工程師開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)制作自適應(yīng)材料

這種對(duì)復(fù)合材料行為的按需控制可以為未來(lái)陸軍旋翼機(jī)的設(shè)計(jì)，性能和維護(hù)提供各種新功能。ARL的研究工程師Frank Gardea博士表示，該研究的重點(diǎn)是控制分子如何相互作用。他說(shuō)，目標(biāo)是“讓它們以這樣的方式相互作用，即小尺寸或納米尺度的變化可能導(dǎo)致觀(guān)察到更大尺寸或宏觀(guān)尺度的變化。”ARL車(chē)輛技術(shù)理事會(huì)首席科學(xué)家Bryan Glaz博士說(shuō)：“這項(xiàng)工作的一個(gè)重要?jiǎng)訖C(jī)是希望設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)，從納米尺度開(kāi)始，以實(shí)現(xiàn)過(guò)去提出的先進(jìn)旋翼機(jī)概念，但不可行目前復(fù)合材料的局限性。這些概念所設(shè)想的最重要的功能之一就是由于我們?cè)诟咚亠w行時(shí)所做的妥協(xié)而顯著減少了維護(hù)負(fù)擔(dān)，他說(shuō)。

未來(lái)陸軍航空平臺(tái)的定期維護(hù)減少是未來(lái)運(yùn)營(yíng)概念的重要技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。

“通過(guò)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)的機(jī)械性能和潛在的低重量損失可能導(dǎo)致基于納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這將使我們今天無(wú)法構(gòu)建的旋翼機(jī)概念，”Glaz說(shuō)。

最近在Advanced Materials Interfaces上發(fā)表的這項(xiàng)聯(lián)合工作表明，這些復(fù)合材料在紫外線(xiàn)照射5分鐘后可以變硬93%，強(qiáng)35%。

該技術(shù)包括將紫外光反應(yīng)性分子附著到增強(qiáng)劑如碳納米管上。然后將這些反應(yīng)性增強(qiáng)劑包埋在聚合物中。在紫外線(xiàn)照射下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得增強(qiáng)劑和聚合物之間的相互作用增加，從而使材料更硬和更堅(jiān)固。

研究人員說(shuō)，這里使用的化學(xué)物質(zhì)通常適用于各種增強(qiáng)/聚合物組合，從而將這種控制方法的實(shí)用性擴(kuò)展到各種材料系統(tǒng)。

“這項(xiàng)研究表明，通過(guò)分子工程在復(fù)合材料組件之間的界面，可以控制這些納米復(fù)合材料的整體材料特性。這不僅對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)很重要，而且對(duì)結(jié)構(gòu)組件響應(yīng)的優(yōu)化也很重要，”博士說(shuō)。黃仲杰，馬里蘭大學(xué)博士后研究員。

官員說(shuō)，陸軍研究人員認(rèn)為這種基本方法可以“實(shí)現(xiàn)新的跨越式能力，支持未來(lái)垂直升力軍現(xiàn)代化優(yōu)先權(quán)”。

“在這種情況下，由于現(xiàn)有材料的機(jī)械性能的限制，先進(jìn)結(jié)構(gòu)的發(fā)展使得跨越式的陸軍航空能力目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)，”格拉茲說(shuō)。“這對(duì)于預(yù)想的未來(lái)運(yùn)營(yíng)環(huán)境尤其重要，這將需要延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間，而無(wú)法返回固定基地進(jìn)行維護(hù)。”

由于無(wú)鉸鏈葉片或機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)阻尼的限制，目前不能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于較低機(jī)械載荷和振動(dòng)的一些特別有吸引力的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。

基于這項(xiàng)工作的未來(lái)結(jié)構(gòu)可能有助于產(chǎn)生具有受控結(jié)構(gòu)阻尼和低重量的新復(fù)合材料，這可以實(shí)現(xiàn)目前不可行的低維護(hù)，高速旋翼機(jī)概念(例如，軟面內(nèi)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī))。

此外，可控的機(jī)械響應(yīng)將允許開(kāi)發(fā)可能適應(yīng)機(jī)械負(fù)載條件的自適應(yīng)航空結(jié)構(gòu)。

“陸軍研究實(shí)驗(yàn)室及其合作伙伴將繼續(xù)投資新興和士兵靈感的技術(shù)，這些技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更可靠，更高性能和跨越式發(fā)展的能力，這些能力是推動(dòng)士兵使用的下一代平臺(tái)發(fā)展的關(guān)鍵，” Elias Rigas，ARL車(chē)輛應(yīng)用研究部門(mén)的部門(mén)主管。

ARL與馬里蘭大學(xué)之間的合作對(duì)于該方法的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。

“在我們UMD的實(shí)驗(yàn)室，我們一直在開(kāi)發(fā)獨(dú)特的碳納米材料和化學(xué)，但直到Gardea接近我們，我們才意識(shí)到可重構(gòu)復(fù)合材料的有趣挑戰(zhàn)和機(jī)遇，”Yu Yuang Wang博士說(shuō)。馬里蘭大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)。“我們一起取得了非常了不起的成就。”