Catalisadores Impressos em 3D de Última Geração para Impulsionar o Voo Hipersônico

Drivers publicados em 3D ultraeficientes podem ajudar a corrigir a dificuldade de superaquecimento em aeronaves hipersônicas e fornecer uma opção de ponta para monitoramento térmico em vários setores.

Criado por pesquisadores do RMIT College em Melbourne, Austrália, os estimulantes extremamente funcionais são acessíveis para fazer e básicos para escalar.

As demonstrações de laboratório da equipe mostram que os estimulantes publicados em 3D podem ser utilizados para viagens de energia hipersônica ao mesmo tempo em que resfriam o sistema.

O estudo foi publicado na revista Royal Society of Chemistry, Chemical Communications.

O cientista chefe, Dr. Selvakannan Periasamy, afirmou que seu trabalho lida com um dos maiores desafios no crescimento de aeronaves hipersônicas: gerenciar o calor incrível que se desenvolve quando os aviões voam a mais de cinco vezes a velocidade do som.

“Nossos testes de laboratório mostram que os drivers 3D publicados que criamos têm uma grande garantia de alimentar o futuro das viagens hipersônicas”, afirmou Periasamy.

“Potentes e confiáveis, eles fornecem uma solução potencial interessante para administração térmica na aeronáutica – assim como no passado.

“Com mais desenvolvimento, esperamos que esta nova geração de catalisadores impressos em 3D ultra-eficientes possa ser usada para alterar qualquer tipo de procedimento comercial onde o superaquecimento é um obstáculo sempre presente.”

Necessito de velocidade

Alguns aviões especulativos chegaram à velocidade hipersônica (definida como acima de Mach 5 – mais de 6.100 quilômetros por hora ou 1,7 quilômetros por segundo).

Teoricamente, uma aeronave hipersônica pode fazer uma viagem de Londres a Nova York em menos de 90 minutos, mas muitas dificuldades continuam a existir no crescimento das viagens aéreas hipersônicas, como os níveis severos de calor.

Primeiro autor e Ph.D. A cientista Roxanne Hubesch afirmou que a utilização de gás como refrigerante era uma das estratégias especulativas mais promissoras para o problema do aquecimento excessivo.

“O gás que pode absorver calor enquanto alimenta uma aeronave é um foco importante para os cientistas, mas essa ideia depende de uma reação em cadeia que consome calor e requer estimulantes altamente eficientes”, afirmou Hubesch.

“Além disso, os trocadores de calor onde o combustível fica disponível em contato com os estimulantes devem ser o mínimo possível, devido ao volume apertado e também às restrições de peso em um avião hipersônico.”

O grupo 3D publicou pequenos trocadores quentes feitos de ligas metálicas e os cobriu com minerais artificiais chamados de zeólitas para impulsionar os novos catalisadores.

Os cientistas replicaram em escala de laboratório as temperaturas extremas e pressões experimentadas pelo combustível em taxas hipersônicas para examinar a capacidade de seu estilo.

Ativadores químicos em miniatura

Quando as estruturas impressas em 3D aquecem, várias partes do aço se movem diretamente para a estrutura do zeólito – um processo essencial para a extraordinária eficiência dos novos estimulantes.

“Nossos estimulantes publicados em 3D se assemelham a reatores químicos em miniatura e o que os torna extremamente confiáveis ​​é a mistura de metal e minerais artificiais”, disse Hubesch.

“É uma direção totalmente nova e surpreendente para a catálise; no entanto, precisamos de um estudo adicional para reconhecer totalmente esse procedimento, bem como reconhecer a melhor mistura de ligas metálicas para o maior impacto.”

As seguintes ações para o grupo de estudos de pesquisa do Centro de Produtos Avançados e Química Industrial (CAMIC) da RMIT incluem a otimização dos catalisadores impressos em 3D pesquisando-os com técnicas de síncrotron de raios-X e vários outros métodos de avaliação completos.

Os pesquisadores também desejam expandir as possíveis aplicações do controle de contaminação do ar infiltrado para veículos e miniaplicativos para melhorar a qualidade do ar interior – especificamente crucial no gerenciamento de infecções do sistema respiratório de transmissão aérea, como COVID-19.

O supervisor do CAMIC, ilustre professor Suresh Bhargava, afirmou que o mercado químico de um trilhão de dólares se baseava em grande parte na velha tecnologia catalítica.

“Esta terceira geração de catálise pode ser associada à impressão 3D para desenvolver novos layouts complicados que antes não eram viáveis”, disse Bhargava.

“Nossos novos drivers impressos em 3D representam uma nova abordagem radical que tem a possibilidade genuína de mudar o futuro da catálise em todo o mundo.”

Os drivers 3D publicados foram gerados utilizando a tecnologia Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) no Digital Manufacturing Facility, parte do Advanced Manufacturing Precinct da RMIT.

Referência : Roxanne Hubesch, Maciej Mazur, Karl Föger, PR Selvakannan, Suresh K. Bhargava. Zeólitos em estrutura de estrutura metálica aberta impressa em 3D: a migração de metal em zeólita promoveu o craqueamento catalítico de combustíveis endotérmicos para veículos de vôo. Chemical Communications , 2021; DOI:  10.1039 / D1CC04246G