, ఇంజిన్ యొక్క వార్షిక దహన చాంబర్ చుట్టూ దాదాపు ఇరవై ఇంధన ఇంజెక్షన్ నాజిల్‌లు అమర్చబడి ఉంటాయి. అక్కడ ఇంధనం యొక్క అల్లకల్లోల దహనం ధ్వని తరంగాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ తరంగాలు ఛాంబర్ గోడల నుండి తిరిగి ప్రతిబింబిస్తాయి మరియు మంటలపై ఫీడ్‌బ్యాక్ చర్యను కలిగి ఉంటాయి. ధ్వని తరంగం మరియు జ్వాలల మధ్య ఈ కలయిక ఇంజిన్ దహన చాంబర్‌పై భారీ లోడ్‌ను ప్రేరేపించే కంపనాలకు దారితీస్తుంది. “ఈ కంపనాలు పదార్థాన్ని అలసిపోతాయి, ఇది చెత్త సందర్భంలో పగుళ్లు మరియు నష్టానికి దారితీస్తుంది” అని నోయిరే సమూహంలోని మాజీ పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు అబెల్ ఫౌర్-బ్యూలీ చెప్పారు. “అందుకే, కొత్త ఇంజిన్లను అభివృద్ధి చేస్తున్నప్పుడు, ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల్లో ఈ కంపనాలు జరగకుండా జాగ్రత్తలు తీసుకుంటారు.”
క్రూజింగ్ ఎత్తులో పరిస్థితులను అనుకరించడం
ఇంజనీర్లు నేటి కిరోసిన్ ఇంజిన్లను అభివృద్ధి చేసినప్పుడు, వారు ఈ కంపనాలను అదుపులో ఉంచుకోవాలి. మంటల ఆకారాన్ని అలాగే దహన చాంబర్ యొక్క జ్యామితి మరియు ధ్వనిని ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా వారు దీనిని సాధించారు. అయినప్పటికీ, ధ్వని మరియు జ్వాల మధ్య పరస్పర చర్యలపై ఇంధన రకం ప్రధాన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. దీని అర్థం ఇంజనీర్లు మరియు పరిశోధకులు ఇప్పుడు కొత్త హైడ్రోజన్ ఇంజిన్‌లో తలెత్తకుండా చూసుకోవాలి. ETH జ్యూరిచ్‌లోని విస్తృతమైన పరీక్ష మరియు కొలత సౌకర్యం హైడ్రోజన్ జ్వాలల ధ్వనిని కొలవడానికి మరియు సంభావ్య కంపనాలను అంచనా వేయడానికి నోయిరేని అనుమతిస్తుంది. EU ప్రాజెక్ట్ HYDEAలో భాగంగా, అతను GE ఏరోస్పేస్‌తో కలిసి పాల్గొన్నాడు, అతను కంపెనీ ఉత్పత్తి చేసే హైడ్రోజన్ ఇంజెక్షన్ నాజిల్‌లను పరీక్షిస్తాడు.
“మా సౌకర్యం క్రూజింగ్ ఎత్తులో ఇంజిన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడన పరిస్థితులను పునరావృతం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది” అని నోయిరే వివరించాడు. పరిశోధకులు వివిధ దహన గదుల ధ్వనిని కూడా పునఃసృష్టి చేయవచ్చు, ఇది విస్తృత శ్రేణి కొలతలను అనుమతిస్తుంది. “నిజమైన విమాన పరిస్థితులలో హైడ్రోజన్ జ్వాలల శబ్ద ప్రవర్తనను కొలిచేందుకు మా అధ్యయనం ఇదే మొదటిది.”
వారి ప్రయోగాలలో, పరిశోధకులు ఒకే నాజిల్‌ను ఉపయోగించారు మరియు భవిష్యత్తులో హైడ్రోజన్ ఇంజిన్‌లో అమర్చబడే నాజిల్‌ల సేకరణ యొక్క శబ్ద ప్రవర్తనను రూపొందించారు. ఇంజెక్షన్ నాజిల్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మరియు అధిక పనితీరు గల హైడ్రోజన్ ఇంజిన్‌కు మార్గం సుగమం చేయడానికి GE ఏరోస్పేస్‌లోని ఇంజనీర్‌లకు ఈ అధ్యయనం సహాయం చేస్తోంది. కొన్ని సంవత్సరాలలో, ఇంజిన్ భూమిపై ప్రారంభ పరీక్షలకు సిద్ధంగా ఉండాలి మరియు భవిష్యత్తులో, ఇది మొదటి హైడ్రోజన్ ఇంధనంతో కూడిన విమానాలను ముందుకు నడిపించగలదు.
