Catalyseurs imprimés en 3D de nouvelle génération pour propulser le vol hypersonique
Les pilotes publiés en 3D ultra-efficaces pourraient aider à résoudre le problème de surchauffe dans les avions hypersoniques et fournir une option de pointe pour la surveillance thermique dans de nombreuses industries.
Créés par des chercheurs du RMIT College de Melbourne, en Australie, les stimulants extrêmement fonctionnels sont abordables à fabriquer et basiques à l’échelle.
Les démonstrations en laboratoire de l’équipe montrent que les stimulants publiés en 3D peuvent être utilisés pour des déclenchements de puissance hypersoniques tout en refroidissant simultanément le système.
L’étude a été publiée dans le journal de la Royal Society of Chemistry, Chemical Communications.
Le scientifique principal, le Dr Selvakannan Periasamy, a affirmé que leurs travaux portaient sur l’un des plus grands défis de la croissance des avions hypersoniques : gérer la chaleur incroyable qui se développe lorsque les avions volent à plus de cinq fois la vitesse du son.
“Nos tests en laboratoire montrent que les pilotes publiés en 3D que nous avons créés ont une grande garantie pour alimenter l’avenir des voyages hypersoniques”, a déclaré Periasamy.
« Puissants et fiables, ils offrent une solution potentielle passionnante pour l’administration thermique dans l’aéronautique – ainsi que dans le passé.
« Avec le développement ultérieur, nous espérons que cette toute nouvelle génération de catalyseurs imprimés en 3D ultra-efficaces pourra être utilisée pour changer tout type de procédure commerciale où la surchauffe est un obstacle omniprésent. »
Besoin de vitesse
Quelques avions spéculatifs ont atteint une vitesse hypersonique (définie comme ci-dessus Mach 5 – plus de 6 100 kilomètres à l’heure ou 1,7 kilomètre par seconde).
Théoriquement, un avion hypersonique peut effectuer un voyage de Londres à New York en moins de 90 minutes, mais la croissance des voyages aériens hypersoniques continue de poser de nombreuses difficultés, telles que les fortes chaleurs.
Premier auteur et Ph.D. La scientifique Roxanne Hubesch a déclaré que l’utilisation du gaz comme liquide de refroidissement était l’une des stratégies spéculatives les plus prometteuses pour le problème de la surchauffe.
“Le gaz qui peut absorber la chaleur tout en propulsant un avion est un objectif clé pour les scientifiques, mais cette idée dépend d’une réaction en chaîne consommatrice de chaleur qui nécessite des stimulants très efficaces”, a déclaré Hubesch.
“De plus, les échangeurs de chaleur où le carburant est disponible en contact avec les stimulants doivent être aussi peu nombreux que possible, en raison du volume restreint et des contraintes de poids dans un avion hypersonique.”
Le groupe 3D a publié de petits échangeurs chauds fabriqués à partir d’alliages métalliques et les a recouverts de minéraux artificiels appelés zéolites pour entraîner les tout nouveaux catalyseurs.
Les scientifiques ont reproduit à l’échelle du laboratoire les températures et les pressions extrêmes subies par le carburant à des vitesses hypersoniques pour examiner la capacité de leur style.
Activateurs chimiques miniatures
Lorsque les armatures imprimées en 3D chauffent, plusieurs aciers pénètrent directement dans l’armature de zéolite, un processus essentiel à l’extraordinaire efficacité des nouveaux stimulants.
“Nos stimulants publiés en 3D ressemblent à des réacteurs chimiques miniatures et ce qui les rend si extrêmement fiables, c’est ce mélange de métal et de minéraux artificiels”, a déclaré Hubesch.
« C’est une toute nouvelle direction incroyable pour la catalyse ; Cependant, nous avons besoin d’une étude supplémentaire pour reconnaître pleinement cette procédure ainsi que pour reconnaître le meilleur mélange d’alliages métalliques pour le plus grand impact.
Les actions suivantes pour le groupe d’étude de recherche du Center for Advanced Products and Industrial Chemistry (CAMIC) du RMIT incluent l’optimisation des catalyseurs imprimés en 3D en les recherchant avec des techniques de synchrotron à rayons X et diverses autres méthodes d’évaluation approfondies.
Les chercheurs souhaitent également étendre les applications possibles du contrôle de la contamination de l’air infiltré pour les véhicules et les minigadgets afin d’améliorer la qualité de l’air intérieur – particulièrement crucial dans la gestion des infections du système respiratoire aéroportées comme COVID-19.
Le superviseur de CAMIC, l’enseignant distingué Suresh Bhargava, a affirmé que le marché chimique d’un billion de dollars reposait en grande partie sur l’ancienne technologie catalytique.
“Cette troisième génération de catalyse peut être liée à l’impression 3D pour développer de toutes nouvelles mises en page compliquées qui n’étaient pas réalisables auparavant”, a déclaré Bhargava.
“Nos tout nouveaux pilotes imprimés en 3D représentent une nouvelle approche radicale qui a la réelle possibilité de changer l’avenir de la catalyse dans le monde entier.”
Les pilotes publiés en 3D ont été générés à l’aide de la technologie Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) dans l’installation de fabrication numérique, qui fait partie de la zone de fabrication avancée de RMIT.
Référence: Roxanne Hubesch, Maciej Mazur, Karl Föger, P. R. Selvakannan, Suresh K. Bhargava. Zeolites on 3D-printed open metal framework structure: metal migration into zeolite promoted catalytic cracking of endothermic fuels for flight vehicles. Chemical Communications, 2021; DOI: 10.1039/D1CC04246G
