Gorące tematy: Wolni i Solidarni Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
4048 postów 1888 komentarzy

Bogusław Jeznach

Bogusław Jeznach - Dzielić się wiedzą, zarażać ciekawością.

Uff, jak odpornie!

ZACHOWAJ ARTYKUŁ POLEĆ ZNAJOMYM

INŻYNIERIA I TECHNOLOGIE (28) Nowy materiał ceramiczny uchroni samoloty ponaddźwiękowe przed spaleniem nawet przy prędkości ponad 5 Mach

 

 

Tarcie rozgrzewa i rodzi ogień. A tarcie w powietrzu czegoś, co podróżuje pięciokrotnie szybciej od dźwięku, powoduje bardzo wysokie temperatury. Czołowa krawędź takiego obiektu –- może łatwo osiągnąć temperaturę 3000 ° C. To duży problem, bo to jest powyżej temperatury topnienia większości materiałów używanych przez inżynierów, a więc sprawia, że​​trudno zaprojektować takie elementy, jak krawędzie natarcia skrzydeł i stożki nosa samolotów ponaddźwiękowych. Zalety takich prędkości są jednak takie, że​​wielu nie ustaje w wysiłkach nad opracowaniem stosownych materiałów. Niewatpliwie, lotnictwo wojskowe uwielbiałoby takie samoloty najbardziej. Ale także  dla cywilów (przynajmniej dla tych, którzy mają głębokie kieszenie) myśl, że w ciągu kilku godzin mogliby dolecieć z Europy np. do Australii, brzmi niezwykle atrakcyjnie.

Wśród tych których to inżynierskie wyzwanie pociąga najbardziej są Ping Xiao z Uniwersytetu w Manchester, w Anglii i Xiang Xiong z Central South University w Changsha w Chinach, a także ich współpracownicy. Twierdzą oni, że właśnie opracowali nowy materiał, który stanowi odpowiedź i rozwiązanie problemu.

Ich nową substancją jest ceramika. To nic dziwnego. Materiały ceramiczne mają sztywne i trwałe wiązania między atomami - w przeciwieństwie do metali, których elektrony w takich wiązaniach mają większą swobodę poruszania się. Zapewnia to wysoką temperaturę topnienia ceramiki, co pozwala na ich stosowanie w warunkach bardzo gorących. Ale to zarazem czyni je także kruchymi. Ta kruchość stała się znana, gdy płytki ceramiczne wybrano jako materiał osłonowy płyt dla amerykańskich wahadłowców powracających na ziemię i przedzierając się poprzez warstwy atmosfery. Każdy z tych statków był obłożony ponad 24 000 płytek wykonanych z wysokiej jakości piasku krzemowego. Płytki były naprawdę odporne na ciepło. Były jednak tak kruche, że musiały być przyklejone do statku kosmicznego, a nie przykręcone przez wywiercone w nich dziurki. Wiele z nich po każdej misji trzeba było wymieniać. Całe rozwiązanie okazało się tak kruche, że kiedy niektóre z płytek na promie zwanym Columbia zostały uszkodzone przez kawałek pianki, który oderwał się podczas wchodzenia w kosmos w 2003 roku, osłona cieplna przy powrocie na ziemię okazała się niewystarczająca, a pojazd rozgrzał się tak, że jego załoga najpierw się upiekła żywcem, a potem wraz z pojazdem spłonęła.  

Dr Xiao i Dr Xiong skupili się zatem na zwiększeniu elastyczności materiałów ceramicznych bez obniżania ich temperatury topnienia, a także bez zmniejszenia ich odporności na ablację - niszczenie materiałów spowodowanych przez tarcie, jakie ma miejsce przy prędkości ponaddźwiękowej i w warunkach związanych z nią temperatur. Ich punktem wyjścia jest tzw. kompozyt węglowo-węglowy. Jest to matryca węglowa wzmocniona włóknami węglowymi. Takie kompozyty są powszechnie stosowane w przemyśle lotniczym, ponieważ są mocne, lekkie i elastyczne. Nie wytrzymują jednak 3000°C. Aby je ochronić przed tym poziomem nagrzania, naukowcy zastosowali proces nasycania kompozytu stopem reakcyjnym będącym ciekłą mieszaniną cyrkonu, tytanu, węgla i boru. W takim przypadku kompozyt działa jak gąbka. Wciąga płyn,  który następnie reaguje tworząc węglik.

