بالهای هواپیما را میتوان با استفاده از نانولولهها به راحتی و با هزینه کم مونتاژ کرد
- بیشتر بدانید:محققان سپر حرارتی نازکی برای هواپیماهای فوق سریع ساختند
- بیشتر بخوانید:عصری جدید در هوانوردی: ظهور نانومواد در طراحی هواپیما
- نانو مگزین
بالهای هواپیما را میتوان با استفاده از نانولولهها به راحتی و با هزینه کم مونتاژ کرد
نانولولههای کربنی به سادگی و با هزینه کم برای اتصال کامپوزیتهای درجه هوافضا که در ساخت هواپیما استفاده میشوند، مورد استفاده قرار گرفتهاند.
این تکنیک که توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) توسعه داده شده است، نیاز به مخازن تحت فشار پرهزینه و پرانرژی را از بین میبرد و میتواند تولید هواپیما و سازههای کامپوزیتی با کارایی بالا مانند پرههای توربین بادی را سرعت بخشد.
هواپیماهای مدرن از کامپوزیتهای ورق مانند ساخته میشوند که در دماهای بالا در مخازن تحت فشار غولپیکری به نام اتوکلاو به هم متصل میشوند.
این مخازن به دلیل زبری سطح میکروسکوپی خود، برای بیرون راندن حبابهای کوچک هوا که بین ورقها تشکیل میشوند، مورد نیاز هستند، دقیقاً مانند فشردن حبابهای هوا که در زیر یک فیلم پلاستیکی تشکیل میشوند.
برایان واردل، محقق هوانوردی MIT، توضیح میدهد: «اگر در حال ساخت یک سازه اولیه مانند بدنه یا بال هستید، باید یک مخزن فشار یا اتوکلاو به اندازه یک ساختمان دو یا سه طبقه بسازید که خود برای تحت فشار قرار دادن به زمان و هزینه نیاز دارد.»
واردل و همکارانش برای اتصال کامپوزیتها به یکدیگر به شبکههای نانومتخلخل، لایههای بسیار نازک ساخته شده از مواد همراستا مانند نانولولههای کربنی روی آوردهاند.
فضاهای بین هر نانولوله در چنین لایههای متراکمی میتوانند به عنوان مویرگ عمل کنند و بر اساس هندسه و انرژی سطحی خود فشار ایجاد کنند.
این تیم پیشبینی کرد که با قرار دادن چنین لایهای بین دو ورق از مواد دیگر و گرم کردن آن، میتوان فشار مویرگی ۵۰٪ بیشتری نسبت به آنچه در اتوکلاو ممکن است به مواد اطراف اعمال کرد در حالی که به طور مشابه هرگونه حفره محبوس شده را از بین میبرد.
تیم با آزمایش این ایده، فیلمی از نانولولههای کربنی عمودی را بین دو ورق از مواد کامپوزیت هواپیما قرار داد و آنها را با استفاده از یک پوشش الکتریکی از فیلم نانولوله گرم کرد.
ماده حاصل، درست مانند یک کامپوزیت اتوکلاو شده، بدون حفره بود.
واردل میگوید: «ما دریافتیم که کامپوزیت خارج از اتوکلاو ما به اندازه کامپوزیت فرآیند اتوکلاو استاندارد طلایی که برای سازههای اولیه هوافضا استفاده میشود، قوی است.»
این رویکرد، تکنیکی را که توسط این تیم در سال ۲۰۱۵ توسعه داده شده بود، تکمیل میکند.
در این تکنیک، از پیچیدن نانولولههای کربنی برای گرم کردن و جوش دادن کامپوزیتها بدون یک اجاق غولپیکر و با یک صدم هزینه انرژی استفاده میشد.
کیت ریجوی، متخصص تولید پیشرفته از دانشگاه استراتکلاید، که در این مطالعه مشارکتی نداشته است، میگوید: «قطعات اتوکلاو شده به عنوان استانداردی در نظر گرفته میشوند که هر فرآیند جایگزین باید از آن فراتر رود تا شانسی برای پذیرش گسترده در صنعت، به ویژه برای ساخت قطعات حیاتی، داشته باشد.»
او با نامیدن پخت خارج از اتوکلاو به عنوان «جام مقدس» تولید کامپوزیتها، خاطرنشان میکند که سایر جایگزینهای پیشنهادی مانند رویکردهای مبتنی بر مایکروویو میتوانند جذاب به نظر برسند اما یکپارچگی لازم را فراهم نمیکنند و اغلب تا ۱٪ از ماده حاوی حفرههایی است که آن را تضعیف میکند.
ریجوی میافزاید: «در حال حاضربا تمرکز بیشتر بر تغییرات اقلیمی و کاهش مصرف انرژی نوآوری پیشنهادی هم هیجانانگیز و هم به موقع است.»
این تیم اکنون در حال بررسی این است که چگونه میتوان فیلمهای تولیدی را از نمونههای آزمایشی چند سانتیمتری خود به سازههایی به بزرگی بالهای هواپیما تبدیل کرد.
واردل میگوید: «اکنون ما این راهحل جدید مواد را داریم که میتواند فشار مورد نیاز را در هر جایی که نیاز دارید فراهم کند.»
«فراتر از هواپیماها، بیشتر تولیدات کامپوزیتی در جهان لولهها هستند برای آب، گاز، نفت، همه چیزهایی که به زندگی ما وارد و خارج میشوند. این میتواند همه این چیزها را بدون زیرساختهای فر و اتوکلاو بسازد.»
تاریخ:1404/9/23
مهسا نعمتی
