Los investigadores del ejército imaginan un concepto de helicóptero, lo que representa refuerzos reactivos que al ser expuestos a la luz ultravioleta incrementarán el comportamiento mecánico bajo demanda. Los ingenieros dijeron que el control del comportamiento mecánico podría conducir a una mayor estabilidad aerodinámica en las estructuras de los helicópteros. Crédito:Ilustración del Ejército de EE. UU.
Los ingenieros del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. Y la Universidad de Maryland han desarrollado una técnica que hace que un material compuesto se vuelva más rígido y resistente a pedido 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 de helicópteros del Ejército, Desempeño y mantenimiento.
Dr. Frank Gardea de ARL, un ingeniero de investigación, dijo que el enfoque de la investigación era controlar cómo las moléculas interactúan entre sí. Dijo que el objetivo era "hacer que interactúen de tal manera que los cambios en un tamaño pequeño, o nanoescala, podría dar lugar a cambios observados en un tamaño mayor, o macroescala ".
Dr. Bryan Glaz, El 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 eran inviables debido a las limitaciones de los composites actuales. Una de las capacidades más importantes contempladas por estos conceptos es una carga de mantenimiento significativamente reducida debido a los compromisos que hacemos para volar a altas velocidades. él dijo.
El mantenimiento programado reducido de las futuras plataformas de aviación del Ejército es un importante impulsor tecnológico para los conceptos operativos futuros.
"Las propiedades mecánicas mejoradas con penalizaciones de peso potencialmente bajas, habilitado por la nueva técnica, podría 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 un 93 por ciento más rígidos y un 35 por ciento 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 reforzantes como los nanotubos de carbono. A continuación, estos agentes de refuerzo reactivos se incrustan en un polímero. Tras la exposición a la luz ultravioleta, se produce una reacción química tal que aumenta la interacción entre los agentes reforzantes y el polímero, haciendo 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 expandiendo así la utilidad de este método de control a una amplia gama de sistemas de materiales.
Los investigadores muestran el proceso sintético que utilizan para crear agentes de refuerzo fotosensibles. Un nanotubo de carbono, o CNT, se trata con una molécula fotorreactiva llamada benzofenona. Después de la exposición a la luz ultravioleta, las moléculas se unen a la cadena de polímero circundante. Esto crea un enlace covalente entre el nanotubo y el polímero. Crédito:Ilustración del Ejército de EE. UU.
"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". "dijo el Dr. Zhongjie Huang, becario de investigación postdoctoral en la Universidad de Maryland.
Los investigadores del Ejército concibieron este enfoque fundamental por el potencial de "permitir nuevas capacidades de salto adelante en apoyo de la Prioridad Futura de Modernización del Ejército de Elevación Vertical, "dijeron los funcionarios.
"En este caso, el desarrollo de estructuras avanzadas para permitir un avance en las capacidades de aviación del Ejército que actualmente no son factibles debido a las limitaciones en las propiedades mecánicas de los materiales actuales, Glaz dijo. "Esto es especialmente importante para el entorno operativo futuro previsto que requerirá períodos prolongados de operación sin la oportunidad de regresar a bases estacionarias para el mantenimiento".
Algunas opciones de diseño particularmente atractivas que corresponden a cargas mecánicas y vibraciones más bajas no se pueden lograr actualmente debido a las limitaciones en la amortiguación estructural en las estructuras de palas o alas 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 un bajo mantenimiento. conceptos de helicópteros de alta velocidad que actualmente no son factibles (por ejemplo, rotores basculantes blandos en el plano).
Además, La respuesta mecánica controlable permitirá el desarrollo de estructuras aeroespaciales adaptables que podrían adaptarse a las condiciones de carga mecánica.
"El Laboratorio de Investigación del Ejército y sus socios continuarán invirtiendo en tecnologías emergentes e inspiradas en los soldados que permitirán mayor rendimiento, y capacidades de salto adelante que son clave para el avance de las plataformas de próxima generación utilizadas por los soldados, "dijo Elías Rigas, jefe de división de ARL Vehicle Applied Research Division.
Collaboration between the ARL and the University of Maryland was crucial in the development of this method.
"In our lab at UMD we have been developing unique carbon nanomaterials and chemistry but it was not until Gardea approached us did we become aware of the intriguing challenge and opportunity for reconfigurable composite materials, " said Dr. YuHuang Wang, professor of the Department of Chemistry and Biochemistry at the University of Maryland. "Together we have achieved something that is quite remarkable."
