امکان انجام سفرهایی هوایی تا ۵ برابر سرعت صوت!
گروهی از دانشمندان بریتانیایی و چینی یک ماده سرامیکی جدید را ایجاد کرده اند که می تواند روزی سفرهای هوایی را با سرعت ۵ برابر سرعت صوت امکانپذیر کند. این پوشش سرامیکی می تواند دمای بالای پرواز با سرعت بیش از پنج برابر سرعت صوت را بدون هیچ مشکلی تحمل کند و مانع آسیب رسیدن به بدنه هواپیما شود.
مهندسی صرفا موضوعی است که با یک ایده خوب شروع شود، سپس با انجام تحقیقات و ترکیباتی که در مواد ایجاد می شود به نتیجه برسد، هرچند که در بسیاری موارد، جستجوی طولانی می شود و به نتیجه دلخواهی نمی رسد. به عنوان مثال، در یک گوشی هوشمند با تمام پیچیدگی هایی که دارد نگاه کنید، حالا تصور کنید بدون اینکه از پلاستیک برای ساختن آن استفاده کنید، بتوانید آنرا بسازید! اگر بتوانید اقدام به چنین کاری کنید نتیجه حاصل گوشی تلفنی می شود که اندازه آن به اندازه یک چمدان می شود که دیگرذ کارایی لازم را نخواهد داشت!
همین شرایط در مهندسی هوافضا نیز صادق است. ایده ی پرواز هیورسون (بالاتر از سرعت صوت) مدت طولانی است که مطرح شده است، اما ساخت هواپیما یا موشکی که بتواند سرعت بیشتر از ۵ ماخ (۳،۸۰۰ مایل در ساعت یا ۶،۱۲۵ کیلومتر بر ساعت) را تحمل کند – فکر می کنم دو ساعته بتوان از نیویورک به لندن رفت – نیاز به موادی دارد که هنوز در مرحله تجربی هستند. این به این دلیل است که تأثیر هوا در چنین سرعت هایی باعث افزایش دما تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد می شود که در چنین شرایطی هواپیما و یا موشک ذوب می شوند!
حتی اگر بتوان موادی را تولید کرد که از آن در لبه های بال، نوک هواپیما و تیغه های توربین استفاده کرد که مانع از ذوب شدن بشوند، باز هم مشکل برطرف نشده است زیرا به دلیل گرمای بالا عمل اکسیداسیون به شدت افزایش یافته و باعث می شود که لایه های سطحی فلز بخار شده استحکام آن بشدت کاهش می یابد.
در این شرایط تیمی از دانشگاه منچستر و دانشگاه مرکزی جنوب چین در حال کار بر روی یک کلاس جدید از نوعی سرامیک خاص هستند که می تواند حرارت های بسیار بالا (UHTCs) را به خوبی تحمل کند بدون اینکه دچار مشکل اکسیداسیون و تخریب شود! ضمن اینکه انعطاف پذیری و عمر طولانی تر هم دارد.
سرامیک جدید توسط موسسه پودر متالورژی در دانشگاه مرکزی جنوب چین ساخته شده و در منچستر ارزیابی شده است. این محصول با استفاده از روش Reactive Melt Infiltration (RMI) تولید می شود که شامل نفوذ عناصر از جمله زیرکونیوم، بور و تیتانیوم به یک ماتریکس ساخته شده از کامپوزیت انواع مختلف کربن ایجاد می شود. به طور معمول وقتی سرامیک تحت درجه حرارت بالا برای محافظ از عناصر استفاده می شود، بعد از افت دما سرامیک باقی مانده بسیار آسیب پذیر می شود که به راحتی تخریب می شود، اما وقتی که سرامیک را با روش RMI تهیه کنند بسیار سخت و مقاوم در برابر هرگونه تغییر درمایی و تخریب سطحی در دمای هویزه می شود.
این تحقیق در Nature Communications منتشر شده است.
منبع: دانشگاه منچستر