"Qeyri-ənənəvi materiallar" hərbi və aerokosmik sənayesində texnologiyanın inkişafının ən vacib sahələrindən biridir. Materiallar yalnız dəstəkləyici bir quruluş olaraq deyil, həm də ağıllı materiallar olmalıdır
Ağıllı materiallar, temperatur, elektrik cərəyanı və ya maqnit sahəsindəki dəyişikliklərlə əlaqəli zəruri mexaniki deformasiyanı təmin edən, aktuator və sensor funksiyasını yerinə yetirən xüsusi bir siniflərdir. Kompozit materiallar birdən çox materialdan ibarət olduğundan və müasir texnoloji tərəqqi sayəsində, indi aşağıdakı kimi sahələrdə inteqrasiya olunmuş funksionallıq təmin etmək prosesinə digər materialları (və ya strukturları) daxil etmək mümkündür.
- Morfinq, - Özünü müalicə, - Qavrayış, - Yıldırımdan qorunma və
- Enerji saxlama.
Bu yazıda ilk iki sahəyə diqqət yetirəcəyik.
Morfinq materialları və quruluş quruluşları
Morphing materiallarına giriş siqnallarından sonra həndəsi parametrlərini dəyişdirən və xarici siqnallar dayandıqda orijinal formasını bərpa edə bilən materiallar daxildir.
Bu materiallar, forma dəyişikliyi şəklində reaksiya verdikləri üçün aktuator kimi istifadə olunur, lakin əksinə də istifadə edilə bilər, yəni materiala tətbiq olunan xarici təsirin siqnal. Bu materialların aerokosmik tətbiqləri müxtəlifdir: sensorlar, aktuatorlar, elektrik qurğu və aparatlarında açarlar, avionika və hidravlik sistemlərdə əlaqələr. Üstünlüklər: müstəsna etibarlılıq, uzun xidmət müddəti, sızma, aşağı quraşdırma xərcləri və baxımda əhəmiyyətli azalma. Xüsusilə, dəyişdirmə materiallarından və formalı yaddaş ərintilərindən hazırlanan aktuatorlar arasında, avionik soyutma sistemlərinin avtomatik idarə edilməsi üçün aktuatorlar və kokpit kondisioner sistemlərində bələdçi damperlərinin bağlanması / açılması üçün aktuatorlar xüsusi maraq doğurur.
Elektrik sahəsinin tətbiqi nəticəsində formasını dəyişən materiallara piezoelektrik materiallar (mexaniki təsirlər (birbaşa piezoelektrik təsir) və mexaniki deformasiyalar nəticəsində kristal quruluşlu materialların qütbləşmə fenomeni) və elektrik sahəsinin təsiri altında mexaniki deformasiyalar daxildir. əks piezoelektrik effekt)) və elektrostiktiv materiallar. Fərq tətbiq olunan elektrik sahəsinə verilən reaksiyada olur: piezoelektrik material uzana bilər və ya qısalır, tətbiq olunan sahənin istiqamətindən asılı olmayaraq, elektrostriktiv material yalnız uzanır. Sensorlar vəziyyətində, eyni gərginlik haqqında məlumat əldə etmək üçün mexaniki gərginliyin yaratdığı gərginlik ölçülür və işlənir. Birbaşa piezoelektrik effektli bu materiallar sürətləndirmə və yük sensörlərində, akustik sensorlarda geniş istifadə olunur. Bütün aktuatorlarda tərs piezoelektrik effektə əsaslanan digər materiallar istifadə olunur; nanometr dəqiqliyi ilə linzaların və güzgülərin mövqeyini tənzimləmək qabiliyyətinə malik olduqları üçün kəşf peykləri üçün optik sistemlərdə tez -tez istifadə olunur. Yuxarıda qeyd olunan materiallar, müəyyən həndəsi xarakteristikaları dəyişdirmək və bu strukturlara xüsusi əlavə xüsusiyyətlər vermək məqsədi ilə morfinq quruluşlarına da daxil edilmişdir. Bir morf quruluşu (ağıllı bir quruluş və ya aktiv quruluş olaraq da adlandırılır), içərisində quraşdırılmış sensor / elektromexaniki çevirici sisteminin işləməsi səbəbindən xarici şəraitdəki dəyişiklikləri hiss edə bilir. Bu yolla (bir və ya daha çox mikroprosessorun və güc elektronikasının olması səbəbindən), quruluşun xarici dəyişikliklərə uyğunlaşmasına imkan verən, sensorlardan gələn məlumatlara uyğun olaraq müvafiq dəyişikliklər edilə bilər. Bu cür aktiv monitorinq yalnız xarici giriş siqnalına (məsələn, mexaniki təzyiq və ya şəkil dəyişikliyi) deyil, həm də daxili xüsusiyyətlərdəki dəyişikliklərə (məsələn, zədələnmə və ya uğursuzluq) aiddir. Tətbiq dairəsi olduqca genişdir və kosmik sistemləri, təyyarələri və vertolyotları (titrəmə, səs -küy, forma dəyişikliyi, stressin paylanması və aeroelastik sabitliyə nəzarət), dəniz sistemlərini (gəmilər və sualtı qayıqlar), habelə qoruma texnologiyalarını əhatə edir.
