工程師開發(fā)技術(shù)來制作自適應(yīng)材料

這種對復(fù)合材料行為的按需控制可以為未來陸軍旋翼機的設(shè)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(dǎo)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(xué)家Bryan Glaz博士說：“這項工作的一個重要動機是希望設(shè)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(fù)合材料的局限性。這些概念所設(shè)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(dān)，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(dǎo)致基于納米復(fù)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(fù)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(yīng)性分子附著到增強劑如碳納米管上。然后將這些反應(yīng)性增強劑包埋在聚合物中。在紫外線照射下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(xué)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(fù)合材料組件之間的界面，可以控制這些納米復(fù)合材料的整體材料特性。這不僅對基礎(chǔ)科學(xué)很重要，而且對結(jié)構(gòu)組件響應(yīng)的優(yōu)化也很重要，”博士說。黃仲杰，馬里蘭大學(xué)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(yù)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(yīng)于較低機械載荷和振動的一些特別有吸引力的設(shè)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(fù)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(yīng)將允許開發(fā)可能適應(yīng)機械負載條件的自適應(yīng)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(yīng)用研究部門的部門主管。

ARL與馬里蘭大學(xué)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(xué)，但直到Gardea接近我們，我們才意識到可重構(gòu)復(fù)合材料的有趣挑戰(zhàn)和機遇，”Yu Yuang Wang博士說。馬里蘭大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)。“我們一起取得了非常了不起的成就。”