Los bordes de ataque de las alas de los aviones deben cumplir un conjunto de características muy exigentes. Una nueva investigación muestra que una combinación de espuma metálica compuesta de acero (CMF) y resina epoxi tiene características más deseables para su uso como material de vanguardia que el aluminio actualmente de uso generalizado.

"Llamamos a nuestro material híbrido 'CMF infundido, '", dice Afsaneh Rabiei, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. "Y aunque el CMF infundido pesa aproximadamente el mismo peso que el aluminio, es más resistente y tiene otras características que lo hacen más atractivo para una actuación de vuelo, punto de vista de la seguridad y la eficiencia del combustible ".

CMF es una espuma que consta de huecos, esferas metálicas, hechas de materiales como acero inoxidable o titanio, incrustadas en una matriz metálica hecha de acero, aluminio o aleaciones metálicas. Para este estudio, los investigadores utilizaron CMF acero-acero, lo que significa que tanto las esferas como la matriz estaban hechas de acero. Trabajos anteriores han encontrado que la espuma de metal es notablemente resistente:puede soportar rondas de calibre .50, resistir altas temperaturas, y bloquear la presión de las ráfagas incendiarias de alto explosivo.

El CMF infundido se fabrica sumergiendo el CMF de acero-acero en una resina epoxi hidrófoba y usando fuerzas de vacío para empujar la resina hacia las esferas huecas y hacia los poros mucho más pequeños que se encuentran en la propia matriz de acero. Esto da como resultado que aproximadamente el 88 por ciento de los poros del CMF se llenen con resina epoxi.

Luego, los investigadores probaron tanto el CMF infundido como el aluminio de grado aeroespacial para ver cómo funcionaban en tres áreas:ángulo de contacto, que determina la rapidez con que el agua sale de un material; adhesión de insectos, o qué tan bien se pegaron las partes de los insectos al material; y desgaste de partículas, o qué tan bien el material resiste la erosión. Todos estos factores afectan el rendimiento del borde de ataque del ala de un avión.

El ángulo de contacto es una medida de qué tan bien gotea el agua sobre una superficie. Cuanto menor sea el ángulo de contacto de un material, cuanto más se adhiere el agua a la superficie. Esto es relevante para las alas de los aviones porque la acumulación de agua en un ala puede afectar el rendimiento de la aeronave. Los investigadores encontraron que el CMF infundido tenía un ángulo de contacto 130% más alto que el del aluminio, una mejora significativa.

La adhesión de los insectos se mide de dos maneras:por la altura máxima de los residuos de insectos que se acumulan en un material, y por la cantidad de área cubierta por residuos de insectos en la superficie de un material. De nuevo, el CMF infundido superó al aluminio, en un 60% con respecto a la altura máxima, y en un 30% respecto a la superficie cubierta.

Los investigadores también realizaron experimentos con chorro de arena para simular la erosión causada por el desgaste que se produce con el tiempo cuando las alas de los aviones están en uso. Los investigadores encontraron que, mientras que el chorro de arena aumentó la rugosidad de la superficie para CMF infundido, todavía le fue mejor que el aluminio. Por ejemplo, en su peor momento, El CMF infundido todavía tenía un ángulo de contacto 50 por ciento más alto que el del aluminio.

En otras palabras, el CMF infundido conservó sus propiedades a través de la erosión y el desgaste, lo que indica que daría a los componentes de ala de vanguardia una vida útil más larga y reduciría los costos asociados con el mantenimiento y el reemplazo.

"El aluminio es actualmente el material de elección para fabricar el borde de ataque de las alas de los aviones de ala fija y de ala giratoria, ", Dice Rabiei." Nuestros resultados sugieren que el CMF infundido puede ser un reemplazo valioso, ofreciendo un mejor rendimiento con el mismo peso.

"De la misma manera, Los resultados sugieren que podríamos usar diferentes materiales para la matriz o las esferas para crear una combinación que funcione tan bien como el aluminio convencional a una fracción del peso. De cualquier manera, está mejorando el rendimiento y la eficiencia del combustible ".