| تاریخ ارسال: 1398/10/28 |
تولید سپر حرارتی نازک برای هواپیماهای فوق سریع توسط پژوهشگران
دنیای هوافضا به طور فزایندهای به کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیبر کربن متکی است تا ساختار ماهواره ها، موشک ها و هواپیماهای جت را بسازد. اما عمر آنها بسته به نحوه ی برخورد با گرما محدود است.
تیمی از پژوهشگران دانشکده ی مهندسی FAMU-FSU از انستیتوی مواد با کارایی بالا در دانشگاه ایالتی فلوریدا در حال طراحی طرحی برای سپر حرارتی هستند که از آن ماشین های بسیار سریع محافظت می کند. کار آنها در نسخه ی نوامبر Carbon منتشر شده است. پروفسور ریچارد لیانگ، مدیر HPMI می گوید: "در حال حاضر، سیستم های پروازی ما به سرعت های بالاتری تبدیل می شوند، حتی وارد سیستم های هایپرسونیک می شوند که پنج برابر سرعت صوت هستند. هنگامی که شما سرعت بالایی دارید، گرمای بیشتری روی یک سطح وجود دارد. بنابراین، ما به سیستم حفاظت حرارتی بسیار بهتری نیاز داریم. "
این تیم برای ساخت سپرهای حرارتی از نانولوله‌های کربنی که شش ضلعی اتمهای کربن به شکل استوانهای هستند، استفاده کردند. ورقهای این نانولولهها همچنین به عنوان "buckypaper" شناخته می شوند، ماده ای با توانایی باورنکردنی برای عبور گرما و الکتریسیته که تمرکز مطالعه در HPMI بودهاست. پژوهشگران با غوطه وری buckypaper در رزین ساخته شده از ترکیبی به نام فنل، مادهای سبک و انعطاف پذیر ایجاد کردند که همچنین به اندازهی کافی بادوام است تا بتواند به طور بالقوه بدن موشک یا جت را از گرمای شدید هنگام پرواز محافظت کند.
ایو هائو، عضو هیئت علمی تحقیق در HPMI گفت: سپرهای حرارتی موجود اغلب در مقایسه با سطحی که از آن محافظت میکنند بسیار ضخیم هستند.
این طرح به مهندسان این امکان را م یدهد تا یک سپر بسیار نازک بسازند، مانند نوعی پوست که از هواپیما محافظت میکند و به حفاظت از ساختار آن کمک میکند. پژوهشگران پس از ساخت سپرهای حرارتی با ضخامت های مختلف، آنها را آزمایش کردند.
یک آزمایش شامل استفاده از شعله بر روی نمونه ها بود تا ببینند چگونه از رسیدن گرما به لایه فیبر کربن که قصد محافظت از آن را دارند جلوگیری میکنند. پس از آن، پژوهشگران نمونه ها را خم کردند تا ببینند که چقدر محکم باقی ماندهاند. آنها مشاهده کردند که نمونههایی که دارای ورقههای buckypaper هستند در پراکندگی گرما و جلوگیری از رسیدن آن به لایه پایه بهتر از نمونههای شاهد بودند. آنها همچنین در مقایسه با نمونههای شاهد ساخته شده بدون لایههای محافظ نانولوله ها، مستحکم و انعطاف پذیر باقی ماندند.
انعطاف پذیری یک ویژگی مفید است. این نانولوله ها در مقایسه با سرامیک (ماده محافظ حرارتی معمول)، در برابر ترک در درجه حرارتهای بالا کمتر آسیب پذیر هستند. آنها همچنین سبک وزن هستند که برای مهندسانی که میخواهند وزن هر چیزی بر روی هواپیما را که به نحوهی پرواز آن کمک نکند کاهش دهند، بسیار مفید است.
منبع: https://nano-magazine.com/news/2019/11/13/researchers-develop-thin-heat-shield-for-superfast-aircraft
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان، مهندس ریحانه گودرزی
این تیم برای ساخت سپرهای حرارتی از نانولوله‌های کربنی که شش ضلعی اتمهای کربن به شکل استوانهای هستند، استفاده کردند. ورقهای این نانولولهها همچنین به عنوان "buckypaper" شناخته می شوند، ماده ای با توانایی باورنکردنی برای عبور گرما و الکتریسیته که تمرکز مطالعه در HPMI بودهاست. پژوهشگران با غوطه وری buckypaper در رزین ساخته شده از ترکیبی به نام فنل، مادهای سبک و انعطاف پذیر ایجاد کردند که همچنین به اندازهی کافی بادوام است تا بتواند به طور بالقوه بدن موشک یا جت را از گرمای شدید هنگام پرواز محافظت کند.
ایو هائو، عضو هیئت علمی تحقیق در HPMI گفت: سپرهای حرارتی موجود اغلب در مقایسه با سطحی که از آن محافظت میکنند بسیار ضخیم هستند.
این طرح به مهندسان این امکان را م یدهد تا یک سپر بسیار نازک بسازند، مانند نوعی پوست که از هواپیما محافظت میکند و به حفاظت از ساختار آن کمک میکند. پژوهشگران پس از ساخت سپرهای حرارتی با ضخامت های مختلف، آنها را آزمایش کردند.
یک آزمایش شامل استفاده از شعله بر روی نمونه ها بود تا ببینند چگونه از رسیدن گرما به لایه فیبر کربن که قصد محافظت از آن را دارند جلوگیری میکنند. پس از آن، پژوهشگران نمونه ها را خم کردند تا ببینند که چقدر محکم باقی ماندهاند. آنها مشاهده کردند که نمونههایی که دارای ورقههای buckypaper هستند در پراکندگی گرما و جلوگیری از رسیدن آن به لایه پایه بهتر از نمونههای شاهد بودند. آنها همچنین در مقایسه با نمونههای شاهد ساخته شده بدون لایههای محافظ نانولوله ها، مستحکم و انعطاف پذیر باقی ماندند.
انعطاف پذیری یک ویژگی مفید است. این نانولوله ها در مقایسه با سرامیک (ماده محافظ حرارتی معمول)، در برابر ترک در درجه حرارتهای بالا کمتر آسیب پذیر هستند. آنها همچنین سبک وزن هستند که برای مهندسانی که میخواهند وزن هر چیزی بر روی هواپیما را که به نحوهی پرواز آن کمک نکند کاهش دهند، بسیار مفید است.
منبع: https://nano-magazine.com/news/2019/11/13/researchers-develop-thin-heat-shield-for-superfast-aircraft
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان، مهندس ریحانه گودرزی