¿Cómo se puede mitigar la maniobrabilidad adversa debido a un tanque de combustible detrás del mamparo de presión trasero en un avión de hidrógeno Airbus ZeroE?

Airbus anunció recientemente tres aviones conceptuales para uso comercial, propulsados ​​por hidrógeno líquido, con la ambición de tener el avión en funcionamiento para 2035.

https://www.airbus.com/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe.html

https://www.airbus.com/newsroom/stories/these-new-Airbus-concept-aircraft-have-one-thing-in-common.html

Por lo que puedo decir, la variante turbofan está en el mismo segmento que el A320 actual, aunque con un alcance algo reducido.

Teniendo en cuenta los aviones propulsados ​​por hidrógeno, el desafío es transportar suficiente combustible para que compita con el queroseno.

Hay varias opciones, y de esta pregunta parece que se destacan 3 opciones:

  • Criogénico: almacenar el combustible como líquido
  • Comprimido: requiere tanques de combustible pesados ​​​​y fuertes
  • Hidruros: unen el hidrógeno con otra sustancia y lo liberan al calentarse

Airbus tiene la intención de optar por la opción número 1, que es almacenar el combustible líquido y criogénicamente detrás del mamparo de presión trasero.

La distribución desequilibrada del peso que almacena no solo el combustible, sino también los tanques pesados ​​y el equipo de enfriamiento en la parte trasera del avión me parece un problema de maniobrabilidad, con un momento de inclinación debido al cambio de equilibrio del peso.

¿Qué medidas se pueden tomar para mitigar el (supuesto) manejo adverso que esto crea?

¿Por qué asumir que habrá algún manejo adverso? Me parece que el tanque de combustible estará bastante cerca del centro de gravedad.
Detrás del mamparo de presión trasero sería más o menos lo más atrás posible dentro de un avión. Tan lejos como puedes ir de CoG.
@ jpe61 Mi error. Estaba pensando en el diseño de ala combinado donde el ala y los motores están todos detrás del CG.
@Federico ¡Dé a los interrogadores más tiempo para refinar su pregunta a su gusto antes de cerrarla la próxima vez!
Las preguntas deben cerrarse hasta que se realicen dichos cambios, no dejarse abiertas (atrayendo respuestas que ya no serán aplicables). Las preguntas cerradas se pueden editar; cerrar y volver a abrir es mejor que eliminar varias respuestas más tarde.
@Nij, si bien estoy de acuerdo con su punto aquí, diría que esperar unos minutos para ver si se puede realizar una edición rápidamente es favorable en lugar de cerrar una pregunta y posiblemente esperar horas para que el sistema de votación la vuelva a abrir.
Si se puede cerrar rápidamente, se puede abrir rápidamente. Tampoco desaparecerá por completo en la hora o cinco que necesita la espera de un indicador de mod.
@Nij Personalmente, creo que vale la pena esperar un par de minutos por una pregunta modificada, en lugar de tener que esperar unas horas por un indicador de modificación en una pregunta publicada recientemente.

Respuestas (2)

Airbus almacenará hidrógeno uniéndolo químicamente al carbono durante mucho tiempo. De esta manera, se puede poner en las alas, un tanque de vientre y la cola horizontal y su desaparición gradual durante el vuelo no cambiará mucho el centro de gravedad.

Lo que el departamento de relaciones públicas acaba de publicar es solo por corrección política. El departamento de ingeniería no ha verificado minuciosamente su viabilidad. Nadie espera seriamente usar hidrógeno para aviones. Los problemas de almacenamiento obviamente lo están poniendo en una gran desventaja, y su problema correctamente identificado de almacenar combustible lejos del centro de gravedad es uno de esos problemas.

Cuando se entrega un Airbus hoy , sus tanques se llenan con una mezcla que contiene hidrocarburos de una fuente neutra en carbono . Los vuelos Beluga que entregan piezas entre las plantas de Airbus utilizan este combustible. Virgin Airlines probó un combustible renovable ya en 2008 y los vuelos de Lufthansa que salen de Frankfurt también lo utilizan.

