محققان سپر حرارتی نازکی برای هواپیماهای فوق سریع ساختند
دنیای هوافضا به طور فزایندهای برای ساخت سازههای ماهوارهها، موشکها و هواپیماهای جت به کامپوزیتهای پلیمری تقویتشده با الیاف کربن متکی است.
اما عمر این مواد به نحوهی مدیریت گرما توسط آنها محدود میشود.
تیمی از محققان کالج مهندسی FAMU-FSU از موسسهی مواد با کارایی بالا در دانشگاه ایالتی فلوریدا در حال توسعهی طرحی برای سپر حرارتی هستند که از این ماشینهای بسیار سریع محافظت بهتری میکند.
کار آنها در نسخه نوامبر مجلهی Carbon منتشر خواهد شد.
پروفسور ریچارد لیانگ، مدیر HPMI، گفت: «در حال حاضر، سیستمهای پروازی ما روز به روز پرسرعتتر میشوند، حتی به سمت سیستمهای مافوق صوت که پنج برابر سرعت صوت هستند، میروند. وقتی سرعت به این حد میرسد، گرمای بیشتری روی سطح وجود دارد. بنابراین، به یک سیستم حفاظت حرارتی بسیار بهتر نیاز داریم.»
این تیم از نانولولههای کربنی، که شش ضلعیهای اتمهای کربن به شکل استوانه هستند، برای ساخت سپرهای حرارتی استفاده کرد.
ورقهای این نانولولهها همچنین به عنوان «باکیپیپر» شناخته میشوند، مادهای با تواناییهای باورنکردنی در هدایت گرما و الکتریسیته که مورد توجه مطالعه در HPMI بوده است.
محققان با خیساندن باکیپیپر در رزینی ساخته شده از ترکیبی به نام فنول، توانستند مادهای سبک و انعطافپذیر ایجاد کنند که به اندازه کافی بادوام است تا بتواند بدنه موشک یا جت را از گرمای شدیدی که هنگام پرواز با آن مواجه میشود، محافظت کند.
آیو هائو، عضو هیئت علمی تحقیقاتی در HPMI، گفت: سپرهای حرارتی موجود اغلب در مقایسه با پایهای که از آن محافظت میکنند، بسیار ضخیم هستند.
این طرح به مهندسان اجازه میدهد تا یک سپر بسیار نازک، مانند نوعی پوسته که از هواپیما محافظت میکند و به پشتیبانی از ساختار آن کمک میکند، بسازند.
پس از ساخت سپرهای حرارتی با ضخامتهای مختلف، محققان آنها را آزمایش کردند.
یک آزمایش شامل اعمال شعله به نمونهها بود تا ببینند چگونه از رسیدن گرما به لایه فیبر کربنی که قرار بود از آن محافظت کنند، جلوگیری میکنند.
پس از آن، محققان نمونهها را خم کردند تا ببینند چقدر محکم باقی میمانند.
آنها دریافتند که نمونههای دارای ورقهای باکیپیپر در پراکندگی گرما و جلوگیری از رسیدن آن به لایه پایه، بهتر از نمونههای کنترل بودند.
آنها همچنین در مقایسه با نمونههای کنترل ساخته شده بدون لایههای محافظ نانولولهها، قوی و انعطافپذیر باقی ماندند.
این انعطافپذیری یک ویژگی مفید است، نانولولهها در مقایسه با سرامیکها، یک ماده سپر حرارتی معمولی، در برابر ترک خوردن در دماهای بالا کمتر آسیبپذیر هستند.
آنها همچنین سبک وزن هستند که برای مهندسانی که میخواهند وزن هر چیزی را در هواپیما که به نحوه پرواز آن کمکی نمیکند، کاهش دهند، مفید است.
تاریخ:1404/9/17
مهسا نعمتی
