Инженеры из США готовятся проверить на устойчивость материалы для будущих гиперзвуковых самолетов с помощью невероятно мощных рентгеновских лучей. Эти лучи вырабатывает обновленная установка APS в Аргоннской национальной лаборатории — сейчас она считается самым ярким рентгеновским источником на планете. С помощью такой мощи можно рассматривать структуру веществ почти на атомном уровне. А еще — отслеживать изменения, которые происходят внутри материалов, когда те нагреваются до экстремальных температур.
Команда из Университета аэронавтики Эмбри-Риддла создает устройство, способное имитировать нагрузки, возникающие при полете на скоростях около 7 Махов. В таких условиях поверхность корпуса испытывает резкие перепады температуры, сильное трение и колоссальное давление. Традиционные аэродинамические трубы затрачивают непомерно много энергии. Новый подход позволяет «разогревать» образцы гораздо экономнее и наблюдать за их поведением буквально по кадрам.
Модернизированная APS усилила поток рентгеновского излучения примерно в 500 раз. Благодаря этому исследователи получили возможность фокусировать луч в пятно меньше человеческого волоса. Когда материал нагревается, внутри него меняется кристаллическая решетка, появляются микротрещины, фаза вещества может переходить в другое состояние. Все это фиксируется высокоскоростными детекторами, которые улавливают мельчайшие изменения структуры. Инженеры могут заранее определить слабые места и подобрать составы, выдерживающие перегрузки.
Особый интерес вызывают композиционные материалы на основе углеродных волокон и керамики. Они легкие, но при неправильной обработке быстро разрушаются от теплового скачка. Ученые планируют протестировать их в разных режимах нагрева, чтобы понять, какие сочетания волокон, смол и защитных покрытий лучше подходят для длительных гиперзвуковых полетов. Параллельно разрабатываются новые тепловые барьеры и уплотнители, которые должны защищать корпус от разрушения при входе в плотные слои атмосферы.
Если проект окажется успешным, технологии пригодятся не только военным. Такие материалы могут применяться в скоростных пассажирских самолетах, беспилотных носителях и даже в системах доставки грузов, где время станет измеряться минутами. Главная задача — найти недорогие варианты, которые можно производить серийно без сложных процессов и редких компонентов.
Работы финансируются по контракту Министерства обороны США, и заказчики рассчитывают, что полученные данные помогут перейти от теоретических моделей к практическим испытаниям будущих гиперзвуковых прототипов. Новое испытательное устройство возьмет на себя роль посредника между лабораторией и реальными полетами, где каждая ошибка обходиться в миллионы долларов.
Ранее мы писали о том, как Пентагон вкладывает миллионы в материалы, которые не горят даже при 5000°F.
