Американские ученые разработали методику, позволяющую без использования сложных и дорогостоящих аэродинамических труб тестировать материалы для гиперзвуковых летательных аппаратов. Они применяют усовершенствованную рентгеновскую установку, мощность которой возросла в сотни раз. С ее помощью можно исследовать структуру веществ при температурах, возникающих на скоростях, значительно превышающих скорость звука.
Инженеры из США готовятся проверить на прочность материалы для будущих гиперзвуковых летательных аппаратов с помощью исключительно мощных рентгеновских лучей, которые вырабатывает модернизированная установка APS в Аргоннской национальной лаборатории — она считается самым ярким рентгеновским источником на Земле. Благодаря такой мощности возможно исследовать структуру веществ почти на атомном уровне и отслеживать изменения, происходящие внутри материалов при нагреве до экстремальных температур.
Команда из Университета аэронавтики Эмбри-Риддла разрабатывает устройство, способное имитировать нагрузки, возникающие при полете на скоростях около 7 Махов. В таких условиях поверхность корпуса испытывает резкие перепады температуры, сильное трение и колоссальное давление. Традиционные аэродинамические трубы требуют чрезмерного потребления энергии, тогда как новый подход позволяет «разогревать» образцы более экономно и наблюдать за их поведением буквально по кадрам.
Модернизированная APS увеличила поток рентгеновского излучения примерно в 500 раз. Исследователи теперь могут фокусировать луч в точку меньшего диаметра, чем человеческий волос. При нагреве материала внутри него происходят изменения в кристаллической решетке, возникают микротрещины, а фаза вещества может переходить в другое состояние. Все эти процессы фиксируются высокоскоростными детекторами, которые улавливают даже самые незначительные изменения структуры. Инженеры способны заранее выявлять слабые места и подбирать составы, устойчивые к перегрузкам.
Особый интерес представляют композиционные материалы на основе углеродных волокон и керамики. Они легкие, но при неправильной обработке могут быстро разрушаться из-за тепловых скачков. Ученые планируют тестировать их в различных режимах нагрева, чтобы определить, какие сочетания волокон, смол и защитных покрытий наиболее подходят для длительных гиперзвуковых полетов. Параллельно разрабатываются новые тепловые барьеры и уплотнители, которые должны защищать корпус от разрушения при входе в плотные слои атмосферы.
Если проект будет успешным, технологии могут быть полезны не только для военных нужд. Такие материалы могут находить применение в высокоскоростных пассажирских самолетах, беспилотных летательных аппаратах и даже в системах доставки грузов, где время будет определяться минутами. Главная задача заключается в нахождении доступных решений, которые можно производить в массовом порядке без сложных процессов и редких компонентов.
Работы финансируются
Фото: hi-tech.mail.ru