Se under overfladen:Ny måde at inspicere avancerede materialer, der bruges til at bygge fly

I de seneste år, mange flyproducenter er begyndt at bygge deres fly af avancerede kompositmaterialer, som består af højstyrkefibre, såsom kulstof eller glas, indlejret i en plast- eller metalmatrix. Sådanne materialer er stærkere og mere lette end aluminium, men de er også sværere at inspicere for skader, fordi deres overflader normalt ikke afslører underliggende problemer.

"Med aluminium, hvis du rammer den, der er en bule der. Med en komposit, ofte, hvis du rammer den, der er ingen overfladeskader, selvom der kan være indre skader, " siger Brian L. Wardle, lektor i luftfart og astronautik.

Wardle og hans kolleger har udtænkt en ny måde at opdage den indre skade på, ved hjælp af en simpel håndholdt enhed og varmefølsomt kamera. Deres tilgang kræver også konstruktion af kompositmaterialerne til at inkludere kulstof nanorør, som genererer den nødvendige varme til testen.

Deres tilgang, beskrevet i 22. marts online-udgaven af ​​tidsskriftet Nanoteknologi , kunne give flyselskaber mulighed for at inspicere deres fly meget hurtigere, siger Wardle. Dette projekt er en del af et flerårigt, luft- og rumfartsindustrien finansieret indsats for at forbedre de mekaniske egenskaber af eksisterende avancerede kompositmaterialer i rumfartskvalitet. Det amerikanske luftvåben og flåden er også interesserede i teknologien, og Wardle arbejder sammen med dem om at udvikle det til brug i deres fly og fartøjer.

Afdækning af skader

Avancerede kompositmaterialer findes almindeligvis ikke kun i fly, men også biler, broer og vindmøllevinger, siger Wardle.

En metode, som inspektører nu bruger til at afsløre skader i avancerede kompositmaterialer, er infrarød termografi, som registrerer infrarød stråling, der udsendes, når overfladen opvarmes. I et avanceret kompositmateriale, eventuelle revner eller delaminering (adskillelse af lagene, der danner kompositmaterialet) vil omdirigere varmestrømmen. Det unormale strømningsmønster kan ses med et varmefølsomt (termografisk) kamera.

Dette er effektivt, men besværligt, fordi det kræver, at store varmelegemer placeres ved siden af ​​overfladen, Wardle siger. Med sin nye tilgang, kulstof nanorør er inkorporeret i kompositmaterialet. Når der påføres en lille elektrisk strøm på overfladen, nanorørene varmes op, hvilket eliminerer behovet for enhver ekstern varmekilde. Inspektøren kan se skaden med et termografisk kamera eller beskyttelsesbriller.

"Det er en meget smart måde at udnytte egenskaberne af kulstofnanorør til at levere den termiske energi, indefra og ud, " siger Douglas Adams, lektor i maskinteknik ved Purdue University. Adams, som ikke var involveret i forskningen, bemærker, at der stadig er to grundlæggende udfordringer:at udvikle en praktisk måde at fremstille store mængder af det nye materiale på, og sikre, at tilføjelsen af ​​nanorør ikke forringer materialets primære funktion med at modstå store belastninger.

De nye carbon nanorør-hybridmaterialer, som Wardle udvikler, har indtil videre vist bedre mekaniske egenskaber, såsom styrke og sejhed, end eksisterende avancerede kompositter.