211service.com
Jauni Herkules materiāli
Lidmašīnu spārni vai helikoptera rotori, kas izgatavoti no materiāliem, kas var mainīt savu formu, reaģējot uz elektriskajām vadības ierīcēm, jau sen ir aeronautikas inženieru sapnis. Tā ir lietojumprogramma, kas ievērojami uzlabotu gaisa kuģu veiktspēju un degvielas patēriņa efektivitāti. Bet pareizais formu mainošs materiāls, lai tas notiktu, ir izrādījies nenotverams.
Tagad MIT pētnieki ir atklājuši daudzsološu pieeju, kas izmanto mehānismu, kas galu galā izraisīs jūsu klēpjdatora akumulatora darbības traucējumus neizdoties : elektrodu materiālu izplešanās un saraušanās akumulatorā. Šis ir klasisks citronu ņemšanas un limonādes pagatavošanas gadījums, saka Tomēr-Ming Chiang , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors MIT, kurš strādā pie projekta. Raksti, kas apraksta darbu, parādīsies nākamajos izdevumos Uzlaboti funkcionāli materiāli un Elektroķīmiskās un cietvielu vēstules .
Liela daļa pagātnes pētījumu par formu morfējošiem materiāliem ir saistīti ar pjezoelektriskiem materiāliem, materiāliem, kas maina formu, reaģējot uz elektrību. Taču Čiangs saka, ka viņš jau sen ir nolēmis, ka pjezoelektriķi nedarbosies tik stingriem lietojumiem kā helikopteru rotoru pārveidošana.
Jau gadiem ilgi pētnieki akumulatoru jomā ir saskārušies ar problēmu, ka, joni pārvietojoties no viena elektroda uz otru, akumulatoram uzlādējoties, tie izraisa elektroda materiāla izplešanos un pēc tam atkal saraujas, kad akumulators izlādējas. Šis raksturlielums laika gaitā var izraisīt akumulatora iekšējās struktūras sadalīšanos; tāpēc pētnieki ir meklējuši materiālus, kas necieš no efekta. Bet, kad Čiangs aprēķināja, cik daudz mehāniskās enerģijas varētu ietvert šī izplešanās, viņu pārņēma eiforijas brīdis. Un vēlākie eksperimenti parādīja, ka akumulatoriem ir mehāniskā enerģija, kas nepieciešama, lai pārvietotu slodzi desmit reizes tālāk par pjezoelektriskajām ierīcēm.
Tomēr akumulatora veiktspējai ir kompromiss: ātrums. Pjezoelektriķi var viegli darboties ar vairākiem tūkstošiem ciklu sekundē, saka Chiang. Bet akumulatora izplešanos ierobežo tas, cik ilgs laiks nepieciešams tā uzlādēšanai. Atkarībā no tā, cik daudz kustību nepieciešams, tas var ilgt no nedaudz vairāk nekā minūtes līdz ievērojamai stundas daļai. Stīvens Hols , projektā iesaistītais MIT aeronautikas un astronautikas profesors. Pētnieki cer to uzlabot, samazinot akumulatora uzlādei nepieciešamo laiku.
Chiang arī strādā, lai izstrādātu fiziski spēcīgākas baterijas, kas var labāk izmantot elektrodu mehānisko enerģiju.
Taču esošās komerciāli pieejamās baterijas ir pietiekami labas, lai izveidotu demonstrācijas modeli, kuru pētnieki cer sagatavot nākamā gada sākumā. Galu galā rotora lāpstiņā tiks ievietota virkne bateriju un izmantota, lai to selektīvi pārveidotu.
Šāda formas maiņa ļaus inženieriem izvairīties no kompromisa, kas ir bijis helikoptera dizaina pamatā. Helikopteri ir konstruēti, lai veiktu divas ļoti atšķirīgas lietas – lidināties un kreisēt. Tā rezultātā viņiem neveicas īpaši labi. Spēja mainīt rotora formu lidojuma laikā varētu tos optimizēt šīm divām funkcijām. Čiangs un Hols aprēķina, ka helikopters varētu darboties ar aptuveni vienu procentu mazāk degvielas, kas laika gaitā varētu ievērojami ietaupīt. Alternatīvi, militārie helikopteri varētu pārvadāt divus papildu karavīrus vai labāk strādāt augstkalnu operācijās kalnos.
Rotori arī varētu būt tikai sākums. Chiang un Hall norāda uz lietojumiem lidmašīnās, kur spārnu formas maiņa lidojuma laikā varētu radīt līdzīgus veiktspējas un efektivitātes uzlabojumus. Tie var būt noderīgi arī aktīvi rotējošām saules baterijām, lai izsekotu saulei, vai saules bateriju un citu satelītu piedēkļu izvietošanai, kad tie sasniedz kosmosu.