Sürekli olarak daha hırslı uzay misyonlarının peşinde - Ay'dan gelen daha ağır para yüklerinden geri döndükten sonra bir giriş veya yeniden giriş sırasındaki ısıtımının nasıl azaltılabileceğine dair bilgi edinmelerini talep ediyor.Bu sınırlama, basit bir ablasyonun ötesine geçen termal koruma sistemleriyle ilgili olarak, geleneksel ısı kalkanları inceler.[Döneticileri, 1+)
Smart Materials Nedir?
Akıllı malzemeler, dışsal bir stile maruz kaldığında, elektrik veya manyetik alanların, pH veya ışıkların aksine, elektriksel olarak dağıtılan sistemlerden farklı olarak, elektriksel bir girişin mekanik, optik, termal veya elektrik çıkışına maruz kaldığı durumlarda, elektriksel veya elektriksel bir şekilde değiştirilmesini sağlar.Bu özellik, malzemenin her iki sensör ve hareketleyici olarak hizmet etmesini sağlar.
Termal koruma bağlamında, en alakalı uyaran stimuli sıcaklık ve mekanik strestir. İlginin cevapları fazda değişiklikler içerir (solid to sıvı, or kristal yapı dönüşümü), form kurtarma (örneğin, bellek alaşımları), elektrik şarjı (piezoelektriksel yüzey özellikleri ile gömülü), veya radiative yüzey özellikleri (örneğin, yapısal yük ve yeniden kullanılabilirlik gereksinimleri olarak sınıflandırılır).
Heat Shield Uygulamaları için Akıllı Malzeme Türleri
Akıllı malzemelerin geniş bir paleti artık uyarlanabilir termal koruma için soruşturma altında. Aşağıda beş en umut verici aileyi inceleyeceğiz, her biri eşsiz yetenekleri ve ticaret-offlar sunuyor.
Memory Alloys (SMAs) ve Şekil Memory Polimerleri (SMPs)
Yüksek sıcaklık koruyucuları arasında yeniden yapılanma işlemine göre, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylerde, yüksek çözünürlükte ısınabilir ve düşük ısıtılabilir yapılarda [-Dönetici] olarak kullanılabilir.
Şekil Memory Polimerleri (SMP) tamamlayıcı bir avantaj sunar: Kullanımı hafif, ikincil yapılara kadar çok daha düşük aktivasyon sıcaklığında elde etmek için programlanabilirler.
Piezoelektrik Malzemeler
Piezo astarı malzemeler mekanik olarak suskunduğunda (yönergeli etki) ve elektriksel bir yüzeysel bariyere maruz kalma konusunda elektriksel bir yük oluşturabilirler. AsurFLT:0))
Faz Değişimi Malzemeler (PCMs)
Faz Değişimi Malzemeleri, ısı kesici (veya altlimasyon) ısıtılması için geç ısıyı kullanır ve bu enerjiyi hemen hemen ısıtılır. Sıcaklıklı bir PCM katmanına entegre edildiğinde, metalik alaşımlar (örneğin, yüksek çözünürlükte ısınır, yüksek çözünürlükte ısınırda veya ısıtılır.
Termokrommik Malzemeler
Mekanik çelik kromatografisi renk değiştirir - ve daha da önemlisi, düşük sıcaklık transferine tepki verir - bu nedenle araç ısıtımının ısı geçişi için ısı geçişi sağlar.Depresif kaplamalar yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ısı geçişi sağlar.
Kendi kendine has bir malzeme
Kendi kendine özgü malzemeler, çatlakları veya delaminasyonları özerk bir şekilde tamir edebilir, bazı orijinal mekanik ve termal özellikleri geri yüklemektedir. İki birincil yaklaşım var: mikrokapılı sistemler (kendi kendine özgü bir şekilde, yeniden üretilebilen termal koruma sistemleri) ve intrinsic sistemler (profesyonel olmayan ısıtılmış yüzeylerde yeniden biçimlendirmek veya kontrol etmek için belirli bir sıcaklık kaplamalar içeren özel bir yüzeysel kaplamalar) ile iyileştirici bir şekilde genişletilebilir.
Adaptif Heat Shield Design Principles
Akıllı malzemeleri bir koherent sistemine entegre etmek geleneksel bir ısı kalkanının mimarisini yeniden düşünmek gerekir. Mono-taraflı bir tabaka yerine, adaptif bir tasarım bir algFLT:0)multikatli yığın) her bir laminanın farklı akıllı işlevleri vardır.
- radiative mülk kontrolü için termokromik kaplama ile dış bir yüzey tabakası, yüzeysel basıncı izlemek için gömülü pastazoelektrik sensörleri ile bir araya geldi.
- Orta bir bölge, dağıtılabilir panellerin veya ısı kalkan yüzeyinin eğriliğini ayarlayabilecek şekilde yerel saldırı ve konvektif ısı transferini değiştirebilir.
- Bir karbon köpük matrixinde faz değişikliği ile dolu iç bölge, düz sıcaklık artışları için termal bir kapasitör olarak hizmet vermektedir.
- Giriş sırasında ısınan bir biçim bellek polimer kompozitlerinden oluşan yapısal bir arkayüz, sonra stowage için uyumlu hale gelir.
Bu mimari, akış-tavre etkileşimi, termal kapasitans ve giriş yörüngesi geliştikçe yapısal sertlik, atmosferin incelendiğinde, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde kullanılabilir.
Avantajları ve Karşılaştırmalı Performans
Geleneksel pasif ısı koruyucuları ile kıyaslanmak (ablatif veya yeniden kullanılabilir seramik karolar), Adaptif akıllı sistemler birkaç ölçülebilir fayda sunar:
- [FONT:0]Masss azaltımı: [Dönetici: [Dönetici:0]Cepler ısı flux ve ayarlı sürüklenme, adaptif kalkanlar incelenebilir ve hafif olabilir. Preliminary çalışmalar, gezegenlerarası giriş araçları için% 20-30 tasarruf sağlar.