Struktur sistemlərdə meydana gələn vibrasiyanı (titrəmələri) azaltmaq meyllərindən biri çox maraqlıdır. Xüsusi sensorlar (çox qatlı piezoelektrik keramikadan ibarətdir) titrəmələri aşkar etmək üçün ən çox gərgin olan nöqtələrə yerləşdirilir. Titrəmə səbəb olan siqnalları təhlil etdikdən sonra, mikroprosessor aktuatora vibrasiyanı maneə törədə bilən uyğun bir hərəkətlə cavab verən bir siqnal (analiz olunan siqnala mütənasib) göndərir. ABŞ Ordusunun Tətbiqi Aviasiya Texnologiyaları Ofisi və NASA, CH-47 vertolyotunun bəzi elementlərinin, eləcə də F-18 qırıcısının quyruq təyyarələrinin titrəyişlərini azaltmaq üçün oxşar aktiv sistemləri sınaqdan keçirdi. FDA artıq vibrasiyanı idarə etmək üçün aktiv materialları rotor bıçaqlarına inteqrasiya etməyə başlamışdır.
Adi bir əsas rotorda, bıçaqlar fırlanma və əlaqədar bütün hadisələrdən qaynaqlanan yüksək vibrasiya səviyyəsindən əziyyət çəkirlər. Bu səbəbdən və titrəməni azaltmaq və bıçaqlara təsir edən yüklərin idarə olunmasını asanlaşdırmaq üçün yüksək əyilmə qabiliyyətinə malik aktiv bıçaqlar sınaqdan keçirilmişdir. Xüsusi bir sınaq növündə ("quraşdırılmış bükülmə dövrəsi" adlanır) hücum açısı dəyişdikdə, bıçaq bütün uzunluğu boyunca aktiv lif kompozit AFC (yumşaq polimer matrisə daxil edilmiş elektro-keramika lifi) sayəsində bükülür. bıçaq quruluşuna daxil olur. Aktiv liflər bıçağın üst və alt səthlərində 45 dərəcə bir açı ilə bir -birinin üstündən qat -qat yığılır. Aktiv liflərin işi bıçaqda paylanmış gərginlik yaradır ki, bu da bıçaq boyunca müvafiq əyilməyə səbəb olur və bu da yelləncək titrəyişini tarazlaşdıra bilir. Başqa bir sınaq ("diskret yelləncəklərin aktivləşdirilməsi") vibrasiyaya nəzarət üçün piezoelektrik mexanizmlərin (aktuatorların) geniş yayılması ilə xarakterizə olunur: arxa kənar boyunca yerləşən bəzi deflektorların işini idarə etmək üçün aktuatorlar bıçaq quruluşuna yerləşdirilir. Beləliklə, pervanenin yaratdığı vibrasiyanı neytrallaşdıra bilən bir aeroelastik reaksiya meydana gəlir. Hər iki həll əsl CH-47D vertolyotunda MiT Hower Test Sand adlı bir testdə qiymətləndirildi.
