Composite metal foam overgår aluminium til brug i flyvinger

De forreste kanter på flyvinger skal opfylde et meget krævende sæt egenskaber. Ny forskning viser, at en kombination af stålkompositmetalskum (CMF) og epoxyharpiks har mere ønskelige egenskaber til anvendelse som et førende materiale end det aluminium, der i øjeblikket er udbredt.

"Vi kalder vores hybridmateriale 'infunderet CMF, '"siger Afsaneh Rabiei, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og en professor i mekanik og rumfartsteknik ved NC State. "Og mens infunderet CMF er omtrent den samme vægt som aluminium, det er hårdere og har andre egenskaber, der gør det mere tiltalende fra en flypræstation, sikkerhed og brændstofeffektivitet. "

CMF er et skum, der består af hule, metalliske kugler - fremstillet af materialer såsom rustfrit stål eller titanium - indlejret i en metallisk matrix af stål, aluminium eller metalliske legeringer. Til denne undersøgelse, forskerne brugte stål-stål CMF, hvilket betyder, at både kuglerne og matricen var lavet af stål. Tidligere arbejde har fundet metalskummet bemærkelsesværdigt hårdt:det kan modstå .50 kaliberrunder, modstå høje temperaturer, og blokere sprængtryk fra højeksplosive brændende runder.

Den infunderede CMF fremstilles ved at nedsænke stål-stål CMF i en hydrofob epoxyharpiks og ved hjælp af vakuumkræfter at trække harpiksen ind i både de hule kugler og i meget mindre porer, der findes i selve stålmatricen. Dette resulterer i, at omkring 88 procent af CMF's porer er fyldt med epoxyharpiks.

Forskerne testede derefter både infunderet CMF og rumfartsaluminium for at se, hvordan de klarede sig på tre områder:kontaktvinkel, som bestemmer, hvor hurtigt vand strømmer ud af et materiale; insektadhæsion, eller hvor godt fejldele klæbede til materialet; og partikelslitage, eller hvor godt materialet tåler erosion. Alle disse faktorer påvirker ydeevnen på en flyvinges forkant.

Kontaktvinkel er et mål for, hvor godt vand perler op på en overflade. Jo lavere et materiales kontaktvinkel er, jo mere klæber vandet til overfladen. Dette er relevant for flyvinger, fordi vandopbygning på en vinge kan påvirke flyets ydeevne. Forskerne fandt ud af, at infunderet CMF havde en kontaktvinkel 130% højere end aluminium - en betydelig forbedring.

Insektadhæsion måles på to måder:ved den maksimale højde af insektrester, der bygger op på et materiale, og af mængden af ​​areal dækket af insektrester på et materiales overflade. Igen, infunderet CMF udkonkurrerede aluminium - med 60% med hensyn til maksimal højde, og med 30% med hensyn til det dækkede overfladeareal.

Forskerne gennemførte også eksperimenter med sandblæsning for at simulere erosionen forårsaget af slid, der opstår over tid, når flyvinger er i brug. Forskerne fandt ud af, at mens sandblæsning øgede overfladeruheden for infunderet CMF, det klarede sig stadig bedre end aluminium. For eksempel, når det er værst, infunderet CMF havde stadig en kontaktvinkel 50 procent højere end aluminiums.

Med andre ord, den infunderede CMF bevarede sine egenskaber gennem erosion og slid, hvilket indikerer, at det vil give førende vingekomponenter en længere levetid-og reducere omkostningerne forbundet med vedligeholdelse og udskiftning.

"Aluminium er i øjeblikket det foretrukne materiale til fremstilling af forkant med fastvingede og roterende vingeflyvinger, "Siger Rabiei." Vores resultater tyder på, at infunderet CMF kan være en værdifuld erstatning, tilbyder bedre ydeevne ved samme vægt.

"Af samme grund, resultaterne tyder på, at vi kunne bruge forskellige materialer til matrixen eller kuglerne til at skabe en kombination, der fungerer så godt som konventionelt aluminium ved en brøkdel af vægten. På den ene eller anden måde, du forbedrer ydeevnen og brændstofeffektiviteten. "