الطائرات والمركبات الفضائية السيراميك والزجاج في صناعة الطيران - جمعية السيراميك الأمريكية
السيراميك والزجاج في صناعة الطيران
يلعب السيراميك والنظارات المصممة هندسيا أدوارا أساسية في الطيران.
هناك العديد من خصائص السيراميك والزجاج التي تجعل هذه المواد مرغوبة لتطبيقات الطيران (بما في ذلك الطائرات التجارية والدفاعية والمركبات لاستكشاف الفضاء). أهمها خفيفة الوزن ، مقاومة درجات الحرارة العالية ، العزل الكهربائي ، الطاقة العالية للاجتثاث ، مقاومة التآكل ، الاستقرار الكيميائي ، مقاومة التآكل ، والقدرة على تحمل الاهتزاز.
يستخدم السيراميك في الفضاء لأنه أخف من المعادن مما يتيح سرعات أعلى ، واستهلاكا أقل للوقود ، وحمولات أكبر ، وأوقات أطول في الفضاء لمركبات الاستكشاف.
تسمح مقاومة درجات الحرارة العالية لمحركات الطائرات التجارية والعسكرية بالعمل بشكل أكثر سخونة ، وبالتالي تقليل انبعاثات CO2 و NOx ، وهي ضرورية للقباب والرادوم المستخدمة في أنظمة الأسلحة التي تسافر في ظل أقسى الظروف.
العزل الكهربائي ضروري لتجنب التداخل الكهرومغناطيسي مع الأجهزة الموجودة على متن الطائرة ونظام الاتصال بين الطيار والتحكم الأرضي.
تعد الطاقة العالية للاجتثاث أمرا بالغ الأهمية للبلاط والدروع المستخدمة لحماية مركبات العودة والأجسام التي تحلق في الفضاء الخارجي والتي تتلامس مع الشظايا أو الجسيمات العائمة في الفضاء ، مثل النيازك ، وكذلك لحماية الطائرات العسكرية والمروحيات أثناء البعثات الميدانية. هناك حاجة إلى مقاومة التآكل والاستقرار الكيميائي لحماية أجزاء الطائرة من ملامسة المواد المسببة للتآكل والخطرة ، مثل وقود الطائرات. مقاومة التآكل مهمة في منتجات الاحتكاك مثل الفرامل والمحامل.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب تقليل الاهتزازات والضوضاء المرتبطة بها إلى الحد الأدنى لأنها تسبب إزعاجا للركاب ، وتزيد من إجهاد المكونات الهيكلية والإلكترونية للطائرات ، وفي الطائرات العسكرية ، تسهل اكتشافها.
تشمل المواد القائمة على السيراميك لتطبيقات الفضاء الجوي الأكاسيد (مثل الألومينا) ، وغير الأكاسيد (مثل الكربيدات ، والبوريدات ، والنيتريدات) ، والسيراميك الزجاجي ، ومركبات مصفوفة السيراميك (مثل مركبات كربيد السيليكون).
تتميز هذه المواد بثبات الأبعاد على نطاق من درجات الحرارة ، ويتم تحسينها للحصول على قوة ميكانيكية جيدة ومقاومة كيميائية.
في تطبيقات الطيران ، يوجد السيراميك بشكل أساسي في أنظمة المحرك والعادم ، ودروع الحماية الحرارية ، وهياكل الأجسام الطائرة فائقة السرعة.
تستخدم مركبات السيراميك والمصفوفة الخزفية التي يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 1 درجة مئوية لتصنيع مكونات التوربينات خفيفة الوزن التي تتطلب هواء تبريد أقل ، مثل الدوارات والشفرات والفوهات وبطانات الاحتراق وأجزاء لنظام العادم التي تعزز التوهين الصوتي ولها عمر طويل بفضل مقاومتها للتآكل والتآكل.
تعتبر دروع الحماية الحرارية ضرورية في المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام ، على غرار تلك المعتمدة في برنامج مكوك الفضاء ، حيث تم استخدام بلاط السيراميك المسامي المزجج لتقليل الحمل الحراري والهجوم الكيميائي من الأنواع المتأينة الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي أثناء إعادة الدخول.
تشمل الأجسام الطائرة فائقة السرعة المركبات الأسرع من الصوت وتفوق سرعة الصوت وكذلك الصواريخ والقذائف.
يستلزم تصميمها الديناميكي الهوائي ، الذي يتضمن وجود عناصر ميكانيكية حادة ، استخدام مواد قادرة على مقاومة درجات الحرارة العالية جدا. حاليا ، يتم إنتاج هذه المواد عن طريق إضافة عوامل تقوية ، مثل الجسيمات والشعيرات والألياف ، لتحسين خصائص الصدمات الحرارية وصلابة الكسر. يتم تطوير السيراميك عالي الحرارة (UHTCs) الذي يمكنه تحمل درجات حرارة تصل إلى 2 درجة مئوية لتصنيع المركبات التي تفوق سرعة الصوت.
تشمل التطبيقات الأخرى للسيراميك في صناعة الطيران الفرامل والمحامل والأختام والمكونات الأخرى المقاومة للتآكل.
درع لطائرات الهليكوبتر. هياكل الإدارة الحرارية الإلكترونية ؛ مكونات بصرية خفيفة الوزن (مثل مرايا كربيد السيليكون) ؛ مشعات (أي أنظمة التبريد) للمركبات الفضائية ؛ وطلاء الزجاج الأمامي.
غالبا ما تتميز مكونات السيراميك لصناعة الطيران بأشكال معقدة للغاية ، مما يؤدي إلى تطوير تقنيات تشكيل جديدة ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد.
يستخدم الزجاج في الطائرات لبناء الزجاج الأمامي وألواح النوافذ ، والستائر ، والألواح الداخلية للمقصورة ، والمرايا للمراحيض ، وحلول الإضاءة الداخلية والخارجية للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ، وحماية أجهزة الاستشعار والأجهزة ، ومحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والمرشحات الملونة لتحسين أنظمة رؤية الطيران.
يتم توضيح التطبيقات الرئيسية للسيراميك والزجاج في صناعة الطيران في الجدول أدناه.
التطبيقات الرئيسية للسيراميك والزجاج في صناعة الطيران
أين؟ماذا؟امثله
أين؟
ماذا؟
امثله
خزف
الطائراتمحركات1
مكونات المحرك وأنظمة العادم
فرامل2
المركبات الفضائيةالبلاط العازل3
الأجسام الطائرة فائقة السرعةمخاريط الأنف والطلاء عالي الحرارة4
زجاج
الطائراتالزجاج الأمامي5
لوحات ومرايا للديكورات الداخلية للمقصو
رة6
إضاءة إل إي دي7
استعراض المزيد