فناوری‌های مواد؛
کاربرد الیاف کربن با پوشش نیکل برای حفاظت از هواپیما در برخورد صاعقه
نیاز به کاهش وزن و بهبود بهره‌وری سوخت، در طی دو دهه گذشته، سازندگان هواپیما به طور فزاینده‌ای به استفاده از کامپوزیت پلیمری تقویت شده با فیبر کربن (CFPRP) روی آورده‌اند. ا وجود انکه که CFRP مزیت‌هایی سازه‌ای نسبت به آلومینیوم ارائه می‌دهد، از نظر هادی ضعیف‌تر الکتریسیته بوده و در حین پرواز در معرض صدمه ناشی از رعد و برق قرار می‌گیرد. روش‌هایی برای حل این مشکل به کار گرفته می‌شوند که شایع‌ترین آنها مش فلزی نازک، فویل و سیم‌های جاسازی شده است.
نیاز به کاهش وزن و بهبود بهره‌وری سوخت، در طی دو دهه گذشته، سازندگان هواپیما به طور فزاینده‌ای به استفاده از کامپوزیت پلیمری تقویت شده با فیبر کربن (CFPRP) روی آورده‌اند. بزرگترین هواپیمای مسافربری کنونی - ایرباس A380 - تا حدود 40 درصد از ساختار و اجزای آنها را این مواد تشکیل می‌دهند. با وجود انکه که CFRP مزیت‌هایی سازه‌ای نسبت به آلومینیوم ارائه می‌دهد، از نظر هادی ضعیف‌تر الکتریسیته بوده و در حین پرواز در معرض صدمه ناشی از رعد و برق قرار می‌گیرد. روش‌هایی برای حل این مشکل به کار گرفته می‌شوند که شایع‌ترین آنها مش فلزی نازک، فویل و سیم‌های جاسازی شده است. اما از آنجاییکه چنین سیستم‌هایی در برابر خوردگی آسیب‌پذیرند، تلاش‌هایی برای بهبود رسانایی خود کامپوزیت‌ها، با استفاده از مواد غیر فلزی، یعنی گرافن و باکی پیپر، وجود دارد.
در این میان، گروهی از محققان رویکردی ترکیبی پیشنهاد کرده‌اند که بر پایه یک محصول تجاری موجود و به عنوان یک سپر الکترو-مغناطیسی طراحی شده است. هواپیماهای تجاری به طور متوسط یک بار در سال با رعد و برق هستند اما تاثیر آن تا حد زیادی بستگی به محل اصابت در هواپیما دارد. به همین دلیل، سیستم‌های حفاظت از رعد و برق بر اساس موقعیت بهینه‌سازی می‌شوند. در این مطالعه، محققان تنها ناحیه 2، که بخش اعظم سازه را پوشش می‌دهد، مورد بررسی قرار دادند و مواد انتخابی آنها یک غشاء نمدی فیبر کربن با پوشش نیکل بود که در دو چگالی متفاوت استفاده شد.
برای این منظور، آنها مجموعه‌ای از نمونه‌های CFRP، CFRP با مش نازک مس، CFRP با لایه نازک غشاء نمدی (g / m2 34) و CFRP با لایه ضخیم غشاء نمدی (g / m2 70) تولید کردند. برای مشخص کردن ظرفیت ضربه رعد و برق (LSP) نمونه‌ها، ایشان نمونه‌ها را در معرض دو نوع موج رعد و برق مصنوعی - یک پالس طولانی مدت در یک دامنه جریان نسبتا کم و یک پالس طولانی تر با دامنه بسیار بالاتر قرار می دهد. هر دو نمونه محافظت شده با غشاء نمدی فیبر کربن با پوشش نیکل از مقاومت به تخریب بالاتری در برابر پلاسما، قوس، جرقه و گرمایش ژول نسبت به حالت مش مسی نشان دادند. ایشان حداقل تراکم غشاء برای اینکه میزان جلوگیری از تخریب کامپوزیت به واسطه رعد و برق برابر با حالت مش مسی باشد را محاسبه نمودند و نشان دادند، در چگالی برابر با مش مس، استفاده از این روش نتایج بسیار مناسبتری به دنبال خواهد داشت.
منبع:
Yunli Guo, Yongzheng Xu, Qinglin Wang, Qi Dong, Xiaosu Yi, Yuxi Jia. “Eliminating lightning strike damage to carbon fiber composite structures in Zone 2 of aircraft by Ni-coated carbon fiber nonwoven veils” Composites Science and Technology 169 (2019) 95-102. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.11.011
در این میان، گروهی از محققان رویکردی ترکیبی پیشنهاد کرده‌اند که بر پایه یک محصول تجاری موجود و به عنوان یک سپر الکترو-مغناطیسی طراحی شده است. هواپیماهای تجاری به طور متوسط یک بار در سال با رعد و برق هستند اما تاثیر آن تا حد زیادی بستگی به محل اصابت در هواپیما دارد. به همین دلیل، سیستم‌های حفاظت از رعد و برق بر اساس موقعیت بهینه‌سازی می‌شوند. در این مطالعه، محققان تنها ناحیه 2، که بخش اعظم سازه را پوشش می‌دهد، مورد بررسی قرار دادند و مواد انتخابی آنها یک غشاء نمدی فیبر کربن با پوشش نیکل بود که در دو چگالی متفاوت استفاده شد.
برای این منظور، آنها مجموعه‌ای از نمونه‌های CFRP، CFRP با مش نازک مس، CFRP با لایه نازک غشاء نمدی (g / m2 34) و CFRP با لایه ضخیم غشاء نمدی (g / m2 70) تولید کردند. برای مشخص کردن ظرفیت ضربه رعد و برق (LSP) نمونه‌ها، ایشان نمونه‌ها را در معرض دو نوع موج رعد و برق مصنوعی - یک پالس طولانی مدت در یک دامنه جریان نسبتا کم و یک پالس طولانی تر با دامنه بسیار بالاتر قرار می دهد. هر دو نمونه محافظت شده با غشاء نمدی فیبر کربن با پوشش نیکل از مقاومت به تخریب بالاتری در برابر پلاسما، قوس، جرقه و گرمایش ژول نسبت به حالت مش مسی نشان دادند. ایشان حداقل تراکم غشاء برای اینکه میزان جلوگیری از تخریب کامپوزیت به واسطه رعد و برق برابر با حالت مش مسی باشد را محاسبه نمودند و نشان دادند، در چگالی برابر با مش مس، استفاده از این روش نتایج بسیار مناسبتری به دنبال خواهد داشت.
منبع:
Yunli Guo, Yongzheng Xu, Qinglin Wang, Qi Dong, Xiaosu Yi, Yuxi Jia. “Eliminating lightning strike damage to carbon fiber composite structures in Zone 2 of aircraft by Ni-coated carbon fiber nonwoven veils” Composites Science and Technology 169 (2019) 95-102. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.11.011
ارسال به دوستان