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复合金属泡沫完胜铝合金,可作新型机翼材料

2019年10月26日7:51 环球解密

    飞行器行进时气流首先接触的机翼前缘(leading edge),对材料的疏水性、昆虫附着性和防腐蚀性都有很高的要求。

    北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)最近发明了一种复合金属泡沫材料,据称各方面性能比目前广泛采用的铝合金材料更卓越。

    研究者之一北卡罗来纳州立大学的机械和航空航天工程教授拉比(Afsaneh Rabiei)说:“我们把这种混合材料称作‘浸润CMF’,它和铝材重量相当,但是更坚硬,其它特性也更有利于飞机性能、安全和燃油效能。”

    CMF由空心金属球嵌在金属支架上构成,金属球的材料可以是不銹钢或钛,金属支架也可以是钢、铝或合金制成。这份研究中,研究人员使用的金属球和支架都是钢材制成。之前的研究显示,这种材料很坚固,可以承受.50口径子弹和高温。

    之所以称作“浸润CMF”,因为制作过程中,将这种材料浸在不透水的环氧树脂(epoxy resin)中,用真空吸力把树脂吸入金属球内部,以及金属支架之间的细小缝隙中,也就是说,CMF材料中88%的空隙都被环氧树脂填充。

    之后研究人员测试这种材料在接触角(Contact angle)、昆虫附着性和防腐蚀性能方面的表现。

    接触角指的是液体接触固体表面而形成的夹角,是材料表面疏水性的重要指标。接触角越小,意味着越多的水分黏连在材料表面。水分在机翼的聚集会降低飞机的性能,因此选用材料的接触角越大越好。实验显示,这种新材料的接触角比铝材大130%。

    另外,不幸撞上飞机的昆虫的残骸也是对飞机很不利的因素。昆虫附着性指标又有两个部分:残骸不断累积成块的最大高度,以及累积成片的最大面积。CMF材料也显示比铝材更佳的特性,昆虫污渍的最大可累积高度只有铝材的60%;面积只有30%。

    最后,用喷砂实验模拟使用一段时间后、材料遭磨损之后的性能情况。结果显示,在最大磨损度情况下,材料表面的接触角仍比铝材大50%。

    研究人员表示,这些数据说明,CMF作为机翼前缘材料将比铝材更经久耐用,并减小维护和替换的成本,是目前铝材很好的替换材料。

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