Os tanques de combustível de hidrogênio em um avião aumentariam a sustentação?

Vamos fazer uma matemática rápida. O ar tem uma densidade de cerca de 1,3 g / l e o hidrogénio tem uma densidade de cerca de 0,09 g / l. O melhor caso para a força de levantamento seria armazenar o hidrogênio na mesma pressão que o ar circundante. Isso significa que cada L de hidrogênio pode deslocar 1,21 g de ar, reduzindo a densidade da aeronave. A quantidade de ar deslocada pela aeronave (e, portanto, a flutuação ) não mudaria, mas a densidade da aeronave naquela o espaço diminuiria. Isso diminuiria o levantamento necessário, mas vamos ver por quanto.

A maior quantidade de volume livre em uma aeronave (que não faz parte da seção pressurizada da fuselagem) são os tanques de combustível. Um A380 tem uma capacidade de combustível de cerca de 323.000 l. Se considerarmos abastecer metade disso com o hidrogênio, isso resultaria em uma redução total de cerca de 190 kg. Um A380 tem um peso máximo de decolagem de 575.000 kg. Essa mudança ajudaria, mas seria muito pequena em comparação com o aumento total necessário.

Como David Richerby aponta, o hidrogênio necessário como combustível precisaria ser pressurizado (se não liquefeito) para encaixar o suficiente a bordo. Isso aumentaria a densidade acima de qualquer ar deslocado, o que aumentaria o peso da aeronave.

Talvez o hidrogênio possa ser produzido em vez de armazenado. Aeronaves mais novas têm algo chamado OBIGGS , ou sistema de geração de gás inerte a bordo. Este sistema gera nitrogênio que é usado para preencher o espaço em tanques de combustível depois que o combustível é usado. Sendo um gás inerte, o nitrogênio pode reduzir a quantidade de oxigênio no espaço abaixo do que seria necessário para a ignição dos vapores de combustível.

No entanto, este sistema divide o nitrogênio do ar, considerando que a nossa atmosfera é principalmente nitrogênio. O hidrogênio teria que vir de algum outro lugar, geralmente água, o que aumentaria o peso. Outro problema com o hidrogênio é que, quando adicionado ao ar, ele pode ser explosivo por si só, o que pioraria ainda mais a situação. Considerando o benefício menor, isso não seria um sistema que valha a pena ser instalado em um avião comercial.

Sobre a viabilidade de uma aeronave movida a hidrogênio, a NASA fez um estudo e decidiu que isso não é uma boa fonte de energia para uma aeronave. O volume e o peso necessários para armazenar até mesmo hidrogênio líquido seriam demais para a aeronave ser muito útil.

Não. Se você quiser usar hidrogênio como combustível, você precisa muito disso, o que significa que você precisa pressurizá-lo. O hidrogênio é menos denso que o ar quando está à pressão atmosférica ordinária, mas, à medida que você começa a pressurizá-lo (isto é, ajusta uma massa maior de hidrogênio em um volume fixo), essa vantagem diminui. Pior, se o seu combustível estiver pressurizado, você precisa armazená-lo em um tanque strong e strong significa pesado.

A flutuabilidade (também conhecida como elevação estática) depende do volume do objeto. Se você colocar alguma outra coisa nos tanques, a flutuabilidade não muda .

O que pode mudar, no entanto, é o peso. Se você quisesse usá-lo como combustível, você teria que tomar a quantidade necessária para obter o mesmo calor de combustão do querosene. O hidrogênio tem um baixo valor de aquecimento de 119,96 KJ / kg e o querosene tem ~ 43 MJ / kg, então você precisaria de quase três (2,79) vezes menos hidrogênio por peso. Isso é totalmente sem relação com sua densidade, mas é a única maneira de oferecer vantagem como combustível.

No entanto:

• Você ainda precisa inserir muito na aeronave, o que significa pressão enorme ou muito fria .
• Até mesmo o hidrogênio líquido tem densidade de apenas 70,85 kg / m³ (gasoso a 300 bar tem apenas 26,96 kg / m³) comparado a 800 kg / m³ para querosene, então mesmo para três vezes menos peso você ainda precisa de quatro vezes maior tanques de combustível e eles viriam com maior resistência ao arrasto e maior peso. Eles também teriam uma flutuabilidade ligeiramente maior, mas a penalidade de arrasto seria maior do que qualquer ganho com isso.
• Lidar com coisas mais frias que −253 ° C é complicado e é preciso muita energia para mantê-lo frio e mantê-lo frio. Para naves espaciais, a vantagem de peso é tão importante que vale a pena, mas para aeronaves não é.
• O hidrogênio comprimido não é realmente uma opção. Os tanques seriam mais pesados do que você poderia economizar com o peso do combustível.

Portanto, o hidrogênio em geral não tem nenhuma vantagem para oferecer para as aeronaves. Só tem isso para espaçonaves que deixam a atmosfera rapidamente, então elas não se importam muito com a aerodinâmica, mas se preocupam muito com o peso.

Aumentaria a sustentação se não fosse pressurizada. É claro que também aumentaria o volume em algumas ordens de grandeza se fosse produzir sustentação suficiente para importar no contexto de uma aeronave de tamanho significativo, o que levaria a formar penalidades de arrasto que superavam em muito o benefício de elevação para embarcações que voe qualquer coisa perto das velocidades usadas em aviões modernos. Isso pode, é claro, funcionar para aeronaves muito mais lentas, como dirigíveis , embora esse uso possa ter Consequências indesejáveis .

Se for pressurizado, será mais denso que o ar e, portanto, não criará sustentação.

As conseqüências indesejáveis mencionadas são mais ou menos assim: