Havacılık endüstrisi, günümüzde mevcut olan sert gerçeklerden daha güçlü bir şekilde ortaya çıkıyor - atom ve moleküllerin büyüklüğünden, bu talepleri karşılamak için kıyı şeridinin deniz manzarasına ve derin uzayın sürekli radyasyonuna yol açıyor - aynı anda daha güçlü olan malzemeler, daha dayanıklı ve daha dayanıklı olan her şeyin daha güvenli, daha güvenli, daha güvenli, daha güvenli ve daha güvenli bir şekilde, bu talepleri karşılamak için bir yol sunuyor.

Nanomalzemeler ve Onların Benzersiz Özellikleri

Nanomalzemeler sadece küçük miktardaki büyük malzemeler değildir. Nanoscale'te, kuantum etkiler hakimdir ve yüzeysel-to-volume oranı muazzam hale gelir. Örneğin, kırmızı veya mavi görünür, çünkü pembe aktivite gökleri.For havacılık uygulamaları için, temel mülkiyet değişiklikleri şunları içerir:

  • [FONTS:0)Mechanical Strength: [Dönetici: [Dönetici: 0,3] Karbon nanotüpleri (CNTs), bir altı altıda çeliklerin, tek bir atomik karbon tabakası, atomun neredeyse mükemmel kristal düzenlemesinden ortaya çıkıyor.
  • [FONT:0)Işık ağırlık:[Dönetici bina blokları, daha az kütleli yüksek performans elde edebilir, nanokompozisyonlar geleneksel havacılık alaşımlarından daha hafif olabilir, doğrudan yakıt tüketimini azaltır ve yük kapasitesini artırabilir.
  • DÖRT:0) Yüksek Yüzey Reaktivite:[Döneticileri) Büyük yüzey nanomalzeme alanı, katalizörler, sensörler ve fonksiyonel kaplamalar olarak onları olağanüstü etkili kılar.Bir nanoceramik kaplama sadece birkaç mikron kalın, milimetrenin pahalıya ihtiyacı olan korozyon direnci sağlayabilir.
  • [FONT:0]Tunable Termal ve Elektrik Özellikleri: [Döneticileri ayarlayarak, şekil ve düzenleme, mühendisler mükemmel iletkenler veya insulators ihtiyaç duyan nanomalzemeler tasarlayabilirler.Bu, aktif olarak ısı akışını veya dissipate elektrik şarjını aktif olarak yönetebilen cihazlara olanak sağlar.

Uzay için en yaygın olarak nanomalzemeler karbon tümotropes (CNTs, grafikene, fullerenes), metal oksit nanopartiküller (uzc oksit, UV koruyucusu için titanyum dioksit), nanoclay kompozitler ve çeşitli nano ölçekli seramikler ve polimerler.

Nanomalzemeler Çevre Kıymalarına Eleştireldir

Havacılıkta çevresel direnç, mikron ölçekli fiberlere dayanan bir malzemenin - plastik kaplama ve fonksiyonel performansı korumak için geçerlidir; UV altında polimerler, geniş termal çevrimler, yüksek enerjili radyasyon, nem ve mekanik yorgunluklar. Geleneksel malzemeler - mikron ölçekli fiberler, kompozitler - endüstriyel yüzeyler, organik maddelere dayanan bir bariyer oluşturabilir, ancak organik bir kaplamanın altında kalınmasını sağlar.

Havacılık Çevresinde Anahtar Uygulamaları

Uzaydaki nanomalzemelerin pratik uygulamaları birkaç kritik alana gruplanabilir. Her biri uçak, helikopterler, fırlatma araçları, uydular ve uzay aracı tarafından karşı karşıya kalan özel çevresel tehditlere doğrudan bir yanıt sunar.

Nanoküreler aracılığıyla Direniş

Korozyon, havacılık ve uzay ışığında en kalıcı ve pahalı problemlerden biridir. Salt, nem ve kirleticiler metal yüzeylere saldırırlar, mikro-kahkadar, yorgunluk ve olaysal bileşen başarısızlığına yol açar. Geleneksel anti-kregonal boron nitritler ve yüksek boyalar, bu da uzun süreli bir motor kaplamalarını ayarlayarak, yüksek çözünürlükte bir şekilde kaplamalar sağlar.Fort-kırıklamalar, nano-küresel kaplamalar dahil etmek için etkili bir şekilde çalışır.

Ek olarak, atom tabakasının ayrıştırılması gibi nanoküpleme süreçleri, sadece korozyona karşı korumayı değil, aynı zamanda termal bariyer performansına da ek olarak birkaç nanometreye sahip olmayan filmler de uygulanabilir.

Extreme Sıcaklık Aralığı için ısı yönetimi

Uzaylı araçlar en sağlam malzemeleri bile meydan okumaya zorlanırlar.Reentry, bir uzay aracı ısıtımı 1.500 °C'yi aşarak, iç elektronikler 20°C'ye yakın kalmalıdır. -50°C'ye kadar yüksek çözünürlükte havali havalimanları, ısıtıcıları değiştirmeden güvenilir bir şekilde işletmeleri gerekir, çünkü termal iletkenliği güvenilir bir şekilde optimize edilir.

Hipersonik araçlarda, yüzey ısıtması yoğun, nano ölçekli rerakter seramikler (örneğin hafnium zirkonium diboride) ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTCs) oluşturmak için matrisler dahil edilir. Bu malzemeler lider kenarlar ve kondüktörler için araştırılır, en aşırı termal yüklere sahip olan alanlar.

Yapısal Kuvvet ve Şerhi Direniş

Mekanik yorgunluk - bir malzemenin döngü yüklemesi altında kademeli zayıflaması - uçağın yapılarındaki birincil bir başarısızlık modu. Bir fuselasyonun tekrarlanan baskısı veya bir kanatın sürekli titreşimi, zaman içinde titreyen nanomalzemeler, nanotüpler, nanotüplüler için yeniden birleştirilerek, nanotüplüler için tekrarlanan metalikler, örneğin, geleneksel fiber optikler için 10 kat daha yüksek bir yaşam boyu süren yüksek ısıtılabilir.

Önemli bir ortaya çıkan uygulama, yapısal sağlık izleme için kendi nanomalzemelerin kullanımıdır. Bir kompozitte gömülü CNTs, materyalin stresli veya hasar gördüğü zaman elektrik direncini değiştirebilir.Bu, sürekli olarak, gerçek zamanlı yapısal bütünlüğün izlenmesine izin verir, kritik bir bakım sağlar. Bu akıllı yapılar sadece dayanıklılık artırmakta değil, aynı zamanda denetim maliyetlerini artırabilir.

Uzay Uygulamaları için Radyasyon Shielding

Dünya'nın koruyucu manyetik alanı ve atmosferinin ötesinde, uzaysal ışınları, güneş parçacık olayları ve karbonatları içeren nanokompresyonlar, hasar elektronikleri ve şarj edici partikülleri kullanarak, yüksek hidrojen tabakalarını ve nanomalzemeler içeren nanokompresyonları da içeren yüksek hidrojen içeriklerini daha önce de ölçmüşlerdir.

Buz Koruma ve Anti-Icing Systems

Kanatlar, motor inseks ve sensörler çok fazla nanoküplülükten ilham alıyor ve kontrolden önce su damlacıklarına yol açıyorlar.Bu tür nanoyapılan silik veya polimer nanokompozisyonlarla kaplı yüzeyler, nanofobik yüzeylere kıyasla% 90 oranında daha verimli buzullar ısıtabiliyorlar.

Mevcut Araştırma ve Gelişmiş Kalkınmalar

Laboratuvar keşifinden uçuşa değer ürüne geçiş, ölçeklenebilir üretim, dayanıklılık ve entegrasyon gerektirir. Birkaç kesimli gelişme geleceği şekillendiriyor.

Graphene ve Karbon Nanotüp Kompozitler

Graphene, bir atomik-tamam-fay tabakası, olağanüstü özellikleri için her türlüsiydi. Ancak, kompozit bir matrixte tutarlı kalite ve dağıtım sağlamak, kimyasal buharlılık (CVD) büyüme ve sıvı-fayda aşırı kaliteli grafiklere dönüşen yüksek kaliteli grafiklere dönüştü.

Metal matris nanokompozisyonlar da ilerliyor. Küçük bir hacim kesir (0.5-2.0%) seramik nanopartiküller (SiC, Al2O3) alüminyum alaşımlar, yüksek çözünürlük kaybı olmadan iki katına çıkarabiliyor. Bu, inceleyici, hafif bileşenler için tek bir miktar dağıtmaya olanak sağlar.

Nano-Mühendis Kaplamalar: Anti-Parlamentaldan Kendi Kendine - Kendine

Akıllı kaplamalar büyük bir sınır temsil eder. İyileştirici ajanlar içeren Microcapsules bir nanokürede gömülü olabilir; bir çatlaklar, boşluk ve salıverilen malzemeyi dolduran kapsüller, boşlukları dolduran ancak aktif olarak onarıma maruz kalmazlar, bakım aralıklarında salıverilen ve güvenliği artırmak için başka bir yaklaşım kullanır.

