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自我响应的复合材料,以降低航空航天生产成本,提高可持续性

欧盟Horizo​​ n 2020 Mastro项目开发智能散装材料,具有碳纳米管集成,用于自我固化,自固化,自感和自感特性。
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在AMRC复合中心制造的复合前缘翼的一部分

研究工程师Matthew Collinson与AMRC复合中心制造的复合前缘翼的一部分。照片学分:谢菲尔德大学AMRC。

根据谢菲尔德大学先进制造研究中心(AMRC, Catcliffe, U.K.), its composites researchers are currently at the heart of the European-wide MASTRO project to develop self-responsive aerospace composites that is said will significantly reduce greenhouse gas emissions and production costs in the aviation sector as it works toward a net zero goal by 2050.

对于这个项目,该大学是与16个工业合作伙伴合作,该伙伴是为智能运输部门开发智能散货材料的任务地平线2020.,欧盟研究和创新计划。

“Mastro中有三个部分:汽车,基础设施和航空航天。AMRC领导着Procraer的项目的航空部分。我们正在开发三种主要技术:自我治愈,自我防冰和自感,“AMRC综合中心研究工程师Matthew Collinson说。

AMRC团队正在通过碳纳米管(CNT)的整合来开发材料 - 在米的十亿分中测量 - 这可以变成智能产品,现在可以展示他们所做的进步。

“对于我们一半的第一年,我们一直在努力开发这些材料,因此下一阶段正在开发智能示威者,”马太地区加剧。“现在,我们已经达到了一个观点,我们可以建立一个复合前缘翼的一部分,以展示我们开发的自我治疗,自我防冰和自我传感材料。”

此外,根据AMRC,所有三种技术中心的发展在复合结构的导电性质上,这与行业移动到更多电气化的飞机是至关重要的,有一天的最终目的是完全电动的。

“首先,自固化是这些复合材料的新制造技术。目前,它们是在高压釜中制造的,但它们可以慢且昂贵。通过复合纤维运行电流以用作固化部件的加热元件可以更便宜,更快,并使用更少的能量。它还补充了我们对抗锦绣的工作,“马太说。

使用高压釜来加热复合结构的另一个缺点,Dr Betime Nuhiji,AMRC综合中心的技术领导,是工程师受其尺寸的限制。“高压釜生产高质量的零件,但它需要很多能量,很多时间,你只能创造一个像高压灭菌一样大的部分,”Nuhiji说。“波音787在世界上最大的高压釜中制造,但它是昂贵的,而不是可持续的,而不实际,以建立这些巨大的高压釜。该团队开发了一种加热系统,其中电源直接连接到复合结构,电流通过它,使其加热,就像加热元件一样。“

Nuhiji继续描述利用电流与热复合结构的好处,注意到虽然有很多,“主要是能量输出和低电平设备成本低。还有密切控制加热,因为当你关闭烤箱时它仍然很热,所以你仍然有效地加热了这一部分;当你关闭电气系统时,没有更多的力量正在进行它。“

Matthew表示,类似的技术正在用于调查自我防冰:“目前,飞机通过从发动机中绘制热空气来熔化冰,但这可以远离发动机,效率较低。因此,我们一直在开发一种电气防冰系统,该系统不需要分开的分离的加热元件。

“连接到这两种技术都是自感的,监测部分的电阻以检测损坏。当您勉强可见的冲击损坏(BVID)时,电阻变化,以便监控该损坏并检测损坏的位置。BVID是航空航天行业非常感兴趣的东西,因为通过目前正在进行的视觉检查是非常困难的,它们在复合结构上进行。“

Matthew补充说,为了使这些智能功能能够代表树脂所需的一些发展。“在复合材料中,纤维是导电的,但树脂是电绝缘的,”他说。“开发这些散装材料的项目的一部分是通过将碳纳米管混合到树脂中使组件更具导电,因此整个部分是导电的,而不仅仅是纤维。”

根据马修的说法,这样做应该增强Mastro项目的每个方面。据报道,自我固化和防冰将更好地表现更好,因为热量更均匀地分布,这又能够增加损坏检测响应,因为整个复合材料 - 不仅是纤维 - 是导电的。

然而,Betime说,现在的挑战正在创建策划的小组,以复制这些材料如何在飞机翼的前沿的现实环境中使用。

“在项目的开始,我们在较小的面板上进行了大量的试验,以优化如何有效检测损坏和治愈,”他说。“现在我们需要高档;我们想要展示的最终示威者是前沿,这是两米长。“

根据Matthew的说法,Covid-19 Pandemic在夏天的简要速度下,Matro项目的工作不得不简单地放缓,但AMRC团队一直在进行的工作的身体示范即将来临。

“我们开始于2020年代开始的最新工作包,这是制作两个示威者 - 这具有略微不同的性能 - 然后完成设计和起始制造。我们被推迟但我们现在制造了我们的第一个自我固化,自我防冰和自感部分,并可以很快开始测试。“

Mastro项目的总体目标是开发智能散装材料,包括自响应性能,以提高消费者安全,部件寿命和性能,同时降低维护和制造成本,以及温室气体排放。

该项目由欧洲联盟的地平线2020研究计划提供资金,该计划于标题为Mastro的项目下提供了760940年。

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