工程師開發(fā)技術(shù)來制作自適應材料

這種對復合材料行為的按需控制可以為未來陸軍旋翼機的設計，性能和維護提供各種新功能。ARL的研究工程師Frank Gardea博士表示，該研究的重點是控制分子如何相互作用。他說，目標是“讓它們以這樣的方式相互作用，即小尺寸或納米尺度的變化可能導致觀察到更大尺寸或宏觀尺度的變化。”ARL車輛技術(shù)理事會首席科學家Bryan Glaz博士說：“這項工作的一個重要動機是希望設計新結(jié)構(gòu)，從納米尺度開始，以實現(xiàn)過去提出的先進旋翼機概念，但不可行目前復合材料的局限性。這些概念所設想的最重要的功能之一就是由于我們在高速飛行時所做的妥協(xié)而顯著減少了維護負擔，他說。

未來陸軍航空平臺的定期維護減少是未來運營概念的重要技術(shù)驅(qū)動力。

“通過新技術(shù)實現(xiàn)的增強的機械性能和潛在的低重量損失可能導致基于納米復合材料的結(jié)構(gòu)，這將使我們今天無法構(gòu)建的旋翼機概念，”Glaz說。

最近在Advanced Materials Interfaces上發(fā)表的這項聯(lián)合工作表明，這些復合材料在紫外線照射5分鐘后可以變硬93%，強35%。

該技術(shù)包括將紫外光反應性分子附著到增強劑如碳納米管上。然后將這些反應性增強劑包埋在聚合物中。在紫外線照射下，發(fā)生化學反應，使得增強劑和聚合物之間的相互作用增加，從而使材料更硬和更堅固。

研究人員說，這里使用的化學物質(zhì)通常適用于各種增強/聚合物組合，從而將這種控制方法的實用性擴展到各種材料系統(tǒng)。

“這項研究表明，通過分子工程在復合材料組件之間的界面，可以控制這些納米復合材料的整體材料特性。這不僅對基礎科學很重要，而且對結(jié)構(gòu)組件響應的優(yōu)化也很重要，”博士說。黃仲杰，馬里蘭大學博士后研究員。

官員說，陸軍研究人員認為這種基本方法可以“實現(xiàn)新的跨越式能力，支持未來垂直升力軍現(xiàn)代化優(yōu)先權(quán)”。

“在這種情況下，由于現(xiàn)有材料的機械性能的限制，先進結(jié)構(gòu)的發(fā)展使得跨越式的陸軍航空能力目前無法實現(xiàn)，”格拉茲說。“這對于預想的未來運營環(huán)境尤其重要，這將需要延長運營時間，而無法返回固定基地進行維護。”

由于無鉸鏈葉片或機翼結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)阻尼的限制，目前不能實現(xiàn)對應于較低機械載荷和振動的一些特別有吸引力的設計選項。

基于這項工作的未來結(jié)構(gòu)可能有助于產(chǎn)生具有受控結(jié)構(gòu)阻尼和低重量的新復合材料，這可以實現(xiàn)目前不可行的低維護，高速旋翼機概念(例如，軟面內(nèi)傾轉(zhuǎn)旋翼機)。

此外，可控的機械響應將允許開發(fā)可能適應機械負載條件的自適應航空結(jié)構(gòu)。

“陸軍研究實驗室及其合作伙伴將繼續(xù)投資新興和士兵靈感的技術(shù)，這些技術(shù)將實現(xiàn)更可靠，更高性能和跨越式發(fā)展的能力，這些能力是推動士兵使用的下一代平臺發(fā)展的關(guān)鍵，” Elias Rigas，ARL車輛應用研究部門的部門主管。

ARL與馬里蘭大學之間的合作對于該方法的開發(fā)至關(guān)重要。

“在我們UMD的實驗室，我們一直在開發(fā)獨特的碳納米材料和化學，但直到Gardea接近我們，我們才意識到可重構(gòu)復合材料的有趣挑戰(zhàn)和機遇，”Yu Yuang Wang博士說。馬里蘭大學化學與生物化學。“我們一起取得了非常了不起的成就。”