Los aviones de pasajeros modernos ya consumen menos de tres litros de combustible por cada cien kilómetros y pasajeros. En el Centro Tecnológico de la Universidad de Rolls-Royce, los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT están trabajando para mejorar aún más este valor. Además,Los ingenieros planean optimizar el proceso de combustión de modo que la emisión de gases de escape se reduzca considerablemente. Para este propósito, utilizan supercomputadoras y métodos de simulación que generalmente se aplican para cálculos de tsunami o para efectos de agua en juegos de computadora.
Para producir menos contaminantes, como el negro de carbono o los óxidos de nitrógeno, en la aviación, no es suficiente reducir el consumo, dice Rainer Koch, Jefe del Grupo de Desarrollo de la Cámara de Combustión del Instituto de Turbomaquinas Térmicas ITS de KIT. Es más biennecesario para mejorar la combustión propiamente dicha. Para mejorar aún más la compatibilidad ambiental, la confiabilidad y la eficiencia económica de los motores de los aviones, los investigadores han estado cooperando durante exactamente diez años con el fabricante de motores Rolls-Royce en el llamado Centro Tecnológico Universitario UTC.Es difícil alcanzar los objetivos anteriores: observar el proceso de combustión por sí solo está lejos de ser fácil en una máquina, en la que los cuatro golpes admisión, compresión, combustión y escape tienen lugar simultáneamente y continuamente al contrario del motor de pistón.motores, el aire fluye a una velocidad de 300 m por segundo y las temperaturas están muy por encima del punto de fusión de los materiales utilizados. Estudios experimentales de inyección de combustible, contaminaciónLa formación de tant y la prevención de contaminantes son, por consiguiente, costosas y complejas.
Para los estudios relacionados, Koch y su equipo diseñaron una plataforma de prueba de boquilla virtual, mediante la cual se puede predecir la formación de contaminantes en la cámara de combustión con la ayuda de métodos numéricos. El método utilizado por los ingenieros para calcular y visualizar el tamaño, forma, trayectoria y dinámica de millones de pequeñas gotas de queroseno se llama hidrodinámica de partículas suavizadas. Originalmente, fue utilizado por astrofísicos para calcular explosiones de galaxias enteras. Más tarde, se aplicó para la simulación de tsunamis y para efectos visuales en películas yvideojuegos. "Entonces decidimos usarlo para la atomización del combustible", dice Koch.
Para la simulación, los datos técnicos de la boquilla de inyección se ingresan en la supercomputadora, explica Thilo Dauch, científico de ITS. La boquilla se divide en las áreas más pequeñas, llamadas elementos de volumen, en la computadora. Luego se analizan 1.200 millones de elementos de volumen., la industria y la investigación utilizan otros millones de elementos de volumen hasta 100 millones en otros casos. El volumen de datos también es impresionante: el programa genera 60 terabytes de datos en una ejecución de prueba. Después de aproximadamente un mes, el resultado esdisponible ". Con una PC convencional, necesitaría 72 años", dice Dauch. El gasto vale la pena: "Un motor de avión cuesta entre 5 y 20 millones. Un día en la plataforma de prueba del motor solo cuesta varios 10.000 euros".
Y los científicos obtienen más que solo tablas de figuras. "También podemos mirar directamente a la cámara de combustión", dice Koch. En la simulación 3D, los investigadores pueden ver el combustible formando rayas en forma de lazo, que luego se convierten en burbujas que explotan ydispersarse en forma de gotas de forma variable. Este fascinante espectáculo es de gran utilidad práctica cuando se busca la gota que tenga la mejor forma y tamaño. La impresión óptica sirve para verificar los cálculos y desarrollar una comprensión profunda de los procesos que tienen lugaren la cámara de combustión. "Ya hemos logrado mejorar considerablemente la boquilla de inyección", enfatiza Koch. "Y continuaremos haciéndolo".
En el futuro, los investigadores planean usar su método también en otras áreas. Las gotas se encuentran en cualquier lugar, desde la producción de detergentes y herramientas hasta trabajos de pintura y revestimiento.
El UTC de KIT se estableció en 2007. La investigación se concentra en las tecnologías de refrigeración, sellado y cámara de combustión de futuros motores de aviones. "El trabajo en UTC se caracteriza por la interacción permanente de práctica, simulación y experimento", dice Hans-Jörg Bauer, Jefe de ITS. Los ingenieros definen los problemas a estudiar, los científicos desarrollan modelos en la computadora y los comprueban en el experimento. "Los resultados se incorporan en el desarrollo práctico", continúa Bauer. Por lo tanto, el UTC contribuye esencialmente al desarrollo demotores nuevos y mejores ". Además, la cooperación en investigación brinda a los estudiantes e investigadores de doctorado la oportunidad de cooperar con científicos líderes e ingenieros experimentados y realizar investigaciones para el desarrollo de la última tecnología", dice Bauer. Hasta ahora, más de 70 investigadores de doctorado y variosCien estudiantes han trabajado en los aspectos actuales y futuros de la investigación de motores de aviones en la UTC en cooperación con Rolls-Royce.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :