Nye instrumenter flytter grænser for præcise målinger i jetmotorer, gasturbiner

En Purdue University-tilknyttet startup er ved at udvikle instrumenter til præcist at måle tryk, temperatur og andre analyser inde i de barske miljøer i raketmotorer og gasturbiner.

Petal Solutions LLC blev grundlagt af Guillermo Paniagua, professor i maskinteknik, og Valeria Andreoli, David Cuadrado og James Braun, doktorgradsforskningsassistenter. Paniagua sagde, at gruppens ekspertise inden for beregningsvæskedynamik har gjort det muligt for forskerne at skubbe grænserne inden for køle- og designsondeteknologier.

"Det er fantastisk at kunne tage vores hårde arbejde fra klasseværelset og laboratorieudviklingen, at skabe instrumenter, der vil hjælpe samfundet, sagde Paniagua, formand for Petal Solutions.

Forskerne besluttede at designe deres egne instrumenter til at montere i motorer for at spore motorens ydeevne, fordi de ikke kunne finde noget passende på markedet.

"Konventionelle instrumenter havde alle forskellige begrænsninger, sagde Andreoli, der forfølger en ph.d. fokuseret på motortransientanalyse. "De er begrænsede med hensyn til maksimale temperaturer, de kan modstå. De er begrænsede med hensyn til, hvor hurtigt de kan reagere. Ting sker ekstremt hurtigt inde i en motor. Hvis du vil forstå, hvordan motoren klarer sig, du har brug for en måleenhed, der kan fange alle data. "

Forskerne var overbeviste om, at de kunne bygge mere præcise instrumenter, der kunne modstå højere temperaturer og samtidig give en høj prøvetagningshastighed med høj nøjagtighed, især nedstrøms for forbrændingskammeret.

"Vi så, at vi kunne designe instrumenter, der ville give os de data, vi havde brug for, "sagde Cuadrado, som forfølger en doktorgrad med fokus på udvikling af omvendte metoder til varmeoverførsel. Forskerne siger, at de vil kunne skræddersy produkter til at oprette sanseapparater og interne softwarepakker, som kunderne har brug for.

Små ændringer i motorydelsen kan give store besparelser, siger forskerne. Alene inden for luftfartsindustrien, en forbedring af motoreffektiviteten på 0,5 procent ville føre til 2 milliarder dollar om året i brændstofbesparelser. Så, sætte en lille, diskret anordning i jetmotorer kunne give værdifuld feedback.

Forskerne, baseret i Purdues Zucrow Labs, det største akademiske fremdriftslaboratorium i verden, har designet en enhed med en diameter på 4 millimeter, der kan monteres inde i motorer og spore parametre, såsom tryk og strømningsretning i miljøer med høj temperatur med høj nøjagtighed.

De har allerede vist gennem simuleringer, at deres enhed fungerer. De arbejder på en prototype, der kan modstå temperaturer op til 1, 300 grader Fahrenheit. Til næste år planlægger de at have en prototype, der kan modstå temperaturer op til 3, 000 grader.

Deres planer kræver, at Petal Solutions leverer klientspecifik software til behandling af sensoroutput, og certifikater, der attesterer enhedens kalibrering.

En hurdle for forskerne vil være at forsøge at komme ind på et stort marked med mange store spillere.

"Udfordringen er at få chancen for at bevise vores koncept, "Sagde Andreoli.

Forskerne planlægger i øjeblikket at forblive uafhængige og finansiere deres virksomhed gennem forskningsstipendier og priser. Petal Solutions blev udvalgt i december til at modtage en $20, 000 Black Award fra Elevate Purdue Foundry Fund. Det gør virksomheden berettiget til at konkurrere om second-tier Gold Award. Virksomheden modtog også for nylig $5, 000 fra Burton D. Morgan Business Model Competition.

Petal Solutions retter sig først mod jetinstrumentmarkedet, specifikt forskning og udvikling og planer. Forskerne har opnået et foreløbigt patent på et målesystem ved hjælp af Purdue Office of Technology Commercialization. De planlægger at udvikle specialiserede måleteknikker til kunder.

Forskerne siger, at de lærte gennem kundeopdagelsesforskning, at forskellige segmenter i motorindustrien har forskellige krav. Raketproducenter har prioriteret at kunne modstå høje temperaturer, mens gasturbineindustrien prioriterer præcision og robusthed.

"Vores fokus har været at identificere og imødekomme disse behov, sagde Braun, der afslutter en ph.d. fokuseret på nye fremdriftskoncepter med høj hastighed.

Forskerne siger, at de først var bekymrede for, at deres innovation måske var for teknisk, men lærte om at skabe en virksomhed gennem Purdue Foundry, en iværksætter- og kommercialiseringsaccelerator i Discovery Parks Burton D. Morgan Center for Entrepreneurship.

"Det var her, vi udviklede vores go-to-market-strategi, " sagde Cuadrado. "Vi lavede en forretningsplan for at få en mere klar vision om virksomheden."