تولید سپر حرارتی نازک برای هواپیماهای فوق سریع توسط پژوهشگران

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۱۰/۲۸ | 
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