Morphing struktur elementlərinin inkişafı, artan mürəkkəblikdəki strukturların dizaynında yeni perspektivlər açır, eyni zamanda çəkisi və dəyəri əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Vibrasiya səviyyələrində nəzərəçarpacaq bir azalma aşağıdakıları ifadə edir: strukturların ömrünü artırmaq, daha az struktur bütövlüyünü yoxlamaq, strukturların daha az vibrasiyaya məruz qalması, daha çox rahatlıq, daha yaxşı uçuş performansı və helikopterlərdə səs -küyə nəzarət.
NASA -ya görə, önümüzdəki 20 il ərzində daha yüngül və daha yığcam hala gələcək yüksək performanslı təyyarə sistemlərinə olan ehtiyacın morfinq dizaynlarının daha geniş istifadəsini tələb edəcəyi gözlənilir.
Özünü müalicə edən materiallar
Ağıllı materiallar sinfinə aid özünü müalicə edən materiallar mexaniki stres və ya xarici təsirlər nəticəsində yaranan zərərləri müstəqil şəkildə təmir edə bilir. Bu yeni materialları hazırlayarkən ilham mənbəyi olaraq təbii və bioloji sistemlərdən (məsələn, bitkilərdən, bəzi heyvanlardan, insan dərisindən və s.) İstifadə edilmişdir (əslində onlara biotexnoloji materiallar deyilirdi). Bu gün özünü müalicə edən materiallar qabaqcıl kompozitlərdə, polimerlərdə, metallarda, keramika, korroziyaya qarşı örtüklərdə və boyalarda tapıla bilər. Vakuum, böyük temperatur fərqləri, mexaniki titrəmələr, kosmik radiasiya ilə xarakterizə olunan kosmik tətbiqlərdə (genişmiqyaslı tədqiqatlar NASA və Avropa Kosmik Agentliyi tərəfindən aparılır) xüsusi diqqət yetirilir. kosmos dağıntıları və mikrometeoritlərin toqquşması nəticəsində yaranıb. Bundan əlavə, özünü müalicə edən materiallar aviasiya və müdafiə sənayesi üçün vacibdir. Aerokosmik və hərbi tətbiqlərdə istifadə olunan müasir polimer kompozitlər mexaniki, kimyəvi, termal, düşmən atəşi və ya bu faktorların birləşməsindən yaranan zərərlərə həssasdır. Materialların içərisindəki zədələnmələri fərq etmək və təmir etmək çətin olduğundan, ideal həll nano və mikro səviyyədə meydana gələn zərərləri aradan qaldırmaq və materialı orijinal xüsusiyyətlərinə və vəziyyətinə qaytarmaq olar. Texnologiya, bir materialın özünü müalicə edən bir komponenti, digəri isə müəyyən bir katalizatoru olan iki fərqli növ mikrokapsulu ehtiva etdiyi bir sistemə əsaslanır. Material zədələnərsə, mikrokapsüllər məhv olur və tərkibindəki maddələr bir -biri ilə reaksiya verə bilər, zədəni doldurar və materialın bütövlüyünü bərpa edər. Beləliklə, bu materiallar müasir təyyarələrdə qabaqcıl kompozitlərin təhlükəsizliyinə və dayanıqlığına böyük töhfə verir, eyni zamanda bahalı aktiv monitorinq və ya xarici təmir və / və ya dəyişdirmə ehtiyacını aradan qaldırır. Bu materialların xüsusiyyətlərinə baxmayaraq, aerokosmik sənayesinin istifadə etdiyi materialların dayanıqlılığının artırılmasına ehtiyac var və bu rol üçün çox qatlı karbon nanotüplər və epoksi sistemlər təklif olunur. Bu korroziyaya davamlı materiallar kompozitlərin çəkilmə gücünü və söndürmə xüsusiyyətlərini artırır və termal şok müqavimətini dəyişdirmir. Hər bir oksigen molekulunu (zədələnmə nəticəsində materiala daxil olan) aşağı viskoziteye malik silikon -oksigen hissəciyinə çevirən matris kompozisiyası olan keramika matrisi olan kompozit materialın hazırlanması da maraqlıdır ki, bu da zərərə səbəb ola bilər. kapilyar təsir göstərir və onları doldurur. NASA və Boeing, gömülü mikrokapsülləri olan polidimetilsiloksan elastomer matrisindən istifadə edərək aerokosmik quruluşlarda yaranan öz-özünə yaranan çatlaqları sınaqdan keçirirlər.