Por supuesto, la mayoría de las aerolíneas recargarán con queroseno regular a base de aceite mineral después de que este combustible se haya agotado porque es más barato y la disponibilidad es mucho mejor. Pero técnicamente no hay nada que frene a las aerolíneas hoy en día para usar un combustible neutral en carbono.

Hoy en día, la generación de hidrógeno se realiza principalmente con gas natural, que no es tan intensivo en carbono como el queroseno, pero es todo menos neutro en carbono. Además, la fuente de energía para refinar y transportar combustible de fuentes renovables hará que sean menos del 100 % neutrales en carbono. Las fuentes actuales de combustibles renovables (aceites vegetales y materiales de desecho) no son óptimas y son difíciles de ampliar, pero el trabajo sobre el uso del secuestro directo del dióxido de carbono atmosférico está progresando. Hoy en día, desperdiciamos el exceso de energía solar al cortocircuitarlo a tierra . Conozco mejores usos para ese exceso de energía...

Interesante. Usted dice que Airbus tiene la intención de unir químicamente el hidrógeno con el carbono, ¿por qué es esto y tiene una fuente para esta información? ¿Cómo se compara esta declaración con que nadie tendrá la intención seria de usar hidrógeno para la aviación? ¿Parece que se contrarrestan entre sí? ¿Y el hidrógeno unido al carbono será un combustible líquido o un combustible criogénico?
Omite el principal beneficio de la conversión de gas natural a hidrógeno: es factible capturar y secuestrar el CO2. Eso es un poco más difícil cuando el CO2 se produce a 30.000 pies en el aire.
@Erik: En caso de que se le haya escapado la broma, todos los combustibles fósiles están hechos de carbono e hidrógeno, típicamente una cadena de 8-12 átomos de carbono con átomos de hidrógeno unidos. Hay una pequeña parte donde es preciso; Por lo general, las cadenas de carbono que se encuentran en la naturaleza son un poco más largas, por lo que algunas de estas cadenas largas se "rompen" en las refinerías. Esto implica agregar átomos de hidrógeno en el punto donde se rompen las cadenas.
@MSalters No soy particularmente competente en química, pero lo que usted y Peter están diciendo sobre "Airbus almacenará hidrógeno uniéndolo químicamente al carbono durante mucho tiempo", ¿es combustible para aviones normal? ¿Y este anuncio de Airbus no es más que un sueño?
@Erik: Sí, lo que quise decir es que todos los aviones seguirán usando queroseno (una mezcla de moléculas que consiste principalmente en carbono e hidrógeno). No se debe malinterpretar que el personal de Airbus agregará cada átomo de hidrógeno a las moléculas de queroseno, pero que Airbus está trabajando con empresas que intentan secuestrar carbono de la atmósfera y agregar hidrógeno, idealmente del agua. O deje este proceso a las plantas que hacen lo mismo desde quizás 2½ milenios.
@MSalters Absolutamente correcto. Y luego este dióxido de carbono pasa a las bebidas gaseosas o enriquece la atmósfera de los invernaderos. En todos los casos, eventualmente escapará a la atmósfera. La cantidad que termina en carbonato de calcio es insignificante.
@PeterKämpf Entonces, ¿tomar carbono de la atmósfera y agregar hidrógeno es hacer queroseno sintético? Pero entonces esta charla sobre la criogenia y el hidrógeno líquido, en la forma en que Airbus habló de ello en su evento de prensa, ¿es falsa? Si este es el caso, ¿no lo descubrirían rápidamente aquellos con conocimientos de diseño de aeronaves y lo verían como una broma?
@PeterKämpf: Sé que Holanda planea almacenarlo en campos de gas vacíos bajo el Mar del Norte. Esos han mantenido el CH4 durante 100 millones de años, y el CO2 es una molécula más grande. Así que esta es una forma factible de producir H2 a partir de CH4 sin filtrar CO2 a la atmósfera.
@Erik: Nunca has trabajado en/con marketing, ¿verdad? Este es Airbus tratando de parecer políticamente correcto. No es una mentira descarada, más bien lo que dices sobre temas controvertidos sin meterte en agua caliente. Por supuesto, los ingenieros no se lo toman en serio.
@Erik El comunicado de prensa no es falso. Por supuesto, se deben considerar todas las opciones, y en esta etapa esto debería suceder con las universidades en el ámbito de la tesis de maestría o tal vez incluso los programas de doctorado, patrocinados por Airbus. Pero eso no significa que ahora los miles de ingenieros que necesita para diseñar un avión estén trabajando en un avión de pasajeros propulsado por hidrógeno. Eso tampoco es lo que dice el anuncio.
@PeterKämpf Pero Airbus afirma en su comunicado que tiene la intención de tener un avión de pasajeros funcional impulsado por hidrógeno en servicio para 2035, ¿no es más o menos lo mismo?
@PeterKämpf, ¿está seguro de que "los ingenieros no se lo toman en serio"? En Alemania hay muchos institutos de investigación sobre esto (y no es el único país que lo hace). Probablemente esto no tenga éxito, pero también el B747 fue diseñado como un proyecto fallido. Hay incertidumbre de los precios del petróleo en el futuro (y guerras), por lo que es una diversificación normal (para recuperar proyectos en caso de necesidad).
@Erik: Cualquier pronóstico que se refiera al futuro es especialmente difícil. Para el 2035 todas aquellas personas responsables de esa intención estarán jubiladas, y como saben, las intenciones no son permanentes. Esto es solo una especulación de mi parte, pero está respaldado por pruebas contundentes sobre la viabilidad técnica. Realmente creo que esta intención no es seria (o hecha por personas especialmente ingenuas, una posibilidad menos probable en mi mente). Solo mire cuánto tiempo nos han prometido cuerpos de alas combinados (BWB, uno de los conceptos). 30 años por lo menos, tal vez más. ¿Y qué conseguimos nosotros? Mas de lo mismo.