Atom tabakası (ALD), kristal iç yapıları kaplamak için paha biçilmez bir kanıtlıyor, seramik matrix kompozitlerde veya ısı değiştiricilerinin iç kanalları gibi. ALD, hassas nano ölçekli bir ışık tabakalarını, titanyum nitride veya önemli ağırlık eklemeden korunmak için diğer malzemelerden tasarruf edebilir.

Nanoyapılı Termal Koruma Sistemleri

Bir sonraki hipersonik araçlar, DARPA'nın Hipersonik Hava-breathing Weapon Concept (HAWC) ve NASA'nın X-43 serisi, oksijen-rich hipersonik akışın devam ettirilmesi gibi, araştırmacıların silikon nanopartikülleri ile donatması, yüksek sıcaklık altında koruyucu bir oksit tabakası oluşturması gerekir.

Future Yol ve Challenges

Nanomalzemelerin vaadi son derecedir, ancak havacılık endüstrisinde bunu gerçekleştirmek - en güvenlik ve maliyetle bilinçli sektörlerden biri - önemli engellerin üstesinden gelmek.

İmalat Scalability ve Maliyet

Yeterli miktarda yüksek kaliteli nanomalzemeler üretmek ve uygun maliyetli maliyet birincil bariyer olarak kalır. CNTs veya mekanik exfoliation for grafiklerene, sadece küçük toplu üretim süreçleri (örneğin LG, Nanocyl ve Cabot gibi) birçok sentez yöntemi, ancak tekdüzel CNTs ve yüksek kaliteli grafikler için ark deşarjları, nanomalzemeler dahil olmak üzere, mevcut üretim süreçleri (örneğin, nanomalzemeler veya metal dökümü) genellikle yeni ekipman ve kaliteli kontrol protokolleri gerektirir.

Çevre Güvenliği ve Zehirlenme

Nanomalzemeler ağırlık azaltımı ve verimliliği yoluyla çevresel faydaları getirirken, kendi yaşam döngüsü etkileri henüz tam olarak anlaşılmıyor. Bazı nanoparçacıklar - özellikle de en iyi fiberlere benzer olan eğimler ile CNTs - toksikolojik kaygılar ortaya çıktı, eğer üretim sırasında, işçiler hava yoluyla nanoparçacıklar serbest bırakmak zorunda kalabilirler.

Düzenleme ve Sertifika Hurdles

Havacılık endüstrisi katı sertifikasyon standartları tarafından yönetilir (örneğin, FAA Bölüm 25, EASA CS-25, NASA standartları). Yeni bir malzeme, uzun vadeli bir şekilde, genellikle, nanomalzemelerin ve dağıtımlarının uzun vadede güvenilir performans göstermesi gerekir.Örneğin, FAA, nanokomünasyonlar için testlerin nasıl hızlandırıldığını, testlerin standartlaştırılması için nasıl hızlandığını gösterir.

Mevcut sistemlerle entegrasyon

Yeni bir malzeme tanıtılması sadece bir başka için bir takas meselesi değildir; çevreleme sistemleri – nanomalzeme yöntemleri, onarım prosedürleri, tahrip edici denetim teknikleri – aynı zamanda entegre edilebilir. Nanocompositler, nanomalzemeler içeren yeni onarım malzemeleri veya yeni onarım malzemeleri gerektirebilir.For mirası uçaklar için, nanomalzemeler ile entegrasyon işlemleri için optimize edilebilir.Eğitim bakım personeli ve teknik manuelleri güncelleyebilir.

Sonuç: Path Forwarding the Path Forward

Nanomalzemeler sadece bir artış değildir; bir uzay aracına çevresel dayanıklılık için nasıl tasarladığımızı temel bir yeniden düşünmektir. Atom ölçeğinde mühendislik açısından, korozyona karşı mücadele eden kaplamalar oluşturabilir ve kendine ait hasarlar ile karşı karşıya kalır, bu da uygulanabilirliği ölçemez ve bu zorlukların üstesinden gelmek için daha uzun bir yatırım programına devam edecektir.

Daha fazla okuma için, NASA'nın nanoteknoloji uygulamaları hakkında raporlarını ([Dönt:0)NASA Nanoteknoloji) olarak, havacılıkta grafene'nin bakışını (Döneticileri) görerektilmiş ve son zamanlarda karbon nanotüp kompozitler tarafından vurgulanan ilerlemeler.