יישום ננוטכנולוגיה לשיפור מערכת ההנעה

הבנה של ננוטכנולוגיה במערכות ההנעה

ננוטכנולוגיה, מניפולציה של החומר בקנה מידה אטומי מולקולרי (בדרך כלל מתחת 100 ננומטרים), מאפשרת יצירת חומרים עם תכונות שונות באופן קיצוני בהשוואה לעמיתיהם העיקריים.בהנדסת ההנעה, זה מתורגם למרכיבים שהם בו זמנית חזקים יותר, קלים יותר, עמידים יותר חום, ועמידים יותר.העיקרון היסודי נמצא ביחס הגבוה של פני השטח-לכול-יכול ואפקטים קוונטיים שמופיעים במהנדסים מדויקים, המאפשרים בטכניקות כימיות חסרות תקדים, עם דיוק, וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות חסרת תקדים, ומאפשרות, עם , וגמישות חסרת תקדים, וגמישות, וגמישות, עם , וגמישות חסרת תקדים, עם , וגמישות חסרת תקדים, וגמישות חסרת תקדים , וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות, וגמישות, עם .

תכונות של ננו-חומרים קריטיים להנעה

תכונות מפתח המוגברת על ידי ננוורינג כוללות חוזק רב-ile, מוליכות תרמית, והתנגדות קורוזיה.לדוגמה, צינורות פחמן (CNTs) להציג עוצמות של עשרות עד 100 פעמים של פלדה באחת-ששת המשקל. nanocrystalline מתכות וקרמיקה להראות שיפור קשיחות והתנגדות לסדקים.

צינורות פחמן ננו-נונוקום ב- Engine Components

צינורות פחמן משולבים יותר ויותר בפולימר, מתכת, או מטבול קרמיקה כדי ליצור nanocomposites.חומרים אלה משמשים להבים מעריצים, דיסקים דחוסים, ו Nozzle liners. תוספת של רק 1 עד 75% CNTs על ידי משקל יכול להכפיל את הנוקשות של מקטעים מורכבים תוך צמצום צפיפות כללית.

המונחים: Propulsion Component Performance

Turbine Blades and thermal Barrier Coating

(הלהבים של Turbine פועלים בסביבה הקשה ביותר של כל רכיב מנוע - הצטברו לעומסים עתיריים גבוהים, טמפרטורות קיצוניות, וחמצן גזים.Nanostructured ציפויים תרמיים (TBCs) עשויים מ- ytria-stabilized zirconia (YSZ) עם גדלים מתחת 100 nm להפחית את ההתנהגות התרמית על ידי עד 30% לציפויים קונבנציונליים מאפשר שיפור יעיל של דלקים ו-Fertria.

● הסתברות של בית הנבחרים באמצעות ננוקטאליססט

יעילות הבעירה משפיעה ישירות על צריכת דלק ספציפית ופליטות.ננוקטאליססט - חלקיקים של פלטינה, שיתוק, או תחמוצת צוואר הרחם ב nanoscale - ניתן מפוזרים בדלק או מוחל כציפוי משטחים של combustion.הם לקדם יותר מלא שלבעירה בטמפרטורות נמוכות יותר, צמצום soot ופחמימנים לא מבושלים.

המונחים: lightweight Structural Components

הפחתת המשקל הכולל של מנוע משפר יחס של פחמן דו-חמצני ולהפחית את שריפת הדלק.נוקום חומרים, כגון epoxy מתחזק עם צינורות פחמן רב-בסיסיים, משמשים בחיקפיות מאווררים וחוקים עקפים. רכיבים אלה להשיג חיסכון במשקל 20-30% על סגסוגת אלומיניום תוך שמירה על עמידות השפעה.

יישומים מסוגים ספציפיים למניעה

מטוסים Jet Engines

ב טורפים מסחריים ופוחיות צבאיות, ננו-מחדש על גבי טבלאות דחוסות וטורבינות להפחתת החיכוך והשחיקה, הגדלת יעילות האווירודינמית. רולס-רוס-רוסיס (Royce) הפטנטים על ציפויים שניתן לניקוי טיפ חזק יותר, צמצום הפסדי דליפות דלק ספציפיים.

הטילה

מנועי רקטות דורשים חומרים ששורדים ⁇ תרמיים קיצוניים, לחצים גבוהים, ו-corrosive exhaust. Nanostructured refractory alloys (למשל, tungsten- או מבוסס molybdenum) לשמור על כוח בטמפרטורות שבו מתכות קונבנציונליות היה לרכך או מצמרר. Regenerativeed nozzles ליהנות מערוצי נחושת ננוקליים גבוהים יותר, ומאפשרים יותר של צינורות מתכת יעילה יותר כמו דלק קרמיקה:0.