La situación no es tan grave como podría pensarse, ya que el contenido de energía por kilogramo de hidrógeno es 3,3 veces mayor que el del queroseno (142 frente a 43 MJ/kg): Wikipedia: Densidad de energía - Densidad de energía en el almacenamiento de energía y en el combustiblewikipedia, densidad de energía en el combustible

Teniendo en cuenta un ligero ahorro de peso en las alas y un tanque de hidrógeno y líneas de combustible un poco más pesados ​​(aislamiento, presión), el peso del combustible de hidrógeno en sí y el sistema de combustible debería estar entre la mitad y la tercera parte del peso de un "tradicional". "combustible y sistema de combustible.

Sin embargo, es cierto que colocar un peso en constante disminución lo más lejos posible del centro de sustentación es una idea tonta. Esto conduciría a una condición de compensación muy poco económica en algún momento del vuelo, a menos que el avión lleve un peso de compensación móvil, que también es una idea tonta en mi opinión. Las alas de geometría variable también podrían ser una solución, pero nuevamente, agregarían peso y complejidad.

Tengo que decir que creo que Airbus nos está tomando el pelo aquí. No es raro que las empresas engañen deliberadamente a sus rivales de esta manera. Apuesto a que la mayoría de nosotros estamos familiarizados con las muchas patentes extrañas que surgen de vez en cuando, la más estúpida que recuerdo fue cortar el enchufe de los auriculares por la mitad para ahorrar espacio en los teléfonos. Duh...

Sí, estos diseños son tan especulativos y fluidos como los de SpaceX en 2003. BWB, ¿en serio? "Airbus deberá lanzar el programa de aviones ZEROe para 2025". Este comunicado de prensa expresa interés en el hidrógeno, nada más. No podemos aplicar ingeniería inversa a algo que aún no ha sido diseñado. Sólo podemos señalar los obstáculos.
Recuerdo haber leído hace mucho tiempo que el obstáculo realmente grande para una economía de combustible de hidrógeno es el sistema de distribución de petróleo existente basado en acero para tanques y tuberías, que no puede usarse para la distribución de hidrógeno debido a la fragilidad.
Interesante ángulo sobre tirar de las piernas. Hay/había algo llamado "Airbus AlbatrossOne" que parece que podría hacerse ahora , como en lo siguiente después de neo. Vamos a ver qué sale de eso.
¿Cómo se puede mitigar la maniobrabilidad adversa debido a un tanque de combustible detrás del mamparo de presión trasero en un avión de hidrógeno Airbus ZeroE?
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