Но срок службы этих материалов ограничен тем, как они переносят тепло.
Команда исследователей из инженерного колледжа FAMU-FSU из Института высокоэффективных материалов Университета штата Флорида разрабатывает конструкцию теплового экрана, который лучше защищает эти чрезвычайно быстрые машины. Их работа будет опубликована в ноябрьском выпуске Carbon.
«Прямо сейчас наши системы полета становятся все более и более высокоскоростными, и даже переходят в гиперзвуковые системы, которые в пять раз превышают скорость звука», – сказал профессор Ричард Лян, директор HPMI. "Когда у вас такая высокая скорость, на поверхности больше тепла.
Следовательно, нам нужна гораздо лучшая система тепловой защиты."
Команда использовала углеродные нанотрубки, которые представляют собой связанные шестиугольники атомов углерода в форме цилиндра, для создания тепловых экранов. Листы из этих нанотрубок также известны как «толстая бумага», материал с невероятной способностью проводить тепло и электричество, который был предметом исследования в HPMI. Пропитав бумагу смолой, состоящей из соединения, называемого фенолом, исследователи смогли создать легкий, гибкий материал, который также достаточно прочен, чтобы потенциально защитить корпус ракеты или реактивного самолета от сильной жары, с которой он сталкивается во время полета.
По словам Аю Хао, члена исследовательского факультета HPMI, существующие тепловые экраны часто бывают очень толстыми по сравнению с основанием, которое они защищают.
Такая конструкция позволяет инженерам построить очень тонкий щит, похожий на кожух, который защищает самолет и помогает поддерживать его структуру.
Создав тепловые экраны различной толщины, исследователи подвергли их испытанию.
Одно испытание включало применение пламени к образцам, чтобы увидеть, как они предотвращают попадание тепла на слой углеродного волокна, который они должны были защищать.
После этого исследователи согнули образцы, чтобы посмотреть, насколько они оставались прочными.
Они обнаружили, что образцы с листами клейкой бумаги лучше, чем контрольные образцы, рассеивают тепло и удерживают его от достижения основного слоя.
Они также оставались прочными и гибкими по сравнению с контрольными образцами, изготовленными без защитных слоев нанотрубок.
Эта гибкость – полезное качество.
Нанотрубки менее уязвимы к растрескиванию при высоких температурах по сравнению с керамикой, типичным материалом теплозащитного экрана. Они также легкие, что полезно для инженеров, которые хотят уменьшить вес в самолете всего, что не помогает его летать.
Проект получил второе место среди рецензируемых плакатов на Национальном симпозиуме по космосу и ракетным материалам 2019 года и получил третье место на исследовательском симпозиуме Университета Общества развития материалов и технологий 2019 года.
Это признание помогает показать Управлению научных исследований ВВС США, которое частично поддержало эту работу, перспективу дальнейших исследований, сказал Хао.