Uçaklar kendi hasarlarını onarabilirse ne olur?

Uçaklar gökyüzünün devleridir; ticari bir uçak, büyük bir Kanada kazının 6.000 katından daha ağırdır. Bununla birlikte, 500 mil / saat hızda, bu dev yaratıklar, görünüşte zararsız kazlardan bile etkilenmeye karşı dayanıklı değildir. Bu tür bir hasar, hava basıncı ve irtifa dalgalanmalarından kaynaklanan bir dizi soruna yol açabilir.

USC(Güney Kaliforniya Üniversitesi ) araştırmacıları, meydana gelir gelmez havadaki bu tür hasar hasarları giderebilecek yeni bir malzeme geliştirdiler. Qiming Wang, Bölüm Başkanı Stephen Schrank ve İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü’nde Yardımcı Doçent Sonny Astani liderliğindeki ekip, yüklenen darbe hasarından bağımsız bir şekilde iyileşecek  (tekrarlayan hücreler içeren yapılar) ,yapının orijinal şeklini alacak ve daha sonra malzemedeki ölümcül çatlakları  veya kırıkları iyileştirecek 3 boyutlu kafes yapıları oluşturdu.

Wang “Geleneksel olarak, kafes yapıları hafif olmasına rağmen, düşük hasar toleransına sahiptir, yani etki varsa, kolayca yayılacak ve sonunda yapıyı tehlikeye atacaktır. Oluşturduğumuz malzemenin ise  yüksek hasar toleransı var. ”dedi.

Yeni malzeme yüksek mukavemet ve sertlik ile karakterizedir. Geleneksel kendi kendini iyileştiren materyallerin aksine Wang, bir kırılma durumunda manuel müdahale gerekmediğini söyledi. Wang, “Malzemenin iyileşmesine izin vermek için kırık parçaları bir araya getirmek zorunda değilsiniz.” dedi. “Yeni malzememizin şekil ezberleme özelliği, kırık parçaların, bireysel bağların iyileşmesine başlamadan önce, kendilerini orijinal şekle geri hizalayacakları anlamına geliyor.”

Araştırma ekibi şunları içerir: USC Viterbi Ph.D. öğrenciler Kunhao Yu, Haixu Du, An Xin, Kyung Hoon Lee ve Zhangzhengrong Feng; Sonny Astani İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü’nde Profesör Sami F. Masri; Daniel J Epstein Endüstri ve Sistem Mühendisliği Bölümü’nde Yong Chen; ve Missouri Üniversitesi Makine ve Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü Profesör Guolian Huang. Çalışmaları NPG Asia Materials’da yayınlandı.

Kendi Kendini Onaran,Şekil Ezberleyen ve Işıkla Polimerleşebilen(Benzer ya da farklı birçok küçük molekülün polimer denilen büyük moleküller biçiminde birleşmesi.)

3-B kafes yapıların imal edilmesi kolay değildir. Said Wang: “Mevcut yöntem – katman katman laminat montajı – zaman alıcıdır.” Bununla birlikte, Wang, 3 boyutlu baskı kullanabilmek için belirli malzemelerle sınırlı olduğunuzu söyledi. Bu materyaller, otonom kendi kendini onarma için gerekli özelliklere sahip değildir.

İstenen tüm özelliklere sahip yeni bir malzeme oluşturmak için, araştırmacılar bir önceki yenilik üzerine inşa ettiler:Bu, kendi kendini iyileştirmeyi tetikleyen dinamik bağlar (disülfür bağları) içeren daha kauçuk benzeri kendi kendini onaran bir malzeme. Bu bağlar parçalandığında, ısı uygulaması orijinal bağları yeniden biçimlendirmek için onları bir araya getirir.Kendi kendini onarabilirken, kauçuk benzeri malzeme çok fazla ağırlığı destekleyemeyecek kadar yumuşaktı.

Araştırmacılar, hedeflerine ulaşmak için gerekli özellikleri birleştirmek için kristalin domainler- yüksek sertliğe ve ısıya cevap veren polimerler- eklediler. “Malzeme Teflon gibi güçlü. Çalışmalarımızda, malzemenin kendi ağırlığının 1.000 katını destekleyebileceğini bulduk. ”dedi,Wang.

