Aviation: combustion au rayon X

Le centre de propulsion des systèmes d'aéronef sans pilote du Laboratoire de recherche de l'armée américaine a fait une première historique avec son expérience dans une chambre de combustion à turbine à gaz utilisant des rayons X. Les données aideront à faire avancer les conceptions de moteurs à turbine à gaz pour une densité de puissance et une efficacité plus élevées, selon les scientifiques. "C'est la source de rayons X la plus puissante au monde", a déclaré le Dr Tonghun Lee, professeur agrégé au Département de science et ingénierie mécaniques de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui s'est récemment associé à ARL. Lee et ses étudiants diplômés, ainsi que des partenaires du Centre ARL pour UAS Propulsion, ont ouvert une boutique à Advanced Photon Source du Département américain de l'énergie au Argonne National Laboratory en Illinois, ce qui a mené à une expérience unique jusqu'au 11 avril. "Nous sommes ici pour faire de l'imagerie par pulvérisation à l'intérieur d'une chambre de combustion de turbine à gaz, selon l'Armée de terre", a déclaré Lee. Lee a déclaré que leur expérience imitait ce qui se passe à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz d'hélicoptère typique de l'armée. À l'intérieur un moteur à turbine à gaz, une chambre de combustion est alimenté en air haute pression qui est chauffé par une pression constante. Après le chauffage, l'air passe de la chambre de combustion à travers les aubes directrices de la buse vers la turbine, produisant une poussée. Les chambres de combustion jouent un rôle crucial dans la détermination de nombreuses caractéristiques de fonctionnement d'un moteur, telles que la densité de puissance, le rendement énergétique et les niveaux d'émissions. «Nous avons eu une combustion en cours, ce qui est fait pour la première fois à APS et nous imaginons la rupture de pulvérisation à l'extrémité de l'injecteur en utilisant une source de rayons X», a-t-il dit. "Typiquement, cette région où le liquide se décompose est très dense et il est difficile d'imaginer quoi que ce soit à l'intérieur." En utilisant la source de rayons X la plus puissante au monde, l'équipe a pu pénétrer et comprendre comment les ligaments, ou brins de carburant en combustion, se décomposent en petites gouttelettes. "Nous essayons de comprendre exactement ce qui se passe à l'intérieur de la chambre de combustion de la turbine à gaz pour comprendre comment elle réagit aux différentes conditions de fonctionnement", a déclaré Lee. le Les données recueillies au cours de cette expérience deviendront les conditions initiales des simulations numériques qui permettront de mieux comprendre les chambres de combustion des turbines à gaz. "Nous essayons d'avoir une compréhension de la physique, que nous avons spéculé à ce jour, nous pouvons vraiment visualiser en utilisant cette source de rayons X", a-t-il dit. «Nous voulons comprendre ce que nous faisons en ce moment, comprendre l'impact du carburant: lorsque les soldats se trouvent dans un endroit différent et qu'ils ont différents types de carburants, quel impact cela aura-t-il sur le brûleur qu'ils ont? Le professeur a dit qu'à un peu plus long terme, il espère que les données de l'expérience permettront aux chercheurs de concevoir des systèmes de combustion plus optimisés pour l'avenir. «L'Advance Photon Source a déployé beaucoup d'efforts au cours de la dernière décennie, en ce qui concerne la rupture des gouttelettes de pulvérisation, et cela n'a jamais été fait dans un environnement de combustion en direct», a déclaré Lee. "Donc nous avons fait le matériel pour y arriver et c'est en fait la première fois que ça a été fait en direct avec un la combustion du flux dans une chambre de combustion. " Lee, tout en restant membre du corps professoral de l'UIUC, a récemment accepté un poste supplémentaire de chercheur au bureau régional du laboratoire en Illinois, ARL Central. L'Armée de terre a établi ARL Central en novembre 2017, dans le prolongement de son quartier général basé dans le Maryland, dans le but de tirer profit des talents scientifiques et technologiques régionaux. Retrouvez plus d'informations sur l'organisateur de cette activité de vol en avion de chasse L39.