Forskere udvikler et tyndt varmeskjold til superhurtige fly

Luftfartsverdenen er i stigende grad afhængig af kulfiberforstærkede polymerkompositter til at bygge satellitternes strukturer, raketter og jetfly.

Men disse materialers levetid er begrænset af, hvordan de håndterer varme.

Et team af FAMU-FSU College of Engineering-forskere fra Florida State Universitys High-Performance Materials Institute er ved at udvikle et design til et varmeskjold, der bedre beskytter de ekstremt hurtige maskiner. Deres arbejde vil blive offentliggjort i november-udgaven af Kulstof .

"Lige nu, vores flysystemer bliver mere og mere højhastigheds selv gå ind i hypersoniske systemer, som er fem gange lydens hastighed, " sagde professor Richard Liang, direktør for HPMI. "Når du har så høje hastigheder, der er mere varme på en overflade. Derfor, vi har brug for et meget bedre termisk beskyttelsessystem."

Holdet brugte kulstof nanorør, som er forbundne sekskanter af carbonatomer i form af en cylinder, at bygge varmeskjoldene. Ark af disse nanorør er også kendt som "buckypaper, " et materiale med utrolige evner til at lede varme og elektricitet, som har været et fokus for undersøgelse på HPMI. Ved at gennembløde bukkepapiret i en harpiks lavet af en forbindelse kaldet phenol, forskerne var i stand til at skabe en letvægter, fleksibelt materiale, der også er holdbart nok til potentielt at beskytte kroppen af ​​en raket eller jetfly mod den intense varme, den står over for, mens den flyver.

Eksisterende varmeskjolde er ofte meget tykke sammenlignet med den base, de beskytter, sagde Ayou Hao, medlem af forskningsfakultetet ved HPMI.

Dette design lader ingeniører bygge et meget tyndt skjold, som en slags hud, der beskytter flyet og hjælper med at understøtte dets struktur.

Efter at have bygget varmeskjolde af varierende tykkelse, forskerne satte dem på prøve.

En test involverede at anvende en flamme på prøverne for at se, hvordan de forhindrede varme i at nå det kulfiberlag, de skulle beskytte. Efter det, forskerne bøjede prøverne for at se, hvor stærke de forblev.

De fandt, at prøverne med ark af bukkepapir var bedre end kontrolprøver til at sprede varme og forhindre den i at nå basislaget. De forblev også stærke og fleksible sammenlignet med kontrolprøver lavet uden beskyttende lag af nanorør.

Den fleksibilitet er en nyttig kvalitet. Nanorørene er mindre sårbare over for revner ved høje temperaturer sammenlignet med keramik, et typisk varmeskjoldmateriale. De er også lette, hvilket er nyttigt for ingeniører, der ønsker at reducere vægten af ​​noget på et fly, der ikke hjælper den måde, det flyver på.