211service.com
Nové herkulovské materiály
Křídla letadel nebo rotory vrtulníků vyrobené z materiálů, které mohou měnit svůj tvar v reakci na elektrické ovládání, byly dlouho snem leteckých inženýrů. Je to aplikace, která by výrazně zlepšila výkon a palivovou účinnost letadel. Ukázalo se však, že správný materiál pro změnu tvaru, který to umožní, je nepolapitelný.
Nyní výzkumníci z MIT objevili slibný přístup, který využívá mechanismu, který nakonec způsobí, že baterie vašeho notebooku bude selhat : rozpínání a smršťování elektrodových materiálů v baterii. Toto je klasický případ, kdy se vezme citron a udělá se limonáda, říká Přesto-Ming Chiang , profesor materiálových věd a inženýrství na MIT, který na projektu pracuje. Články popisující práci se objeví v nadcházejících číslech Pokročilé funkční materiály a Elektrochemická a pevná písmena .
Hodně z minulých výzkumů tvarově morfujících materiálů zahrnovalo piezoelektrika, materiály, které mění tvar v reakci na elektřinu. Ale Chiang říká, že se již dávno rozhodl, že piezoelektrika nebude fungovat pro tak přísné aplikace, jako jsou morfující rotory vrtulníků.
Po celá léta vědci v související oblasti baterií čelili problému, že jak se ionty pohybují z jedné elektrody na druhou, jak se baterie nabíjí, způsobí, že se materiál elektrody roztáhne a poté se zase smrští, když se baterie vybije. Tato vlastnost může způsobit, že se vnitřní struktura baterie časem rozpadne; takže výzkumníci hledali materiály, které tímto účinkem netrpí. Ale když Chiang spočítal, kolik mechanické energie by tato expanze mohla zahrnovat, měl chvíli euforie. A pozdější experimenty ukázaly, že baterie mají mechanickou energii potřebnou k posunutí zátěže desetkrát tak daleko než piezoelektrika.
Výkon baterie však přichází s kompromisem: rychlostí. Piezoelektrika může snadno pracovat s několika tisíci cykly za sekundu, říká Chiang. Rozšíření baterie je ale omezeno tím, jak dlouho trvá její nabití. V závislosti na tom, kolik pohybu je potřeba, to může trvat něco málo přes minutu až značný zlomek hodiny. Steven Hall , profesor letectví a kosmonautiky na MIT zapojený do projektu. Výzkumníci doufají, že to zlepší zkrácením doby potřebné k nabití baterie.
Chiang také pracuje na návrhu fyzicky silnějších baterií, které mohou lépe využívat mechanickou energii elektrody.
Stávající komerčně dostupné baterie jsou však dost dobré na to, aby postavily demonstrační model, který výzkumníci doufají, že budou připraveni začátkem příštího roku. Nakonec bude řada baterií vložena do listu rotoru a použita k jeho selektivní přeměně.
Takové změny tvaru umožní inženýrům vyhnout se kompromisu, který byl jádrem návrhu vrtulníku. Vrtulníky jsou postaveny tak, aby dělaly dvě velmi odlišné věci – vznášení se a plavbu. V důsledku toho se jim ani jedno zvlášť nedaří. Možnost měnit tvar rotoru za letu by je mohla optimalizovat pro tyto dvě funkce. Chiang a Hall vypočítali, že helikoptéra by pak mohla pracovat s asi o jedno procento paliva méně, což je úspora, která by se časem mohla výrazně zvýšit. Alternativně by vojenské vrtulníky mohly nést další dva vojáky nebo lépe fungovat při operacích ve vysokých nadmořských výškách v horách.
Rotory mohou být také jen začátek. Chiang a Hall poukazují na aplikace v letadlech, kde by změna tvaru křídel za letu mohla přinést podobná zlepšení výkonu a účinnosti. Mohou být také užitečné pro aktivní rotaci solárních článků ke sledování slunce nebo rozmístění solárních článků a dalších doplňků satelitů, jakmile se dostanou do vesmíru.