- [FONT:0)İncreased reusability: Kendi kendine özgü ve geri dönüşümlü akıllı malzemeler, yeniden çekilme ihtiyacını azaltır.
- [FONT:0)Enhanced performans zarfı:) Modelleme yeteneği, daha geniş bir giriş ve konumlar ve atmosferik boşluklar yelpazesinde çalışma olanağına sahiptir.
- [FONT:0) Gerçek zamanlı sağlık izleme:[Dönetici:[Dönetici: 0) Telemetri ile birlikte yapılan gömülü pastazoelektrik sensörleri, aracın uçuş bilgisayarını erozyon, çatlaklar veya delaminasyon stratejilerine olanak sağlar.
- [0]İyileştirilmiş ücret yükü marjı: [Dön koruma sisteminden ücretsiz olan kitle bilim aletlerine, yaşam desteğine veya pervanantlara, doğrudan görev kapasitesine tahsis edilebilir.
Misyon tasarım ticaretleri, yüksek şehir girişleri (örneğin Mars’tan geri dönüş gibi), PCM ve SMA'nın uyumsuz ısı flux'ı yalnızca 15-20% ile karşılaştırarak, 150 °C'nin altındaki yapısal sıcaklıklara sahip, yeniden uygulanabilir bir uzay aracı (örneğin, bir sonraki nesil kabinler)) ile uyarlanabilir, dayanıklılık için 15-20 arası uçuşları azaltabilir; burada termal-düşüklüğe ihtiyaç duymadan düzinelerce uçuş vaat eder.
Meydanlar ve Devamlı Araştırma
Durability Under Extreme conditions
Herhangi bir akıllı materyal için en ciddi test hipersonik, yüksek entalpik bir atmosfer girişinin yüksek atmosferik ortamında hayatta kalmaktır. Sıcaklıklar 2000 °C'yi sabit bir noktayla, akıllı tabakadan oksijen ve azotdan kimyasal reaksiyonları ile - özellikle de polimerler ve bazı lazoceramics - yüzeysel bir yüzeysel kaplamalar üzerinde hızla yukarı doğru bir şekilde çalışır (örneğin, silikon veya hafnia)
Kontrol ve Yanıt Times
Adaptif sistemler, bir kontrol gecikmesini sağlamak için akıllı materyalin yanıt süresini yeterince hızlı takip etmeye ve sadece küçük yerindenajlar üretebilmelerine yardımcı olabilir; PCM'deki iyi ölçeklendirme modelleri için zaman aralığına bağlı olarak, SMA'nın ısı geçişi saniyeler alabilir, ancak bu parasız zaman ölçeklendirmeleri ile birlikte kontrol edilebilir.
Üretim ve Entegrasyon
Çok katmanlı, işlevsel olarak derecelenebilen bir ısı kalkanı makul bir maliyetle gömülü akıllı malzemelerle elde etmek önemli bir meydan okumadır.Mevcut yöntemler, ekstriğe (örneğin, SMA bileşenleri için lazer tozu yatağı) ve otomatik fiber yerleştirme (ESA) büyük ölçeklilere sahip olmak için bir liderdir ( 4-5 m mürettebatlı görevler için).
Maliyet ve Kompleksi
Akıllı malzemeler geleneksel havacılık alaşımlarından ve seramiklerden daha pahalıdır. Örneğin, ödeme yüklerinin açık bir şekilde iyileştirilmesi veya maliyetle sağlanmalıdır. Üretim hacminin artış ve yeni işleme yöntemleri olgunlaşılması beklendiği gibi, yakın vadede, adaptif bir ısı testi sistemi üst düzey maliyetle sağlanmalıdır.
Future Yol Tarifi
İleriye bakıldığında, akıllı malzemelerin yakınlığı, dijital ikiz modelleme ve katkı maddeleri, yeni bir nesil İLFLT:0) hem yapısal hem de eylemcileri olan, lattice porosity ile bir faz etkisi, algılama ve bir işlem yöntemiyle dolu bir sistem için tamamen “akıllı” profiller tasarlanabilir.
Yapay zeka, sistem kontrolünde önemli bir rol oynayacaktır. Gerçek zamanlı optimizasyon algoritmaları - atmosfersel perturbasyonlar gibi yüksek sadakat simülasyonları üzerinde eğitim verilecektir - aktif termal koruma üzerinde devam eden araştırma)
Son olarak, nihai hedef bu sistemleri en zorlu yerlere genişletmektir: bir Venüs arazisi 460 °C, 90 CO2'nin başına gelir ve sulfurik asit bulutları; bir Titan Pro, kalın azot-methane atmosferinde -180 °C'ye kadar çalışır; bir yıldız öncüsü, organik adaptasyonları ve termal bisikletlere katılmalıdır. Akıllı malzemeler, bir kez tasarlanabilir ve bu tür çeşitli ortamlara uygun olarak tasarlanmış tek yol sunar.
Laboratuvarda akıllı malzeme örneklerinin entegre edilmesi, uçuşa uygun bir ısı kalkanları uzundur, ancak her başarılı bir gösteri - bir form alaşım hafıza, bir yay-jet, beş ısı döngüsüne uyan bir öznitelik testi, bir sonraki iki on yıl içinde, bir uzaylı atmosfere giren bir uzay aracı iyi bir şekilde değil, aynı zamanda pasif, tek amaçlı kaplama testi, tek amaçlı koruma, bir yaşam tarzının lehine, kişiselleştirilmiş bir ısınıcı deriyi tercih eder.