Des chercheurs de l'armée imaginent un concept de giravion, ce qui représente des renforts réactifs qui, lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette, augmenteront le comportement mécanique à la demande. Les ingénieurs ont déclaré que le contrôle du comportement mécanique pourrait potentiellement conduire à une stabilité aérodynamique accrue dans les structures des giravions. Crédit :illustration de l'armée américaine
Les ingénieurs du U.S. Army Research Laboratory et de l'Université du Maryland ont mis au point une technique qui rend un matériau composite plus rigide et plus résistant à la demande lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette.
Ce contrôle à la demande du comportement composite pourrait permettre une variété de nouvelles capacités pour la future conception de giravions de l'armée, Performance et maintenance.
Dr Frank Gardea de l'ARL, un ingénieur de recherche, a déclaré que l'objectif de la recherche était de contrôler la façon dont les molécules interagissent les unes avec les autres. Il a dit que l'objectif était de "les faire interagir de telle manière que les changements à une petite taille, ou à l'échelle nanométrique, pourrait conduire à des changements observés à une plus grande taille, ou à l'échelle macro."
Dr Bryan Glaz, Le scientifique en chef de la Direction de la technologie des véhicules de l'ARL a déclaré qu'« une motivation importante pour ce travail est le désir de concevoir de nouvelles structures, à partir de l'échelle nanométrique, pour permettre des concepts avancés de giravion qui ont été proposés dans le passé, mais étaient irréalisables en raison des limites des composites actuels. L'une des capacités les plus importantes envisagées par ces concepts est une charge de maintenance considérablement réduite en raison des compromis que nous faisons pour voler à grande vitesse, il a dit.
La maintenance programmée réduite des futures plates-formes aéronautiques de l'armée de terre est un moteur technologique important pour les futurs concepts d'exploitation.
« Les propriétés mécaniques améliorées avec des pénalités de poids potentiellement faibles, permis par la nouvelle technique, pourrait conduire à des structures à base de nanocomposites qui permettraient des concepts de giravions que nous ne pouvons pas construire aujourd'hui, " dit Glaz.
Le travail en commun, récemment publié dans Interfaces de matériaux avancées , montre que ces matériaux composites pourraient devenir 93 % plus rigides et 35 % plus résistants après une exposition de cinq minutes à la lumière ultraviolette.
La technique consiste à attacher des molécules réactives à la lumière ultraviolette à des agents de renforcement comme des nanotubes de carbone. Ces agents de renforcement réactifs sont ensuite noyés dans un polymère. Lors de l'exposition à la lumière ultraviolette, une réaction chimique se produit telle que l'interaction entre les agents de renforcement et le polymère augmente, rendant ainsi le matériau plus rigide et plus résistant.
Les chercheurs ont déclaré que la chimie utilisée ici est généralement applicable à une variété de combinaisons de renforcement/polymère, élargissant ainsi l'utilité de cette méthode de contrôle à une large gamme de systèmes de matériaux.
Les chercheurs montrent le processus synthétique qu'ils utilisent pour créer des agents de renforcement photosensibles. Un nanotube de carbone, ou CNT, est traité avec une molécule photo-réactive appelée benzophénone. Après exposition à la lumière ultraviolette, les molécules se lient à la chaîne polymère environnante. Cela crée un lien covalent entre le nanotube et le polymère. Crédit :illustration de l'armée américaine
"Cette recherche montre qu'il est possible de contrôler la propriété globale du matériau de ces nanocomposites grâce à l'ingénierie moléculaire à l'interface entre les composants composites. Ceci est non seulement important pour la science fondamentale mais aussi pour l'optimisation de la réponse des composants structurels, " a déclaré le Dr Zhongjie Huang, chercheur postdoctoral à l'Université du Maryland.
Les chercheurs de l'armée ont conçu cette approche fondamentale pour le potentiel de « permettre de nouvelles capacités de saut en avant à l'appui de la future priorité de modernisation de l'armée de levage vertical, ", ont déclaré des responsables.
"Dans ce cas, le développement de structures avancées pour permettre un bond en avant des capacités de l'aviation de l'armée de terre actuellement non réalisables en raison des limitations des propriétés mécaniques des matériaux actuels, " a déclaré Glaz. " Ceci est particulièrement important pour l'environnement d'exploitation futur envisagé qui nécessitera des périodes d'exploitation prolongées sans la possibilité de retourner sur des bases fixes pour la maintenance. "
Certaines options de conception particulièrement attrayantes qui correspondent à des charges mécaniques et des vibrations plus faibles ne sont actuellement pas réalisables en raison des limitations de l'amortissement structurel dans les structures de pales ou d'ailes sans charnière.
Les futures structures basées sur ces travaux pourraient aider à conduire à de nouveaux composites avec un amortissement structurel contrôlé et un faible poids qui pourraient permettre une maintenance réduite, des concepts de giravions à grande vitesse qui ne sont actuellement pas réalisables (par exemple, des rotors basculants souples dans le plan).
En outre, une réponse mécanique contrôlable permettra le développement de structures aérospatiales adaptatives qui pourraient potentiellement s'adapter aux conditions de chargement mécanique.
« Le Laboratoire de recherche de l'Armée de terre et ses partenaires continueront d'investir dans des technologies émergentes et inspirées des soldats qui permettront des plus performant, et des capacités d'avance qui sont essentielles à l'avancement des plates-formes de nouvelle génération utilisées par les soldats, " dit Elias Rigas, chef de division de la Division de la recherche appliquée sur les véhicules de l'ARL.
La collaboration entre l'ARL et l'Université du Maryland a été cruciale dans le développement de cette méthode.
"Dans notre laboratoire à l'UMD, nous avons développé des nanomatériaux de carbone et une chimie uniques, mais ce n'est que lorsque Gardea nous a approchés que nous avons pris conscience du défi et de l'opportunité intrigants des matériaux composites reconfigurables, " a déclaré le Dr YuHuang Wang, professeur au Département de chimie et de biochimie de l'Université du Maryland. "Together we have achieved something that is quite remarkable."
