محققان در حال ساخت یک آلیاژ انعطافپذیر برای ساخت هواپیماهای تغییر شکلپذیر هستند، که میتوانند در زمان پرواز شکل خود را تغییر دهند.
به گزارش تکناک، محققان مؤسسه ملی علوم مواد (NIMS) در ژاپن در حال ساخت آلیاژ بسیار انعطافپذیر از فلزات تیتانیوم و نیکل هستند، که میتواند جزء حیاتی مورد نیاز برای ساخت هواپیماهای تغییر شکلپذیر یا ماهیچههای مصنوعی فوقالعاده قوی باشد.
این آلیاژ از استحکام فولاد برخوردار است، اما در صورت تغییر شرایط محیطی میتواند مانند لاستیک کشیده شود.
این فناوری با هدف افزایش کارایی و مانورپذیری هواپیماها طراحی شده و از موادی تشکیل شده است که تحت تأثیر دما و فشار، تغییر حالت میدهند.
چنین هواپیماهایی میتوانند به طور بهینه با شرایط مختلف پروازی سازگار شوند و مصرف سوخت و هزینههای تعمیر و نگهداری را کاهش دهند.
هواپیماهای تغییر شکلپذیر هنوز مفهومی غیرواقعی هستند که در داستانهای علمی-تخیلی یافت میشوند، اما دانشمندان همواره تلاش کردهاند تا مادهای را بسازند که به اندازه کافی انعطافپذیر باشد که به اثر تغییر شکل دست یابد و به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر سختیهای پرواز مقاومت کند.
هنگام ترکیب قدرت و انعطافپذیری، همیشه یکی به قیمت دیگری به دست میآید.
در حالی که یک هواپیمای انعطافپذیر و تغییر شکلپذیر میتواند مزایایی را برای بهرهوری انرژی بالاتر و حمل و نقل سریعتر به ارمغان بیاورد، نمیتوان با به خطر انداختن ایمنی مسافران با استفاده از موادی که استحکام مناسبی ندارند، به این منافع دست یافت.
فهرست مطالب
آلیاژ تیتانیوم نیکل
تحقیقات قبلی در این زمینه مشخص کرده است که آلیاژ ساخته شده از تیتانیوم و نیکل دارای خواص ویژهای مانند کشش که تا حدودی بسیار بالاتر از سایر آلیاژهای فلزی است.
این آلیاژ در حالی که شکل جدید خود را حفظ میکند، در هنگامی که دمای آن افزایش مییابد، میتواند به شکل اولیه خود بازگردد.
اگرچه این ویژگی آلیاژ را به یک کاندید عالی برای ساخت هواپیمای تغییر شکلپذیر تبدیل میکند، مانعی که محققان در استفاده از آن مواجه بودند، محدودیتهایی بود که آلیاژ نشان داد.
این ماده، هر چند قوی و انعطافپذیر است، این ویژگیها را فقط در دماهای خاص نشان میدهد و همین موضوع کاربردهای آن را به شدت محدود میکند.
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی شیائوبینگ رن، روشی سه مرحلهای ابداع کردند تا آلیاژ این ویژگیها را در طیف وسیعی از دماها نشان دهد.
روش سه مرحلهای برای هواپیماهای تغییر شکلپذیر
محققان ابتدا آلیاژ را تغییر شکل دادند و آن را بیش از 50 درصد کشیدند تا طویل شود، سپس آن را تا 300 درجه سانتیگراد حرارت دادند و یک بار دیگر آن را طویل کردند.
در مرحله نهایی، محققان آلیاژ را تنها 12 درصد افزایش دادند، اما در پایان فرایند، این ماده قادر به تحمل فشاری حدود 18000 برابر بیشتر از فشار معمولی اتمسفر شد و عملکرد استحکام آن با فولاد مقایسه گردید و در عین حال 20 بار انعطافپذیرتر از آلیاژ معمولی بود.
مهمتر از همه، آلیاژ تیتانیوم نیکل اکنون این رفتار را در محدوده دمایی منفی 80 تا 80 درجه سانتیگراد نشان میدهد.
این آلیاژ با ویژگیهای گفته شده بیشتر شبیه شیشه عمل میکند تا فلز باشد.
با وجود این، در مقایسه با شیشه معمولی، آلیاژ دارای مناطقی است که دانههای تغییر شکلپذیر دارد.
به عبارت ساده، آلیاژ دارای مناطقی است که مولکولها به گونهای چیده شدهاند تا به جای شکستن، از تغییر شکل ماده پشتیبانی کنند.
عدم وجود چنین دانههای تغییر شکلپذیر در شیشه باعث شکننده شدن آن میشود، در حالی که وجود آنها باعث انعطافپذیری بالایی این ماده میگردد.
از آنجایی که روش توسعه این نوع آلیاژ ساده است، میتوان آن را به راحتی در آزمایشگاههای دیگر تکرار کرد. همچنین برای پذیرش صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب است.
با این تحقیقات، بالأخره میتوان کار ساخت هواپیماهای تغییر شکلپذیر را آغاز کرد.
مطالعات تحقیقاتی در مجله Nature منتشر شده است.
