R&D magazine
2018_269_7

Z združitvijo dveh novih tehnologij, so raziskovalci ustvarili nov pametni material, ki bi lahko v prihodnosti zmanjšal ceno letenja.

Znanstveniki iz Teksaške univerze A&M so razvili nov razred pametnih materialov, imenovanih HTSMA, katerega jedro so spominski materiali in visoko entropične zlitine. Novi materiali bodo letalom omogočali učinkovitejše izgorevanje goriva ter tišji prelet naseljenih območij.

»Najbolj me navdušuje, da smo odkrili popolnoma novo področje z velikim potencialom za nadaljnje raziskave ter široko paleto aplikacij v najrazličnejših industrijah.« je dejal dr. Ibrahim Karaman, vodja oddelka za raziskave in inženiring materialov.

Spominske zlitine so materiali, ki so sposobni prehajati med dvema oblikama, sam prehod med njima pa prožijo specifični pogoji, na primer zelo visoke temperature. Poprej so cenovno sprejemljivi spominski materiali prehajali med oblikama le pri temperaturah do 400°C.

Dodajanje dragih plemenitih kovin, kot sta zlato in platina, sicer zvišuje prožilno temperaturo, vendar zviša tudi ceno teh materialov prek vseh ekonomsko smiselnih meja.

Raziskovalci so se poskušali spopasti s temi omejitvami pri nadzoru razdalje med turbinsko lopatico in zgorevalno komoro. Turbinski motor namreč najbolj učinkovito izkorišča gorivo, ko je razdalja med lopaticami in komoro minimalna, seveda pa je treba zagotoviti neko dodatno varnostno razdaljo za primer izrednih režimov obratovanja.

Uporaba spominskih materialov za izdelavo komore bi omogočila minimalno razdaljo med lopatico in komoro v vseh obratovalnih režimih.

Taka aplikacija s pomočjo spominskih materialov bi tudi zmanjšala hrup letalskega motorja, saj bi se v fazi pristajanja izpušna šoba preoblikovala. V letu bi bila šoba v osnovnem položaju in zviševala učinkovitost motorja, ob pristajanju pa bi sprememba temperature povzročila preoblikovanje šobe, kar bi stišalo motor.

Cilj ekipe raziskovalcev je bil dvig delovne temperature nad 700°C, vendar brez uporabe prej omenjenih dragih elementov. Uporabili so visoko entropične zlitine v katerih so v približno enaki meri prisotni nikelj, titan, hafnij, cirkonij in paladij.

»Ko smo uporabili enakomerno porazdelitev teh elementov, smo ugotovili, da lahko njihove zlitine delujejo na veliko višjih temperaturah od 500°C. Ena je delovala celo na 700°C in vse to brez zlata ali platine.« je povedal Karaman. »To je bilo pravo odkritje in presenečenje za vse nas, saj je dosedanja literatura predvidevala prav nasprotno.«

Čeprav so raziskovalci dokazali delovanje spominskega materiala na visokih temperaturah, je sam mehanizem delovanja še vedno neznanka.

V prihodnosti bodo z uporabo računalniških simulacij poskušali ugotoviti, kaj natanko se dogaja na atomskem nivoju teh materialov . Delali bodo tudi na nadaljnjem izboljšanju lastnosti spominskih materialov.

Povzeto po: https://www.rdmag.com/article/2018/09/new-smart-material-could-improve-jet-engines-reduce-noise

www.rdmag.com