کامپوزیت

خواص وابسته به رزين
​

آزمايشات طراحي
​

بررسی آسیب‌ها در کامپوزیت مورد استفاده در بدنه هواپیما
یکی از چالش‌ها تولید کنندگان هواپیما، بررسی آسیب‌های موجود روی بدنه آن است هرچند روش‌هایی برای این کار وجود دارد اما همه آنها با دشواری‌هایی همراه است. اخیر محققان روشی یافته‌اند که با آن می‌توان این آسیب‌ها را در کمترین زمان ممکن و ساده‌ترین شکل شناسایی کرد.
طی سال‌های اخیر، تولیدکنندگان هواپیما برای ساخت محصولات‌شان به استفاده از مواد کامپوزیتی پیشرفته روی آورده‌اند. در این مواد که از الیاف بسیار قوی مانند شیشه و کربن تشکیل شده، الیاف، درون ماتریکس پلیمری یا پلاستیک قرار دارند.
این مواد بسیار سبک‌تر و مقاوم‌تر از آلومینیوم هستند. اما بررسی آسیب‌های این مواد بسیار دشوار است زیرا از روی سطح این مواد نمی‌توان به مشکلات داخلی آن پی برد.


برایان واردل، استادیار هوافضا، می‌گوید که اگر شما به آلومینیوم ضربه وارد کنید روی آن آثاری از ضربه خوردگی دیده می‌شود اما ضربه به کامپوزیت منجر به‌هیچگونه آسیب سطحی نمی‌شود. واردل و همکارانش با استفاده از یک دوربین حساس به گرما و یک دستگاه ساده دیگر موفق شدند روشی برای شناسایی آسیب‌های درونی بیابند. در این روش لازم است که کامپوزیت مورد آزمایش دارای نانولوله کربنی باشد. این نانولوله گرمای لازم برای انجام تست را فراهم می‌کند.
این روش، که در شماره 22 مارچ نشریه Nanotechnology به چاپ رسیده است، به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا با سرعت بیشتری به بررسی بدنه هواپیماها بپردازند. این پروژه بخشی از یک پروژه بلند مدت صنعت هوافضا است که برای بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پیشرفته در بخش هوافضا تدارک دیده شده است. مواد کامپوزیتی پیشرفته نه تنها در هواپیماها مورد استفاده قرار می‌گیرد بلکه در پره‌های توربین و پل‌ها نیز کاربرد دارد. یکی از روش‌هایی که در حال حاضر برای بررسی چنین سطوحی مورد استفاده قرار می‌گیرد، استفاده از تابش مادون قرمز به سطح است در حالی که سطح گرما داده شده باشد. نقاطی که دارای ترک و یا پوسته است جریان گرما در آن نقطه تغییر کرده و این تغییر با استفاده از دوربین‌های حساس به گرما قابل رصد است.
هرچند این روش بسیار موثر است اما در عین حال دشوار می‌باشد زیرا باید گرمای بسیاری زیادی را روی سطح اعمال کرد. در روشی که این تیم تحقیقاتی ارائه کرده است نانولوله‌های کربنی نقش اساسی را ایفا می‌کنند. در این روش مقداری جریان الکتریسیته به سطح اعمال می‌شود که این کار موجب گرم شدن نانولوله‌ها شده و در نهایت تابش مورد نیاز توسط نانولوله‌ها اتفاق می‌افتد این تابش توسط دوربین‌های ترموگراف یا عینک‌ها مخصوص قابل مشاهده است.​