విమానయానాన్ని హైడ్రోజన్ యుగానికి మార్చడంలో ఇంజిన్‌ల అభివృద్ధి లేదా హైడ్రోజన్ ట్యాంకుల అభివృద్ధిని ETH ప్రొఫెసర్ నోయిరే గొప్ప సవాలుగా పరిగణించలేదు. “మానవత్వం చంద్రునిపైకి వెళ్లింది; ఇంజనీర్లు నిస్సందేహంగా హైడ్రోజన్ విమానాలను అభివృద్ధి చేయగలరు,” అని ఆయన చెప్పారు. కానీ విమానాలు మాత్రమే సరిపోవు. మరో ప్రధాన సవాలు ఏమిటంటే, హైడ్రోజన్ ఏవియేషన్ కోసం మొత్తం అవస్థాపనను ఏర్పాటు చేయడం, వాతావరణ-తటస్థ హైడ్రోజన్‌ను తగినంత పరిమాణంలో ఉత్పత్తి చేయడం మరియు దానిని విమానాశ్రయాలకు రవాణా చేయడం వంటివి ఉన్నాయి. సహేతుకమైన కాలవ్యవధిలో దీనిని సాధించడానికి ఇప్పుడు సమిష్టి కృషి అవసరం.
విమానయానానికి హైడ్రోజన్ ఎందుకు?
చాలా గ్రౌండ్ వాహనాలు బ్యాటరీలతో విద్యుద్దీకరించబడతాయి; అయినప్పటికీ, అధిక-పనితీరు గల విమానాలకు బ్యాటరీలు చాలా బరువుగా ఉంటాయి. క్రయోజెనిక్ ట్యాంకుల్లో హైడ్రోజన్‌తో 200 మంది ప్రయాణికులను వేల కిలోమీటర్లకు పైగా ప్రయాణించడానికి అవసరమైన శక్తిని బ్యాటరీలలో నిల్వ చేయడం కంటే కనీసం ముప్పై రెట్లు తక్కువ బరువు ఉంటుంది. “రాబోయే దశాబ్దాలలో, చాలా తక్కువ పేలోడ్ సామర్థ్యం కలిగిన చిన్న విమానాలు మాత్రమే బ్యాటరీతో నడిచేవిగా ఉంటాయి” అని ETH ప్రొఫెసర్ నోయిరే చెప్పారు. “ప్యాసింజర్ మరియు కార్గో ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్‌లకు, సింథటిక్ ఇంధనాలు నేటి కిరోసిన్‌కు ఏకైక ప్రత్యామ్నాయం, మరియు హైడ్రోజన్ స్థిరంగా ఉత్పత్తి చేయడానికి అత్యంత పొదుపుగా ఉంటుంది.”
విమానం యొక్క పరిమాణం మరియు పరిధిని బట్టి, రెండు సంభావ్య హైడ్రోజన్ పరిష్కారాలు ఉన్నాయి. తక్కువ క్రూజింగ్ వేగం మరియు తక్కువ శ్రేణులు కలిగిన చిన్న ప్రాంతీయ విమానాల కోసం, బోర్డులోని ఇంధన సెల్‌లో హైడ్రోజన్‌ను విద్యుత్తుగా మార్చవచ్చు. ఇది ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ ద్వారా ప్రొపెల్లర్లను నడుపుతుంది. అయినప్పటికీ, సుదూర వాణిజ్య విమానాలకు, ఇంధన కణాలు వాటి పరిమాణం మరియు బరువు కారణంగా సరిపోవు. భవిష్యత్తులో, ఈ విమానాలు హైడ్రోజన్‌తో ఇంధనంతో కూడిన జెట్ ఇంజిన్‌ల ద్వారా నడపబడతాయి. ప్రస్తుతం ఇటువంటి ఇంజిన్లను అభివృద్ధి చేయడానికి అనేక పారిశ్రామిక కన్సార్టియా పని చేస్తోంది.
సూచన
Faure Beaulieu A, ధర్మపుత్ర B, Schuermans B, Wang G, Caruso S, Zahn M, Noiray N: ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్ ప్రొపల్షన్ కోసం అధిక పీడన హైడ్రోజన్/గాలి జ్వాలల శబ్ద బదిలీ మాత్రికలను కొలవడం. దహనం మరియు మంట, 22. అక్టోబర్ 2024, doi: 10.1016/j.combustflame.2024.113776