Araştırmacılar kristalin domainler dahil ettiklerinde, başka bir anahtar özellik daha eklediler: Şekil belleği, yani polimerler yapının orijinal şeklini ezberler.

Araştırmacılar, tüm hedeflerine ulaşmak için, materyalin ışığa maruz kaldığı zaman foto-iyileştirilebilir veya reaktif hale getiren akrilat kimyasal grubunu (genellikle yapıştırıcılarda kullanılır) ekledi. Bu özellik, stereolitografi adı verilen 3 boyutlu bir baskı tekniğinin kullanılması için gerekliydi; buradaki ışık, sıvı malzemenin katı kafes yapıları oluşturmak için katman katman katılaşmasına neden oldu.

Darbe hasarı meydana geldiğinde, bir malzeme genellikle iki deformasyon şekli gösterir: göçük veya şekil değişikliği ve yapısal kırıklar (kırık bağlar). Geleneksel olarak, mevcut kendi kendini onarabilen malzemelerle, Wang, kırıkların iyileşebileceğini, ancak kırık parçaların manuel olarak yeniden hizalanması gerçekleşene kadar – temel olarak nesneyi orijinal şekline geri ittiğini söyledi. Yeni malzeme ile, şekil geri kazanımı ve kırık onarımı ısı uygulamasıyla birlikte bağımsız olarak gerçekleşir.

Süreç etki ile başlar. Bir yapı hasar gördükten sonra, şekil restorasyon sürecine başlamak için 80 derece Santigratta (yaklaşık 176 derece Fahrenheit) uygulanan uzak ısı uygulanır. Bu durumda, araştırmacılar bir yüz yan kanat yarattı ve içine bir ağırlık kırdı. Hasar görüldükten sonra ısı uygulandı. Kanadın orijinal şekli iki dakika içinde restore edildi. Sürekli ısı altında, kırık parçalar bağları yeniden düzenlemeye ve iyileşmeye başladı. Altı saat sonra, malzeme orijinal gücüne ve yapısına geri döndü.

Bu çalışmada, araştırmacılar aynı yapı ile on hasar ve iyileşme döngüsünü tamamladılar. Onuncu döngüden sonra bile, yapı orijinal olarak aynı mekanik bütünlüğü korudu.

Uçaklar, Trenler ve Otomobiller

Bu yeni kafes yapılar uçaktan otomobile kadar çok sayıda aracı güçlendirmek için kullanılabilir. Wang, “Bir kaza olduğunda, bir araba gövdesindeki çökmelerin ve çatlakların onarılması her zaman çok zahmetlidir.” dedi. “Ancak araç gövdesi yeni kafes yapılarımızdan yapılmışsa bu onarım, ek maliyet veya aşırı onarım süreleri olmadan, gövdeyi orijinal şekline ve işlevine döndürerek bağımsız olarak gerçekleşebilir.”

Pratikte Wang, bu malzemenin sensörler ile birlikte çalıştığını görüyor. Sensör darbe hasarını alırsa, iyileşme sürecine başlayarak bir ısıtıcı tetiklenir. Diğer uygulamalar arasında tanklar veya kurşun geçirmez yelekler / zırhlar gibi savunma araçları sayılabilir. Wang, bu malzemenin daha uzun kullanım süreleri ve anahtar parçalar için daha iyi hasar toleransı sunabileceğini söyledi.

Başka bir uygulama, şekil belleğinin ve iyileştirici özelliklerin doğrudan bir sonucudur. Wang, bir yapıyı diğerine dönüştürmek için keserseniz veya değiştirirseniz – örneğin bir üçgenden bir kagome (yıldız bazlı) şekle, malzemeyi farklı nitelikler gösterecek şekilde ayarlayabileceğinizi, örneğin sönümlemeye karşı belirli titreşim frekanslarının iletilmesini ayarlayabileceğinizi söyledi. Böyle bir kullanım tamamlandığında, ısı uygulamak yapıyı orijinal haline geri döndürecektir.

Kaynak: https://www.bizsiziz.com/what-if-airplanes-could-repair-their-own-damage/

Çeviri: Simge Kara

111 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
23 + 10 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.