سفر به فضا با شاتل‌های کامپوزیتی!
تیمی پژوهشی شامل دانشجویانی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر در تلاشند با جایگزینی مواد پیشرفته و فوق سبک، نسل جدیدی از فضاپیماها را براساس ترکیبات کامپوزیتی طراحی کنند.
مهندس کاوه آذری، کارشناس مهندسی مواد و مجری طرح با اشاره به انجام موفق مدل‌سازی هندسی، طراحی و ساخت پایلوت سازه فضاپیمای کامپوزیتی به خبرنگار ایسنا گفت: "کامپوزیت‌ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هر کدام از اجزا بهتر است. ضمن آن که اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند، همه این محاسن موجب شده‌اند به واسطه سرعت زیاد فضاپیماها در هنگام پرواز و ورود به جو و تحمل دمای زیاد در بدنه ، کامپوزیت‌ها به گزینه‌ای الزامی تبدیل شوند. ضمن آن که کاربرد کامپوزیت‌ها در فضاپیما ضمن افزایش مقاومت حرارتی سازه، وزن آن را به حداقل کاهش می‌دهد."
وی خاطرنشان کرد: "بدنه، بال و بالک این فضاپیما از کامپوزیت فول هیبریدی هوشمند و هیبریدی متشکل از پلیمر و ورق فلزی ساخته شده است و اولین آیتم این طرح، جایگزینی مواد پیشرفته و فوق سبک در سازه‌ بدنه و بال است. در این طرح از کامپوزیت‌های مورد استفاده در داخل و نوعی کامپوزیت جدید که ناسا بر روی آن تحقیق می‌کند، استفاده شده است."
آذری با اشاره به استفاده از کامپوزیت ترکیبی پلیمر و فلز در بال فضاپیما گفت: "کامپوزیت‌های پلیمری به تنهایی استحکام لازم را دارند اما از جهت خواص ارتعاشی خواص مناسبی ندارند لذا با هیبرید کردن کامپوزیت‌های پلیمری با ورق فلزی (آلومینیوم ) این مشکل برطرف می‌شود که کامپوزیت هیبریدی حاصل، علاوه بر خواص استحکامی مناسب، خواص ارتعاشی مناسب نیز دارد و در شرایط تحت ارتعاش لرزش تخریبی از خود نشان نمی‌دهد."
وی ادامه داد: "طراحی کامپوزیت جهت استفاده در سازه بدنه نیز باید به گونه‌ای باشد که علاوه بر استحکام فوق‌العاده، انعطاف‌پذیری مناسب و مقاومت در برابر ضربات وارده را نیز داشته باشد که به طور مشخص در کامپوزیت‌ها ، فیبرهای کربن استحکام فوق‌العاده داشته و فیبرهای کولار انعطاف‌پذیری عالی دارند. بنابراین با ترکیب کربن و کولار به خواسته‌های خودمان می‌رسیم."
آذری خاطر نشان کرد: "در حال حاضر در هواپیماها صرفا از آلومینیوم و فولادهای پراستحکام استفاده می‌شود که مقاومت لازم را تامین می‌کنند اما وزن زیادی دارند که می‌توان کامپوزیت‌ها را که 25 تا 30 درصد از آلومینیوم سبک‌تر هستند جایگزین آنها کرد. بدین ترتیب به کارایی استثنایی مورد نظر می‌رسیم چرا که باید نیروی جاذبه و بسیاری از نیروهای «درگ» موجود در فضا را در نظر بگیریم و هر چه سازه سبک‌تر باشد به کارایی بالاتری می رسیم."
طراح فضاپیمای کامپوزیتی با بیان این‌که برای ورود به فضا و خروج از آن نیازمند خواص ترکیبی هستیم، تصریح کرد: "سازه فضاپیما هم باید مقاومت حرارتی بالایی داشته باشد و هم مقاومت خوبی در برابر سرما داشته باشد."
وی با بیان این‌که شاتل‌های موجود تنها از ایستگاه‌های پرتاب به فضا راه پیدا می‌کنند، تصریح کرد: "شماتیک پرواز سازه فضایی طراحی شده راحت‌تر است، به طوری که تا ارتفاع 40 هزار پایی توسط یک وسیله مانند هواپیما یا موشک فرستاده شده و سپس به فضا شلیک می‌شود و برای شلیک شدن هم موتور راکتی وجود دارد که سوخت آن ترکیبی از گاز N2O و پلی یورتان است."

آذری تصریح کرد: "با توجه به این که احتمال تخریب کامپوزیت در حین خروج از جو وجود دارد، در قسمت‌هایی از سازه که دمای خیلی بالایی را تحمل می‌کنند، از رزین‌های دما بالا به عنوان فدا شونده استفاده می‌کنیم تا حرارت به قطعه اصلی اعمال نشود."
وی با بیان این که مزیت دیگر استفاده از رزین‌های دما بالا، سبکی آن هم است، خاطر نشان کرد: "در گذشته برای این نوع سازه‌های هوا فضایی، کاشی‌های TPS به کار می‌بردند که به سازه‌های آلومینیومی می‌چسبیدند، البته وزن بالای آن مشکلاتی ایجاد می‌کرد."​