El Centro de Propulsión de Sistemas de Aeronaves No Tripulados del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. Hizo una primicia histórica con su experimento en una cámara de combustión de turbina de gas utilizando rayos X. Los datos ayudarán a avanzar en los diseños de motores de turbina de gas para lograr una mayor densidad de potencia y eficiencia. dijeron los científicos.

"Esta es la fuente de rayos X más potente del mundo, "dijo el Dr. Tonghun Lee, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que recientemente unió fuerzas con ARL.

Lee y sus estudiantes de posgrado, junto con socios del ARL Center for UAS Propulsion, estableció una tienda en la Fuente de Fotones Avanzados del Departamento de Energía de los EE. UU. en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, resultando en un experimento único, que continuó hasta el 11 de abril.

"Estamos aquí para tomar imágenes de rociado dentro de una cámara de combustión de turbina de gas según sea relevante para el Ejército, "Dijo Lee.

Lee dijo que su experimento imitó lo que sucede dentro de un motor típico de turbina de gas de helicóptero del Ejército.

Dentro de un motor de turbina de gas, una cámara de combustión se alimenta de aire a alta presión que se calienta a presión constante. Después de calentar, el aire pasa desde la cámara de combustión a través de las paletas de guía de la boquilla hasta la turbina, produciendo empuje. Los combustores juegan un papel crucial en la determinación de muchas de las características operativas de un motor, como la densidad de potencia, eficiencia de combustible y niveles de emisiones.

"Tuvimos una combustión en marcha, que se realiza por primera vez en APS y estamos imaginando la ruptura de la pulverización en la punta del inyector utilizando una fuente de rayos X, ", dijo." Por lo general, esa región donde el líquido se rompe es muy densa y es difícil obtener imágenes de algo dentro ".

Al utilizar la fuente de rayos X más potente del mundo, el equipo pudo penetrar y comprender cómo los ligamentos, o hebras de combustible en llamas, se rompe en pequeñas gotas.

"Estamos tratando de comprender exactamente qué ocurre dentro de la cámara de combustión de la turbina de gas para comprender cómo responde a las diferentes condiciones de operación, "Dijo Lee.

Los datos recopilados durante este experimento se convertirán en las condiciones iniciales para las simulaciones numéricas que mejorarán la comprensión de las cámaras de combustión de turbinas de gas.

"Estamos tratando de comprender la física, que hasta el día de hoy hemos estado especulando, realmente podemos visualizar usando esta fuente de rayos X, ", dijo." Queremos entender lo que estamos haciendo en este momento, comprender el impacto del combustible. Cuando los soldados están en un lugar diferente y tienen diferentes tipos de combustibles, ¿Cómo afectará a la cámara de combustión que tienen? "

El profesor dijo en un plazo un poco más largo, espera que los datos del experimento permitan a los investigadores diseñar sistemas de combustión más optimizados para el futuro.

"La Fuente de Fotones Avanzada ha dedicado mucho esfuerzo durante la última década aproximadamente a analizar la ruptura de las gotas de rociado. Y nunca se ha hecho en un ambiente de combustión en vivo, "Dijo Lee." Así que hicimos el hardware para que esto suceda y esta es la primera vez que se hace en vivo con un flujo de combustión en una cámara de combustión ".

Sotavento, sin dejar de ser un miembro de la facultad en UIUC, aceptó recientemente un puesto adicional como investigador en la oficina regional del laboratorio en Illinois, ARL Central. El Ejército estableció ARL Central en noviembre de 2017, como una extensión de su sede en Maryland con el objetivo de aprovechar el talento regional en ciencia y tecnología.

"Fue genial ver a un equipo de ARL, Investigadores de UIUC y Argonne que trabajan juntos con la capacidad única de Advanced Photon Source para obtener una visión sin precedentes del proceso de inyección y combustión de combustible, ", dijo el Dr. Mark Tschopp, líder regional de ARL Central. Fue muy emocionante ver este nuevo experimento de primera mano porque simboliza de qué se trata ARL Central:asociarse para acelerar el descubrimiento y la innovación para futuras aplicaciones del Ejército".

El experimento fue el primer logro del nuevo Centro de Propulsión UAS del laboratorio, which kicked off a massive partnership between academia and industry. ARL held a ribbon cutting for the center April 2.

"I am so pleased to perform this historic experiment right after the ribbon cutting ceremony for Center for UAS Propulsion, " said center founder Dr. Chol-Bum "Mike" Kweon, who also serves as the lab's Propulsion Division chief. "I was thrilled watching the quality of the spray breakup processes in the gas turbine combustion in real time, which is extremely difficult to measure at this quality."

Dr. Jaret Riddick, director of the lab's Vehicle Technology Directorate watched the experiment in person April 4.

"Future Vertical Lift is one of the Army's six Modernization priorities, " Riddick said. "Future tactical unmanned aerial vehicles will play a key role in manned-unmanned teaming for Future Vertical Lift."

Breakthroughs in small engine technology for future unmanned aerial vehicles will enable longer duration, larger payloads and silent operation, él dijo.

"Research partnerships through the newly established Center for UAS Propulsion, such as the one we witnessed at Argonne National Lab, will make these breakthroughs possible in support of the Army modernization priority for Future Vertical Lift , " él dijo.