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工程师开发技术来制作自适应材料

2019-07-05 11:03:48 来源:

这种对复合材料行为的按需控制可以为未来陆军旋翼机的设计,性能和维护提供各种新功能。ARL的研究工程师Frank Gardea博士表示,该研究的重点是控制分子如何相互作用。他说,目标是“让它们以这样的方式相互作用,即小尺寸或纳米尺度的变化可能导致观察到更大尺寸或宏观尺度的变化。”ARL车辆技术理事会首席科学家Bryan Glaz博士说:“这项工作的一个重要动机是希望设计新结构,从纳米尺度开始,以实现过去提出的先进旋翼机概念,但不可行目前复合材料的局限性。这些概念所设想的最重要的功能之一就是由于我们在高速飞行时所做的妥协而显着减少了维护负担,他说。

未来陆军航空平台的定期维护减少是未来运营概念的重要技术驱动力。

“通过新技术实现的增强的机械性能和潜在的低重量损失可能导致基于纳米复合材料的结构,这将使我们今天无法构建的旋翼机概念,”Glaz说。

最近在Advanced Materials Interfaces上发表的这项联合工作表明,这些复合材料在紫外线照射5分钟后可以变硬93%,强35%。

该技术包括将紫外光反应性分子附着到增强剂如碳纳米管上。然后将这些反应性增强剂包埋在聚合物中。在紫外线照射下,发生化学反应,使得增强剂和聚合物之间的相互作用增加,从而使材料更硬和更坚固。

研究人员说,这里使用的化学物质通常适用于各种增强/聚合物组合,从而将这种控制方法的实用性扩展到各种材料系统。

“这项研究表明,通过分子工程在复合材料组件之间的界面,可以控制这些纳米复合材料的整体材料特性。这不仅对基础科学很重要,而且对结构组件响应的优化也很重要,”博士说。黄仲杰,马里兰大学博士后研究员。

官员说,陆军研究人员认为这种基本方法可以“实现新的跨越式能力,支持未来垂直升力军现代化优先权”。

“在这种情况下,由于现有材料的机械性能的限制,先进结构的发展使得跨越式的陆军航空能力目前无法实现,”格拉兹说。“这对于预想的未来运营环境尤其重要,这将需要延长运营时间,而无法返回固定基地进行维护。”

由于无铰链叶片或机翼结构中的结构阻尼的限制,目前不能实现对应于较低机械载荷和振动的一些特别有吸引力的设计选项。

基于这项工作的未来结构可能有助于产生具有受控结构阻尼和低重量的新复合材料,这可以实现目前不可行的低维护,高速旋翼机概念(例如,软面内倾转旋翼机)。

此外,可控的机械响应将允许开发可能适应机械负载条件的自适应航空结构。

“陆军研究实验室及其合作伙伴将继续投资新兴和士兵灵感的技术,这些技术将实现更可靠,更高性能和跨越式发展的能力,这些能力是推动士兵使用的下一代平台发展的关键,” Elias Rigas,ARL车辆应用研究部门的部门主管。

ARL与马里兰大学之间的合作对于该方法的开发至关重要。

“在我们UMD的实验室,我们一直在开发独特的碳纳米材料和化学,但直到Gardea接近我们,我们才意识到可重构复合材料的有趣挑战和机遇,”Yu Yuang Wang博士说。马里兰大学化学与生物化学。“我们一起取得了非常了不起的成就。”

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