Đức chinh phục hệ thống nhiên liệu hydro siêu lạnh (-253°C) dành cho máy bay

Hydro lỏng (LH2) được coi là ‘chén thánh’ của ngành hàng không, bởi khi cháy nó không xả ra khí thải mà chỉ tạo hơi nước. Thế nhưng nó chỉ chịu ở dạng lỏng khi được giữ ở âm 253℃, chỉ cao hơn độ không tuyệt đối (0K) có 20,15℃. Thành ra cái khó mà DLR đối mặt không chỉ là giữ cho nhiên liệu hydro lạnh, mà là làm sao để bơm ‘dòng sông băng’ này từ thùng chứa đến buồng đốt một cách ổn thoả dưới áp suất cao tới 100 bar (98,7 atm, ngang với ở sâu 1 km dưới biển), bất kể máy bay đang đi dưới nắng nóng trên đường băng hay đang chịu nhiệt độ âm 30℃ ngoài cửa sổ.

Để giải quyết thì họ đã thiết kế một hệ thống vận chuyển hydro hoàn toàn mới. Đầu tiên hydro được giữ trong các bồn chứa siêu cách nhiệt để giữ ở dạng lỏng, vì chỉ khi lỏng thì nó mới ít chiếm chỗ hơn thể khí (800 lần), thí dụ 10 lít khí hydro khi làm lạnh xuống −253℃ sẽ co thành lượng chất lỏng bằng muỗng canh (12,5 ml). Điều này giúp phi cơ tận dụng không gian hạn hẹp mà vẫn chứa đủ năng lượng cho hành trình dài.

Nhưng bình chứa chưa đủ, cần phải có hệ thống máy bơm chịu được nhiệt độ thấp mà không bị đông cứng hay nứt ra. Nên DLR đã hợp tác cùng công ty chuyên làm máy bơm Vanzetti (Ý) để làm nó. Không chỉ chịu lạnh, loại máy bơm này còn phải tạo ra áp lực lớn 100 bar để đẩy dòng hydro lỏng đi, vì DLR cho biết là hydro lỏng luôn cần áp suất 100 bar trong suốt chặng đường đi từ bình chứa đến tuabin.

Tiếp đó hydro lỏng được dẫn qua bộ trao đổi nhiệt, là một mạng lưới đường ống ngoằn ngoèo trước khi vào tới buồng đốt động cơ. Bộ trao đổi nhiệt này có nhiệm vụ làm hydro ấm lên từ từ, chuyển từ lỏng sang khí. Do đó bao quanh các ống này là một luồng chất lỏng hoặc không khí nóng. Lúc hydro đã hoá hơi thì vẫn tiếp tục được hâm nóng đến mức mà buồng đốt động cơ cần để đạt hiệu suất cháy tốt nhất. Vì chênh lệch nhiệt độ giữa trong và ngoài quá lớn nên các ống này phải được làm từ hợp kim đặc biệt sao cho không bị bể nứt.

Cuộc thử nghiệm đã đưa công nghệ này đạt đến Mức độ Sẵn sàng Công nghệ 4 (TRL 4), nghĩa là các thành phần cốt lõi đã hoạt động hoàn hảo trong môi trường… phòng thí nghiệm. Dữ liệu thu được từ đây là cơ sở để DLR làm tiếp các mô phỏng phức tạp trên máy tính, cuối cùng cho thử nghiệm thiệt trên máy bay.

IE, DLR.