ارائه ترکیبی برای شناسایی سریع مشکلات بدنه هواپیما

با ترکیب مواد کامپوزیتی و نوعی حسگر نانویی، محققان ساختاری ارائه کردند که به صورت دائمی می‌تواند وضعیت بدنه هواپیما را بررسی کرده و کوچکترین نقص ساختاری را به سرعت گزارش کند.

کد خبر: ۷۶۵۳۹۹

تاریخ: ۱۸ آذر ۱۴۰۳ - ۰۹:۵۳

به گزارش ایران اکونومیست، محققان اسکولتک ترکیبی از مواد کامپوزیت پلیمری با حسگر دوبعدی را ایجاد کرده‌اند که برای تشخیص مشکلات بدنه هواپیما ایده‌آل است. این ترکیب با موفقیت برای آزمایش یکپارچگی ساختاری استفاده شده است. این فناوری جدید می‌تواند برای ساخت سازه‌های بزرگ مختلف مانند بال هواپیما، پره‌های توربین بادی و دهانه پل که در حال حاضر از کامپوزیت‌های پلیمری ساخته می‌شوند، استفاده شود.

لایه‌ای از نانولوله‌های کربنی که این تیم بین لایه‌های تقویت‌شده با الیاف کامپوزیت قرار داده‌اند، به‌قدری نازک است که افزودن حسگر دوبعدی بر ضخامت یا طراحی کلی پوسته هواپیما یا قسمت‌های دیگر تأثیری نمی‌گذارد.

عیوب قطعات هواپیما را می‌توان بر اساس تغییرات رسانایی الکتریکی این لایه تشخیص داد و حتی می‌توان در حین پرواز آن را اندازه‌گیری کرد. این روش که توموگرافی امپدانس الکتریکی نامیده می‌شود، جایگزینی کارآمدتر و کم‌هزینه‌تر برای حسگرهای فیبر نوری است.

تشخیص زودهنگام عیوب در یک قطعه کامپوزیت پلیمری، مانند بال هواپیما یا کف قایق بادبانی، توسط حسگرهای این ترکیب تضمین می‌شود. تغییر در سیگنال حسگر نشان دهنده ترک خوردگی یا لایه لایه شدن است که رایج‌ترین خرابی‌ها در کامپوزیت‌های پلیمری است.

حسگرهای فیبر نوری دارای چندین اشکال هستند. اولا، تجهیزات پردازش سیگنال در آنها گران است. دوم، این حسگرهای یک‌بعدی فقط می‌توانند نقص‌ها را در طول مسیر فیبر تشخیص دهند. سوم، حسگرهای فیبر نوری معمولا بر استحکام سازه تاثیر منفی دارند.

این کامپوزیت پلیمری شامل چندین لایه از الیاف کربن یا شیشه است که به رزین اپوکسی آغشته شده و با هم پخته شده است. قطر آنها ۵ تا ۱۰ میکرون است، در مقایسه با ۵۰ تا ۱۵۰ میکرون برای فیبرهای نوری، بسیار نازک هستند.  سرگئی آبایموف، محقق اصلی این پروژه می‌گوید: یکپارچه‌سازی این حسگر بدون به خطر انداختن استحکام مواد و ایجاد غلظت کرنش، کاری دلهره‌آور است. اما در مقیاس نانو این کار ساده‌تر است. یک نانولوله با ضخامت چند ده نانومتر از یک نخ معمولی بسیار نازک‌تر است، پس به خوبی می‌تواند در بدنه هواپیما وارد شود، بدون این که وزن و استحکام را تغییر دهد.

به نقل از ستاد نانو، در مطالعه قبلی، محققان نمونه‌ای از یک کامپوزیت اصلاح‌شده را ساختند و استحکام آن را آزمایش کردند و دریافتند که نانولوله‌ها نه تنها خواص مواد را کاهش ندادند، بلکه در واقع آنها را بهبود بخشیدند.

در مطالعه جدید خود، محققان این کامپوزیت و حسگر را آزمایش کردند و دریافتند که تغییر در سیگنال الکتریکی در لایه‌ای از نانولوله‌ها می‌تواند به یافتن نقص در کامپوزیت کمک کند. چنین حسگر دوبعدی پوشش بسیار گسترده‌تری نسبت به فیبر نوری یک‌بعدی دارد.