Los ingenieros del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y la Universidad de Maryland han desarrollado una técnica que hace que un material compuesto se vuelva más rígido y más fuerte bajo demanda cuando se expone a la luz ultravioleta.
Este control bajo demanda del comportamiento compuesto podría permitir una variedad de nuevas capacidades para el futuro diseño, desempeño y mantenimiento de helicópteros del Ejército.
El Dr. Frank Gardea de ARL, un ingeniero de investigación, dijo que el objetivo de la investigación era controlar cómo las moléculas interactúan entre sí. Dijo que el objetivo era "hacer que interactúen de tal manera que cambien a un tamaño pequeño, onanoescala, podría conducir a cambios observados en un tamaño mayor, o macroescala ".
El Dr. Bryan Glaz, científico jefe de la Dirección de Tecnología de Vehículos de ARL dijo que "una motivación importante para este trabajo es el deseo de diseñar nuevas estructuras, a partir de la nanoescala, para permitir conceptos avanzados de helicópteros que se han propuesto en el pasado, pero fueronno es factible debido a limitaciones en los compuestos actuales. Una de las capacidades más importantes previstas por estos conceptos es una carga de mantenimiento significativamente reducida debido a los compromisos que hacemos para volar a altas velocidades, dijo.
El mantenimiento programado reducido de las futuras plataformas de aviación del Ejército es un motor tecnológico importante para futuros conceptos operativos.
"Las propiedades mecánicas mejoradas con penalizaciones de peso potencialmente bajo, habilitadas por la nueva técnica, podrían conducir a estructuras basadas en nanocompuestos que permitirían conceptos de helicópteros que no podemos construir hoy", dijo Glaz.
El trabajo conjunto, publicado recientemente en Interfaces de materiales avanzados , muestra que estos materiales compuestos podrían volverse 93% más rígidos y 35% más fuertes después de una exposición de cinco minutos a la luz ultravioleta.
La técnica consiste en unir moléculas reactivas a la luz ultravioleta a agentes de refuerzo como los nanotubos de carbono. Estos agentes de refuerzo reactivos se incrustan en un polímero. Tras la exposición a la luz ultravioleta, se produce una reacción química que aumenta la interacción entre los agentes de refuerzo y el polímero, haciendo así que el material sea más rígido y resistente.
Los investigadores dijeron que la química utilizada aquí es generalmente aplicable a una variedad de combinaciones de refuerzo / polímero, ampliando así la utilidad de este método de control a una amplia gama de sistemas de materiales.
"Esta investigación muestra que es posible controlar la propiedad general del material de estos nanocompuestos a través de la ingeniería molecular en la interfaz entre los componentes compuestos. Esto no solo es importante para la ciencia fundamental sino también para la optimización de la respuesta de los componentes estructurales", dijoDr. Zhongjie Huang, investigador postdoctoral en la Universidad de Maryland.
Los investigadores del Ejército concibieron este enfoque fundamental para el potencial de "habilitar nuevas capacidades de salto adelante en apoyo de la Prioridad de Modernización del Ejército de Elevación Vertical Futura", dijeron las autoridades.
"En este caso, el desarrollo de estructuras avanzadas para permitir capacidades de aviación del Ejército de salto no es factible actualmente debido a limitaciones en las propiedades mecánicas de los materiales actuales", dijo Glaz. "Esto es especialmente importante para el futuro entorno operativo previsto querequieren períodos prolongados de operación sin la oportunidad de regresar a bases estacionarias para mantenimiento ".
Actualmente, algunas opciones de diseño particularmente atractivas que corresponden a cargas mecánicas y vibraciones más bajas no se pueden lograr debido a limitaciones en la amortiguación estructural en las cuchillas o estructuras de ala sin bisagras.
Las estructuras futuras basadas en este trabajo pueden ayudar a conducir a nuevos compuestos con amortiguación estructural controlada y bajo peso que podrían permitir conceptos de helicópteros de alta velocidad y bajo mantenimiento que actualmente no son factibles p. Ej., Rotores inclinados en plano blando.
Además, la respuesta mecánica controlable permitirá el desarrollo de estructuras aeroespaciales adaptativas que podrían acomodar condiciones de carga mecánica.
"El Laboratorio de Investigación del Ejército y sus socios continuarán invirtiendo en tecnologías emergentes e inspiradas en Soldados que permitirán capacidades más confiables, de mayor rendimiento y de salto rápido que son clave para el avance de las plataformas de próxima generación utilizadas por los Soldados,"dijo Elias Rigas, jefe de división de la División de Investigación Aplicada de Vehículos de ARL.
La colaboración entre ARL y la Universidad de Maryland fue crucial en el desarrollo de este método.
"En nuestro laboratorio en UMD hemos estado desarrollando nanomateriales de carbono y química únicos, pero no fue hasta que Gardea se acercó a nosotros cuando nos dimos cuenta del desafío intrigante y la oportunidad de materiales compuestos reconfigurables", dijo el Dr. YuHuang Wang, profesor de laDepartamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Maryland. "Juntos hemos logrado algo que es bastante notable".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Laboratorio de investigación del ejército de EE. UU. . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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