Los bordes de ataque de las alas de los aviones tienen que cumplir con un conjunto de características muy exigentes. Una nueva investigación muestra que una combinación de espuma metálica compuesta de acero CMF y resina epoxi tiene características más deseables para usar como material de vanguardia que el aluminioactualmente en uso generalizado.
"Llamamos a nuestro material híbrido 'CMF infundido'", dice Afsaneh Rabiei, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State ". Y mientras que el CMF infundido tiene aproximadamente el mismo peso que el aluminio, es más resistente y tiene otras características que lo hacen más atractivo desde el punto de vista del rendimiento del vuelo, la seguridad y la eficiencia del combustible ".
CMF es una espuma que consiste en esferas metálicas huecas, hechas de materiales como acero inoxidable o titanio, incrustadas en una matriz metálica hecha de acero, aluminio o aleaciones metálicas. Para este estudio, los investigadores utilizaron acero-aceroCMF, lo que significa que tanto las esferas como la matriz estaban hechas de acero. Trabajos previos han encontrado que la espuma de metal es notablemente resistente: puede resistir rondas de calibre .50, resistir altas temperaturas y bloquear la presión de explosión de rondas incendiarias altamente explosivas.
El CMF infundido se hace sumergiendo el CMF de acero y acero en una resina epóxica hidrófoba y utilizando fuerzas de vacío para atraer la resina hacia las esferas huecas y hacia los poros mucho más pequeños que se encuentran en la matriz de acero. Esto da como resultado alrededor del 88 por cientode los poros del CMF se llenan con resina epoxi.
Luego, los investigadores probaron el CMF infundido y el aluminio de grado aeroespacial para ver cómo se desempeñaban en tres áreas: ángulo de contacto, que determina la rapidez con la que el agua fluye de un material; la adhesión de los insectos o qué tan bien se pegaron las partes del insecto al material; ydesgaste de partículas, o qué tan bien el material resiste la erosión. Todos estos factores afectan el rendimiento del borde de ataque de un ala de avión.
El ángulo de contacto es una medida de qué tan bien se forma el agua en una superficie. Cuanto más bajo es el ángulo de contacto de un material, más agua se adhiere a la superficie. Esto es relevante para las alas de los aviones porque la acumulación de agua en un ala puede afectar el rendimiento del avión.Los investigadores encontraron que el CMF infundido tenía un ángulo de contacto 130% más alto que el aluminio, una mejora significativa.
La adhesión de insectos se mide de dos maneras: por la altura máxima de los residuos de insectos que se acumulan en un material, y por la cantidad de área cubierta por residuos de insectos en la superficie de un material. Nuevamente, el CMF infundido superó al aluminio - en un 60%con respecto a la altura máxima, y en un 30% con respecto a la superficie cubierta.
Los investigadores también realizaron experimentos de granallado para simular la erosión causada por el desgaste que se produce con el tiempo cuando se usan las alas de los aviones. Los investigadores descubrieron que, si bien el granallado aumentó la rugosidad de la superficie para CMF infundido, aún le fue mejorque el aluminio. Por ejemplo, en el peor de los casos, el CMF infundido todavía tenía un ángulo de contacto un 50 por ciento más alto que el del aluminio.
En otras palabras, el CMF infundido retuvo sus propiedades a través de la erosión y el desgaste, lo que indica que daría a los componentes de ala de vanguardia una vida útil más larga y reduciría los costos asociados con el mantenimiento y el reemplazo.
"El aluminio es actualmente el material de elección para hacer la vanguardia de las alas de los aviones de ala fija y de ala giratoria", dice Rabiei. "Nuestros resultados sugieren que el CMF infundido puede ser un reemplazo valioso, ofreciendo un mejor rendimiento con el mismo peso.
"De la misma manera, los resultados sugieren que podríamos usar diferentes materiales para la matriz o esferas para crear una combinación que funcione tan bien como el aluminio convencional en una fracción del peso. De cualquier manera, está mejorando el rendimiento y el combustibleeficiencia."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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