حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
استفاده از نانومواد در مهندسی هوافضا

استفاده از نانومواد در مهندسی هوافضا

تاریخ : ۱۳۹۹/۰۲/۲۸ تعداد بازدید :‌ ۵۳۶
صنعت هوافضا همواره برای نوآوری در مواد سازه، تحت فشار بوده است. این مواد باید علاوه بر کاهش تعمیرات و بازرسی‌ها، منجر به بهبود بهره‌وری سوخت هواپیما شده و در عین حال ارزان باشند.

هواپیماها در هنگام خدمت‌رسانی، به بازرسی‌های مکرر نیاز دارند تا بررسی شود در نتیجه تحمل نیروهای مختلف در طول پرواز در آن‌ها ترک یا شکاف‌ ایجاد نشده است. بازرسی برای ایمنی خدمه و مسافران ضروری است و این اطمینان را می‌دهد که قبل از این که ترک‌ها بیشتر شده و منجر به شکست ساختاری و حوادث مرگبار شوند، تشخیص داده می‌شوند.

 

استفاده از نانومواد در صنعت هواپیمایی

از آنجا که گرایش مصرف‌کنندگان نشان‌دهنده توجه به سفرهای کم‌هزینه است، صنعت هواپیمایی ناگزیر است فرآیندهای مقرون‌به‌صرفه‌تری را اجرا کند. علاوه بر این، با افزایش آگاهی جهانی از اثرات مخرب کربن (carbon footprint) و با کاهش تدریجی سوخت‌های فسیلی، تمام صنایع بر روی کاهش مصرف انرژی‌های غیر تجدیدپذیر متمرکز شده‌اند.

صنعت هواپیمایی به عنوان مصرف‌کننده عمده سوخت‌های فسیلی از طریق سوزاندن سوخت جت، در حال توسعه طرح‌هایی است که بهره‌وری سوخت را افزایش می‌دهد و همچنین با هزینه کم‌تر، مواد ایمن‌تر و مستحکم‌تری را تولید می‌کند.

هوافضا راهکار خود را در استفاده از نانوذرات یافته ‌است؛ ذرات فوق‌العاده کوچک (بزرگ‌تر از اتم‌ها اما کوچک‌تر از مواد بالک همتای خود) که به دلیل اندازه‌شان ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. در سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری در این زمینه مشاهده شده است، چرا که دانشمندان کاربردهای نانوذرات را توسعه داده‌اند.

در حالی که دانشمندان فقط به بخش بسیار کوچکی از پتانسیل نانوذرات دست یافته‌اند، اما به اندازه کافی نسبت به ظرفیت این ذرات برای ایجاد تغییرات قابل‌توجه در صنایع متعدد از جمله بخش هوافضا آگاهی دارند.

 

فناوری نانو

فناوری نانو از طریق دو روش اصلی در مهندسی هوا فضا به کار گرفته می‌شود. در اولین روش، از فناوری نانو برای بهبود آلومینیوم استفاده می‌شود. در حال حاضر بدنه هواپیماها از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می‌شود، اما تحقیقات با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی نشان داده است این ماده به دلیل تمایل به تغییر رنگ، ایجاد مرز دانه‌ (grain boundaries) و حفره‌های بادامی (voids)، کاندیدی برای بهسازی و بهتر شدن است. این نقص‌ها، همه از عواملی هستند که می‌توانند مواد را تضعیف کنند، از این رو باعث ایجاد ترک‌ و در نتیجه شکستگی می‌شوند.

دانشمندان کشف کرده‌اند که استفاده از نانوذرات کبالت می‌تواند استحکام بدنه هواپیما را بهبود بخشد. مطالعات مقدماتی نشان داده است که بدنه هواپیما با نانوذرات کبالت می‌تواند ۱۰۰ برابر مستحکم‌‌تر از بدنه‌های هواپیماهای در حال تولید موجود باشد. این بدان معنی است که برای ساخت بدنه هواپیما با همان استحکام به مواد کمتری نیاز است، که منجر به هواپیمایی سبک‌تر و در نتیجه کاهش مصرف سوخت جت می‌شود. این امر هر دو هدف این صنعت که بهبود بهره‌وری سوخت و تولید مواد امن‌تر، مستحکم‌‌تر و ارزان‌تر است را محقق می‌سازد.

دومین روشی که فناوری نانو از طریق آن به مهندسی هوا فضا کمک می‌کند، کشف مواد کامپوزیت است. هواپیماها به دلیل خاصیت سبک بودن و مستحکم بودن از مواد کامپوزیت با فرکانس بیشتر استفاده می‌کنند. مواد کامپوزیت از الیاف، مثل کربن بافته‌شده با پلیمر ساخته می‌شوند که به آن‌ها استحکام و استقامت خاصی می‌بخشد. با این حال، برهم‌کنش این مواد با عواملی مانند اشعه فرابنفش خورشید، ضربه، رطوبت، ورقه ورقه شدن و صاعقه به طور کامل درک نشده است.

 

بهبود مواد کامپوزیت

تحقیقات فعلی در زمینه بهبود مواد کامپوزیت، بر ایجاد انعطاف‌پذیری بیشتر و محفاظت از مواد کامپوزیت در برابر عوامل مرتبط با سفرهای هوایی، متمرکز است. تاکنون، مشخص شده ‌است که افزودن نانوذرات به ماتریس پلیمر می‌تواند منجر به ماده‌ای شود که در برابر آسیب مستحکم‌تر و مقاوم‌تر است.

در حال حاضر حاضر این ماده برای استفاده در هواپیماهای تجاری آماده نیست؛ زیرا نیاز به آزمایش بسیار بیشتری برای درک چگونگی توزیع خوب این نانوذرات در سراسر ماتریس پلیمر وجود دارد، که اثبات آن هم کار بزرگی است. این فرآیند می‌تواند بسیار زمان‌بر باشد، اما زمانی که روشی قابل‌اعتماد برای آن به دست آید، تاثیرش در بخش هوافضا قابل‌توجه خواهد بود. مواد کامپوزیت سبک‌تر و مستحکم‌تر می‌توانند هواپیماهای مقاوم‌تر و ایمن‌تری، با بهره‌وری سوخت بهتر ایجاد نمایند.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)
Captcha