Gorące tematy: Ryszard Opara: „AMEN” Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
4573 posty 2072 komentarze

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
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31