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Cryogenic Hypersonic Advanced Tank Technologies

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Tecnologías de depósitos avanzados para vuelos hipersónicos

Nuevos materiales y conceptos de diseño para depósitos de combustible podrían propulsar vehículos hipersónicos que convertirán los largos tiempos de viaje intercontinental en cosa del pasado.

Tecnologías industriales

Aunque la propulsión de cohetes hipersónicos es bien conocida, lograr que la tecnología funcione en aviones inmersos en aire es harina de otro costal. Si bien estudios anteriores habían avanzado en el diseño aerodinámico de los vehículos, ninguno había abordado en detalle suficiente la cuestión crítica del almacenamiento de los combustibles criogénicos y su uso en una aeronave de vuelos regulares. Los investigadores utilizaron un enfoque exhaustivo para abordar este desafío en el contexto del proyecto CHATT (Cryogenic hypersonic advanced tank technologies). Fabricaron correctamente cuatro estructuras de depósitos de demostración distintas, cada una de ellas con nuevos conceptos de diseño y materiales. El depósito más grande es un recipiente cilíndrico de aproximadamente 3 m de longitud y 1 m de diámetro que utiliza un diseño en forma de cáscara de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) pegada a un revestimiento interior de polímero. En otro recipiente cilíndrico más pequeño se utilizó una tecnología de bobinado en seco innovadora. En el tercer depósito se utilizó un diseño sin revestimiento y el cuarto se fabricó en forma de depósito multiburbuja para secciones transversales de fuselaje no circulares. Uno de los hallazgos más importantes fue que los laminados thin-ply pueden reducir de forma importante, e incluso evitar, las microgrietas en ambientes criogénicos. Esto abre el camino para diseñar depósitos CFRP ultraligeros y sin revestimiento interior. Se determinó que el uso del revestimiento no solo afectaba negativamente a la integridad estructural del depósito, sino que, además, generaba rutas de fuga para los fluidos de su interior. Los depósitos criogénicos de los futuros aviones de pasajeros no solo requieren estructuras de depósito ligeras, sino también sistemas de aislamiento ligeros, duraderos y fiables. Los criogeles amplían los rangos de temperatura de los aerogeles convencionales en varios cientos de grados y, a la vez, son mucho más económicos. CHATT fue el primer proyecto que intentó investigar cómo afectan al control de vuelo los fenómenos de chapoteo en depósitos grandes mediante tareas detalladas de modelización y análisis. La construcción y las pruebas de un intercambiador de calor cerámico aumentaron mucho el conocimiento de los materiales cerámicos para aplicaciones criogénicas de transferencia de calor. La existencia de aviones capaces de desplazarse muy por encima de la velocidad del sonido podría cambiar nuestra forma de viajar a grandes distancias. Aparte de los vuelos hipersónicos, los resultados del proyecto también podrían tener aplicación en el transporte de pasajeros subsónico convencional por medio de una reducción, o incluso la desaparición, de las emisiones de efecto invernadero en el tráfico aéreo.

Palabras clave

Tecnologías de depósitos, vuelo hipersónico, depósitos de combustible, CHATT; CFRP, thin-ply

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