המונחים: Hypersonic Propulsion

כלי רכב היפרוזיים (Mach 5+) עומדים בפני חימום אווירודינמי קיצוני וחמצן.ננוקומבטים כמו פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן עם תוספים ננו-סיליקה יכולים לשרוד טמפרטורות כניסה מחדש מעל 2,000 מעלות צלזיוס. קומברסצ'ט דורש הזרקת דלק במהירויות סופר-רדיוניות; ננו-מבנה מסייע להשיג שילוב מהיר וזרימת.

חדשנות ומחקרים

נאס"א ו-DoD Initiatives

תוכנית פיתוח Game Changing Development של נאס"א כוללת פרויקטים על מערכות הגנה תרמיות בנויות ונכלים מורכבים קלים.משרד ההגנה האמריקאי, באמצעות משרד המחקר הימי, חוקרת את ננו-סנסורים המוטבעים במרכיבים הנטועים כדי לפקח ולזהות סדקים בזמן אמת.מערכות אבחון עצמי אלה יכולות לאפשר תחזוקה חיזוי ושיפור הבטיחות.

פיתוח התעשייה

Pratt & Whitney הוא בדיקות nano-phased ניקל מבוסס על דיסקים טורבינות במנועי טורבינות שלה מטורף מוקרן. ⁇ אלה מציג מבנים דגנים דקים יותר, שיפור ההתנגדות המצמררת והחיים העייפות. ספאראן ו- MTU Aero Engines שיתפו פעולה על פיזור תחמוצת חמצני בנוי התחזק (ODS) עבור טורבינות בלחץ גבוה בינתיים, חברות סטארט-אפ הן מתפתחות עבור שיטות CNT נרחבות ל-אפ ל-אפ ל-אפ ל-אפ ל-אפ ל-אפ ל-אפ.

אתגרים ושיקולים

ייצור Scalability

הפחתת ננו-חומרים ב כרכים תעשייתיים עם איכות עקבית נשאר תהליך אצווה נוכחי עבור CNTs מניב chirality משתנה וחלוקות אורך, המשפיע על תכונות מורכבות.שיטות סינתזה רציפות, כגון זרז כימי זרז זרז הדבקה, הם מעודן כדי להשיג שיעורי ייצור של כמה טונות בשנה, אבל עלויות בקנה מידה עדיין גבוהות.

עלויות הכפלות

רכיבים ננו-חומריים יכולים להיות יקרים יותר באופן משמעותי מאשר עמיתים קונבנציונליים.לדוגמה, להב המעריצים ננו-פובי עשוי לעלות 10-15 פעמים יותר כדי לייצר תחילה, עם זאת, ניתוחי עלות מחזור החיים מראים כי חיסכון מצריכת דלק נמוכה יותר, תחזוקה מופחתת, וחיי שירות ארוכים יותר יכולים להדוף את הפרימיה מעל 10-20 שנים של מחזורי זמן הם משקיעים במידה רבה כדי להפחית את העלויות באמצעות תהליך אוטומציה ואופטימיזציה.

בריאות וסיכון סביבתי

ננו-חלקיקים מהונדסים עלולים להוות סיכון לשאיפתם אם ישוחררו במהלך הייצור, המנצ'ינג או סוף-חיים של מחזור חיים.מחקרים הראו כי ננו-רשתות פחמן מסוימות עלולות לגרום לדלקת ריאות במודלים של בעלי חיים, בדומה לסיבים אסבסט.פרוטוקולים של בטיחות ריגראורית – טיפול נרחב, סינון וציוד הגנה אישי – עיבוד חובה במתקנים לאומיים נוספים; HDD) ופעולות אבטחה רלוונטיות ל-HMADVal ReLTOS (DVal ReLTOS) ו-D.

אפשרויות לעתיד

העשור הבא צפוי לראות שילוב של nanomaterials רב פונקציונלי - שילוב של חישה, ניהול תרמי, חיזוק מבני לתוך רכיב יחיד. meta-חומרים עם תכונות nano-פוטניות מתוכננות יכול לאפשר שליטה תרמית פעילה.התקדמות בייצור תוספים (3D) במדדים nano-scale יאפשר ייצור של קירור גיאוגרפי מורכב כי הם בלתי אפשרי להטיל באופן קונבנציונלי מודלים חישוביים, יהיה מסוגל לחזות תנאים מציאותיים תחת ניהול יעיל יותר.

ננוטכנולוגיה אינה פתרון של עמידה, אלא כלי משלים, שכאשר בשילוב עם התקדמות בתרמודינמיקה של ההנעה והחומרים המדעיים, ינהג הדור הבא של המנועים.הדרך ממעבדה למנוע תפעולי דורשת השקעה מתמשכת בטכנולוגיה, מחקר בטיחות וסטנדרטי התעשייה.עם זאת, המשכורות הפוטנציאליות - 20-30% הפחתה בדלק, הכפלה של מרכיבים, ומאפשרות של מערכות היפר-טכנולוגיה חיוניות.