Özünü sağaldan materiallar zımbalanmış cisim ətrafındakı boşluğu bağlayaraq zədələnməni aradan qaldıra bilir. Aydındır ki, bu cür qabiliyyətlər həm zirehli maşınlar, həm tanklar, həm də şəxsi müdafiə sistemləri üçün müdafiə səviyyəsində öyrənilir.
Hərbi tətbiqlər üçün özünü müalicə edən materiallar, hipotetik ziyanla əlaqəli dəyişənlərin diqqətlə qiymətləndirilməsini tələb edir. Bu vəziyyətdə zərbənin təsiri aşağıdakılardan asılıdır.
- güllə səbəbiylə kinetik enerji (kütlə və sürət), - sistem dizaynları (xarici həndəsə, materiallar, zirehlər) və
- toqquşma həndəsi təhlili (görüş bucağı).
Bunu nəzərə alaraq, DARPA və ABŞ Ordusu Laboratoriyaları ən qabaqcıl özünü müalicə edən materiallar üzərində sınaq keçirirlər. Xüsusilə, bərpaedici funksiyalar, ballistik zərbənin materialın lokalizasiyalı istiləşməsinə səbəb olduğu, öz-özünə sağalmasını mümkün edən güllələrin nüfuz etməsi ilə başlaya bilər.
Özünü sağaldan şüşələrin tədqiqatları və sınaqları çox maraqlıdır, hansısa mexaniki hərəkət nəticəsində yaranan çatlaqlar maye ilə dolur. Özünü sağaldan şüşə, hərbi maşınların güllə keçirməyən ön şüşələrinin istehsalında istifadə edilə bilər ki, bu da əsgərlərin yaxşı görünməsini təmin edəcək. Digər sahələrdə, aviasiyada, kompüter ekranlarında və s.
Gələcəyin əsas problemlərindən biri struktur elementlərində və örtüklərdə istifadə olunan qabaqcıl materialların ömrünü uzatmaqdır. Aşağıdakı materiallar araşdırılır:
-qrafen əsasında özünü müalicə edən materiallar (bir qat karbon atomundan ibarət iki ölçülü yarımkeçirici nanomaterial), - qabaqcıl epoksi qatranları, - günəş işığına məruz qalan materiallar;
- metal səthlər üçün korroziyaya qarşı mikrokapsüllər, - güllə zərbəsinə tab gətirə bilən elastomerlər və
materialın performansını artırmaq üçün əlavə komponent kimi istifadə olunan karbon nanotüplər.
Bu xüsusiyyətlərə malik xeyli sayda material hal -hazırda eksperimental olaraq sınaqdan keçirilir və araşdırılır.
Çıxış
Uzun illər mühəndislər tez -tez konseptual baxımdan perspektivli layihələr təklif edirdilər, lakin praktiki həyata keçirilməsi üçün uyğun materialların olmaması səbəbindən onları həyata keçirə bilmirdilər. Bu gün əsas məqsəd üstün mexaniki xüsusiyyətlərə malik yüngül strukturlar yaratmaqdır. Müasir materiallarda (ağıllı materiallar və nanokompozitlər) müasir irəliləyiş, bütün mürəkkəbliyə baxmayaraq, xüsusiyyətlərin çox vaxt çox iddialı və bəzən hətta ziddiyyətli olmasına baxmayaraq əsas rol oynayır. Hal -hazırda hər şey kaleydoskopik bir sürətlə dəyişir, istehsalına yeni başlayan yeni bir material üçün təcrübələr apardıqları və sınadıqları bir material var. Aerokosmik və müdafiə sənayesi bu heyrətamiz materiallardan bir çox fayda əldə edə bilər.
