YouTuber ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D สร้างเครื่องยนต์หลังเผาเพื่อเพิ่มแรงขับเคลื่อนให้กับพัดลมไฟฟ้า 50%

YouTuber Michael Rechtin ใช้ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D ส่วนใหญ่ในการสร้างเครื่องยนต์หลังเผาที่มีฟังก์ชันครบถ้วน เขาใช้พัดลมขับเคลื่อนไฟฟ้า (EDF) โดยการฉีดก๊าซโพรเพนเข้าไปในไอเสีย เพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนเพิ่มเติม EDF เป็นพัดลมไฟฟ้าที่มีความเร็วสูง ซึ่งตั้งอยู่ในท่อ และมักใช้ในการจำลองเครื่องบินเจ็ท ในทางตรงกันข้ามกับเครื่องยนต์เจ็ทแบบดั้งเดิม EDF ไม่เผาไหม้เชื้อเพลิง แต่จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในการขับพัดลม เพื่อเร่งอากาศไปข้างหลังเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อน สำหรับโครงการล่าสุดของเขา Rechtin ตัดสินใจเพิ่มห้องเผาไหม้หลัง EDF

กระบวนการนี้ในทางทฤษฎีค่อนข้างง่าย

พัดลมควรจะเร่งอากาศผ่านท่อเหมือนปกติ หลังจากนั้นโพรเพนสามารถถูกฉีดเข้าไปในกระแสอากาศที่ไหลอยู่ด้านล่างพัดลม แหล่งจุดไฟบางอย่างจะจุดไฟให้กับโพรเพน ซึ่งจะทำให้อากาศร้อนจัด ขยายตัว และปล่อยก๊าซร้อนออกไปด้วยความเร็วที่สูงกว่าปกติ ในทางทฤษฎี นี่คล้ายกับเครื่องยนต์หลังเผา ซึ่งควรจะสามารถเพิ่มแรงขับเคลื่อนที่เครื่องยนต์ผลิตได้ แม้ว่าหลักการทางฟิสิกส์จะถูกต้อง แต่เพื่อให้มันใช้งานได้ ค่าใช้จ่ายของเชื้อเพลิงต้องสามารถให้แรงขับเคลื่อนเพิ่มเติมที่เพียงพอเพื่อให้คุ้มค่ากับการลงทุน หลักการพื้นฐานของเครื่องยนต์เจ็ทและการขับเคลื่อนคือโมเมนตัม การปล่อยอากาศที่มีมวลบางอย่างไปข้างหลังด้วยความเร็วที่สูงขึ้น จะสร้างแรงขับเคลื่อนที่มากขึ้น

หลักการทำงานของเครื่องยนต์หลังเผา

เมื่อโพรเพนเผาไหม้ มันจะเพิ่มพลังงานความร้อนให้กับกระแสอากาศ หากท่อและหัวฉีดสามารถเปลี่ยนพลังงานที่เพียงพอเป็นความเร็วไอเสียเพิ่มเติม แรงขับเคลื่อนจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การทำให้อากาศร้อนขึ้นไม่ได้หมายความว่าจะเพิ่มแรงขับเคลื่อนโดยอัตโนมัติ ห้องเผาไหม้ที่เพิ่มเข้ามาอาจทำให้เกิดการสูญเสียความดัน การไหลที่ไม่เรียบ และความต้านทาน ซึ่งอาจทำให้ผลประโยชน์ลดลง ในเครื่องยนต์หลังเผาใน "ความจริง" เครื่องยนต์เจ็ทของเครื่องบินหรือเครื่องยนต์เจ็ทแบบเทอร์โบจะบีบอัดอากาศอย่างมีนัยสำคัญก่อนที่จะเผาไหม้ เมื่ออากาศถึงเครื่องยนต์หลังเผา จะยังมีความดันเพียงพอสำหรับการเร่ง

ในทางกลับกัน EDF แทบจะไม่บีบอัดอากาศที่เข้าไป ซึ่งจะสร้างปัญหาสองประการ ประการแรกคือความเสถียรของการเผาไหม้ อากาศอาจดับเปลวไฟ โดยเฉพาะเมื่อการผสมเชื้อเพลิงไม่ดี ประการที่สอง หากไม่มีความดันที่เพียงพอ (และหัวฉีดที่เหมาะสม) ความร้อนส่วนใหญ่ที่เพิ่มเข้ามาอาจถูกปล่อยออกไป โดยไม่เพิ่มแรงขับเคลื่อน ดังนั้นการเพิ่มห้องเผาไหม้เพียงแค่หลังพัดลมไม่ได้ทำให้มันกลายเป็นเครื่องยนต์หลังเผา

ผลการทดสอบและความท้าทายด้านวัสดุ

แล้วมันประสบความสำเร็จหรือไม่? ตามวิดีโอของเขา พัดลมเพียงอย่างเดียวผลิตแรงขับเคลื่อน 2 ปอนด์ (9 N) เมื่อเครื่องยนต์หลังเผาเริ่มทำงาน ตัวเลขนี้พุ่งขึ้นเป็น 3 ปอนด์ (13.3 N) เพิ่มขึ้นถึง 50% หลังจากการทดสอบเสร็จสิ้น ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D แสดงรอยไหม้ชัดเจน แต่ดูเหมือนว่ายังสามารถทนต่ออุณหภูมิที่เกิดจากการเผาไหม้ได้ เนื่องจากชิ้นส่วนนั้นทำจากพลาสติกเป็นหลัก ในทางทฤษฎีการใช้งานต่อไปอาจทำให้เกิดความเสียหายถาวร โดยเฉพาะเมื่อพิจารณาว่าพลาสติกที่พิมพ์ 3D ส่วนใหญ่จะอ่อนตัวที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเผาไหม้ของโพรเพน

Rechtin ได้คาดการณ์ถึงเรื่องนี้ เขาออกแบบให้มีรูปทรงเรขาคณิตที่ชาญฉลาดเพื่อเพิ่มโอกาสในการอยู่รอดในระหว่างการทดลองอย่างน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมันเป็นการพิมพ์ 3D การผลิตชิ้นส่วนทดแทนจึงไม่ใช่ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดสำหรับ YouTuber คนนี้ ดังนั้น Rechtin จึงวางแผนที่จะใช้โลหะแทนพลาสติกที่พิมพ์ 3D ในการผลิตการออกแบบเวอร์ชันอัปเกรด

อนาคตของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ในระบบขับเคลื่อน

การทดลองของ Rechtin แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ในระบบขับเคลื่อนที่สร้างสรรค์ โดยเฉพาะในการพัฒนาโปรโตไทป์อุปกรณ์ที่ทำเองอย่างรวดเร็ว แม้ว่าการออกแบบเครื่องยนต์หลังเผาจะเผชิญกับความท้าทายด้านความเสถียรของการเผาไหม้และความทนทานต่ออุณหภูมิของวัสดุ แต่แนวทางนวัตกรรมนี้ได้เปิดมุมมองใหม่สำหรับการออกแบบระบบขับเคลื่อนในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวัสดุ อาจมีการพัฒนาโซลูชันที่มีประสิทธิภาพและทนทานมากขึ้นในอนาคต ซึ่งมีความสำคัญต่อการบินและการใช้งานอื่น ๆ ที่ต้องการแรงขับเคลื่อนสูง