Zaawansowane technologie budowy zbiorników paliwa do samolotów naddźwiękowych
Choć podobne napędy są z powodzeniem stosowane w silnikach rakietowych, zastosowanie tej technologii w samolotach z silnikami przelotowymi to zupełnie inna kwestia. Dotychczasowe badania dotyczyły głównie doskonalenia parametrów aerodynamicznych samolotów, natomiast brakowało prac, które podjęłyby w sposób należycie szczegółowy zagadnienia przechowywania i używania paliwa kriogenicznego w samolotach pasażerskich. Naukowcy uczestniczący w projekcie CHATT (Cryogenic hypersonic advanced tank technologies) przyjęli kompleksowe podejście do rozwiązania tego problemu. Zmierzyli oni cztery różne demonstracyjne konstrukcje zbiorników, z których każdy oparty był na nowych rozwiązaniach projektowych i materiałowych. Największy ze zbiorników to butla o długości około 3 m i średnicy 1 m, zbudowana z powłoki z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP), otaczającej polimerową warstwę hermetyzującą. Inny, mniejszy zbiornik cylindryczny wyprodukowano przy pomocy innowacyjnej technologii nawijania na sucho. W trzecim zbiorniku zastosowano konstrukcję pozbawioną warstwy hermetyzującej, a czwarty wyprodukowano jako zbiornik wielokomorowy, nadający się do kadłubów o przekroju nieowalnym. Jednym z najważniejszych ustaleń było, że laminaty cienkowarstwowe pozwalają znacząco ograniczyć lub nawet wyeliminować mikrospękania w środowiskach kriogenicznych. Otwiera to drogę do zaprojektowania pozbawionych warstwy hermetyzującej, ultralekkich zbiorników z CFRP. Użycie warstwy hermetyzującej okazało się nie tylko wpływać negatywnie na integralność konstrukcji zbiornika, ale także prowadzić do powstawania dróg wycieku płynów wewnątrz zbiornika. Zbiorniki kriogeniczne przeznaczone do przyszłych samolotów wymagają zastosowania nie tylko lekkich konstrukcji, ale także lekkich, trwałych i niezawodnych systemów izolacyjnych. Kriożele zwiększają zakres temperatur konwencjonalnych aerożeli o kilkaset stopni, a jednocześnie są dużo tańsze. CHATT to pierwszy projekt, w którym podjęto próbę zbadania wpływu zjawisk związanych z ruchem cieczy w zbiorniku na kontrolę lotu w ramach kompleksowego modelowania i analiz. Zbudowanie i przetestowanie ceramicznego wymiennika ciepła pozwoliło na zdobycie wielu nowych informacji na temat materiałów ceramicznych w kontekście ich zastosowania w kriogenicznej wymianie ciepła. Samoloty podróżujące kilkakrotnie szybciej od prędkości dźwięku mogłyby całkowicie odmienić oblicze podróży długodystansowych. Oprócz lotów hipersonicznych, omawiany projekt może też mieć wpływ na konwencjonalne loty pasażerskie z prędkościami poddźwiękowymi za sprawą obniżenia lub wręcz wyeliminowania emisji gazów cieplarnianych przez samoloty.
Słowa kluczowe
Technologie zbiorników, lot z prędkością naddźwiękową, zbiorniki paliwa, kriogeniczne, CHATT, CFRP, cienka warstwa