Węgliki są twardymi związkami ceramicznymi które powstają, gdy węgiel łączy się z innymi pierwiastkami. Sztuczka tego procesu polega na powleczeniu włókien węglowych w pierwotnym materiale złożonym węglikiem powstałym podczas wlewu. To zachowuje mechaniczną wytrzymałość i elastyczność tych włókien, chroniąc je przed ekstremalnymi temperaturami. Naukowcy odkryli, że ich powłoki węglika nie tylko przetrwały, ale wykazały wyższą odporniść na ablację niż istniejąca ceramika stosowana w wysokich temperaturach pomiędzy 2000°C a 3000°C. Na przykład przy 2500°C  straty ścierne wyniosły mniej niż jedną dwunastą w porównaniu z węglikiem cyrkonu, materiałem ceramicznym powszechnie używanym do zapewnienia ochrony cieplnej w elementach silnie nagrzewających się, od wierteł do rakiet.

Inną zaletą wlewu materiałów ceramicznych do kompozytów węglowo-węglowych w opisany sposób jest to, że pozwala to na wytwarzanie bardziej złożonych kształtek odpornych na wysokie temperatury niż jest to możliwe w konwencjonalnych sposobach formowania pod wpływem ciepła i ciśnienia. Nowe materiały powinny być bardziej wytrzymałe niż konwencjonalne na wstrząsy termiczne, tj. gdy nagła zmiana temperatury spowoduje, że materiał ulegnie rozerwaniu w ciągu kilku chwil.

Poza zastosowaniem w samolotach ponaddźwiękowych, nowy kompozyt węglowo-węglowy może również, z odpowiednimi dostosowaniami, być używany do przedłużenia okresu użytkowania rakiet wielokrotnego użytku i turbin gazowych. Ale na pewno jest tak, że tym, co pobudzi wyobraźnię większości ludzi będzie samolot, którym np. wylecą o 7:00 rano z Londynu i zdążą na obiad do Sydney.

 

W cyklu INŻYNIERIA I TECHNOLOGIE na moim blogu ukazały się dotąd następujące pozycje:

01.Tranzystory hybrydowe (8.08.2011)

02.Mała rzecz, a czyści (21.08.2011)

03.Opony z cukru (31.08.2011)

04.Tama z trzech powodów cz.I (14.09.2011)

05.Tama z trzech powodów cz.II (15.09.2011)

06.Metro automatique (5.01.2012)

07.Beton,ale inteligentny (26.03.2012)

08.Baterie szybciej (3.04.2012)

09.Zdążyć zanim zdetonują (16.04.2012)

10.Pociąg w uniesieniu (cz.1) (8.06.2012)

11.Pociąg w uniesieniu (cz.2) (9.06.2012)

12.Pociąg w uniesieniu (cz.3) (11.06.2012)

13.Asfalt jak perski dywan (10.07.2012)

14.Wędkowanie na ekranie (25.07.2012)

15.Wojna na wirusy (15.09.2012)

16.Działo laserowe (16.09.2012)

17.Zamiast delfina (8.10.2012)

18.Ryżowe opony (13.01.2013)

19.Inspiracje wynalazców (18.12.2013) /film/

20.Komputerek z nanorurek (4.11.2013)

21.Silnik odrzutowy RR (11.05.2015) /film(51:46)/

22.Robotyka na podium (2.07.2015)

23.Dziury, ale inaczej (9.07.2015)

24.Zasilanie bez drutu (20.08.2015)

25.Braille przez komputer (3.09.2015)

26.Robot ale nie cyborg (10.09.2015)

27.Zmierzch silnika spalinowego (31.08.2017)

28.Uff, jak odpornie! (2.11.2017)

 

KOMENTARZE

  • Lubie takie tematy, otarlem sie troche o takie technologie rakietowe.
    W latach 90 tych projektowalem technologie produkcji rurek , ktore ruszaja lotkami w Boeingach, napedem sodowym dla torpedy Marconi, maszynami do szycia skrzydel z wlokna weglowego (doslownie szycia jak na Singerze tylko w wiekszej skali) a pozniej klejeniem tych skrzydel z tasiemek weglowych w firmie Ingersoll Machine Tools, z ktorej mnie wywalili bo bylem juz za stary dla nowego, wloskiego, wlasciciela firmy.W tym dniu 40 amerykanskich inzynierow wywalono i zastapiono inzynierami z Wloch. Teraz padaja na pysk bo potrafia tylko gadac i machac rekami. A ja mam ogrod, swoje lata i wszystko w d.

OSTATNIE POSTY

więcej

ARCHIWUM POSTÓW

PnWtŚrCzPtSoNd
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031