チューリッヒ工科大学、水素航空機エンジンの開発を推進

※水素注入ノズルから出る炎

ヨーロッパは、持続可能な方法で生産された水素を動力源とする気候中立飛行の準備を進めている。昨年、EUは水素を動力源とする中距離航空機の開発で産業界と大学を支援するプロジェクトを立ち上げた。<とりわけ、ジェットエンジンを新しい燃料で稼働できるように改造する必要がある。

チューリッヒ工科大学の機械・プロセス工学部であるニコラ・ノワレイ教授は、次のようにコメントする。

水素エンジンを設計する際には、この点を考慮する必要がある。ノワレイ教授のチームは、実験の結果をジャーナルに発表したばかりだ。

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問題のひとつは振動であり、エンジニアはこれを最小限にとどめようと努めている。一般的なジェットエンジンでは、約20個の燃料噴射ノズルがエンジンの環状燃焼室の周囲に配置されている。

そこでの燃料の乱流燃焼により音波が発生する。この音波は燃焼室の壁で反射し、炎にフィードバック作用を及ぼす。音波と炎の結合により振動が生じ、エンジンの燃焼室に大きな負荷がかかる可能性がある。

ノワレイ教授のグループの元ポスドク研究員であるアベル・フォール・ボーリュー氏は、次のようにコメントする。

巡航高度での状況をシミュレーションする

今日の灯油エンジンを開発したとき、エンジニアたちはこれらの振動を制御する必要があった。彼らは、炎の形状と燃焼室の形状と音響を最適化することでこれを実現した。

しかし、燃料の種類は音と炎の相互作用に大きな影響を与える。つまり、エンジニアと研究者は、新しい水素エンジンで音が発生しないようにする必要がある。

チューリッヒ工科大学の精巧な試験および測定施設により、ノワレイ教授は水素炎の音響を測定し、潜在的な振動を予測できる。GEエアロスペースと共同で参加しているEUプロジェクトHYDEAの一環として、同社が製造した水素噴射ノズルをテストしている。

チューリッヒ工科大学の研究者は、さまざまな燃焼室の音響を再現することもできるため、幅広い測定が可能だ。

研究者らは実験で、単一のノズルを使用し、将来の水素エンジンに配置されるノズルの集合の音響挙動をモデル化した。この研究は、GEエアロスペースのエンジニアが噴射ノズルを最適化し、高性能水素エンジンへの道を開くのに役立っている。

数年後には、このエンジンは地上での初期テストの準備が整う予定であり、将来的には、初の水素燃料航空機の推進力となる可能性がある。

チューリッヒ工科大学のノワレイ教授は、航空機のエンジンや水素タンクの開発が、航空業界を水素時代へ移行させる上で最大の課題だとは考えていない。

しかし、飛行機だけでは十分ではない。もう1つの大きな課題は、気候に影響しない水素を十分な量生産し、空港に輸送することを含め、水素航空のインフラ全体を整備することだ。これを妥当な時間枠内で達成するには、今、協調的な取り組みが必要だとしている。

▶︎チューリッヒ工科大学