"Vifaa visivyo vya jadi" ni moja ya maeneo muhimu zaidi ya maendeleo ya teknolojia katika tasnia ya jeshi na anga. Vifaa vinahitaji kufanya zaidi ya kutumika kama muundo unaounga mkono - zinahitaji kuwa vifaa vyenye busara
Vifaa vyenye akili ni darasa maalum la vifaa ambavyo vina uwezo wa kutenda kama kichochezi na kama sensa, ikitoa kasoro muhimu za kiufundi zinazohusiana na mabadiliko ya joto, umeme wa sasa au uwanja wa sumaku. Kwa kuwa vifaa vyenye mchanganyiko vinajumuisha vifaa zaidi ya moja na kwa sababu ya maendeleo ya kisasa ya kiteknolojia, sasa inawezekana kujumuisha vifaa vingine (au miundo) katika mchakato wa kutoa utendakazi uliounganishwa katika maeneo kama vile:
- Morphing, - Kujiponya, - Mtazamo, - Ulinzi wa umeme, na
- Hifadhi ya Nishati.
Tutazingatia maeneo mawili ya kwanza katika nakala hii.
Vifaa vya morphing na miundo ya morphing
Vifaa vya Morphing ni pamoja na vifaa ambavyo, kufuata ishara za kuingiza, hubadilisha vigezo vyao vya kijiometri na ambazo zina uwezo wa kurejesha umbo lao la asili wakati ishara za nje zinasimama.
Vifaa hivi, kwa sababu ya athari yao kwa njia ya mabadiliko ya sura, hutumiwa kama waendeshaji, lakini pia inaweza kutumika kwa njia tofauti, ambayo ni sensorer ambazo ushawishi wa nje unaotumika kwa nyenzo hubadilishwa kuwa ishara. Matumizi ya anga ya vifaa hivi ni anuwai: sensorer, watendaji, swichi katika mitambo ya umeme na vifaa, avioniki, na unganisho katika mifumo ya majimaji. Faida ni: kuegemea kipekee, maisha ya huduma ndefu, hakuna uvujaji, gharama ndogo za usanikishaji na upunguzaji mkubwa wa matengenezo. Hasa, kati ya watendaji wanaotengenezwa kwa vifaa vya kuharibika na aloi za kumbukumbu za sura, watendaji kwa udhibiti wa moja kwa moja wa mifumo ya kupoza ya avioniki na watendaji wa kufunga / kufungua vizuizi vya mwongozo katika mifumo ya hali ya hewa ya chumba cha kulala ni ya kupendeza.
Vifaa ambavyo hubadilisha umbo kama matokeo ya matumizi ya uwanja wa umeme ni pamoja na vifaa vya umeme wa piezo (uzushi wa uparaji wa vifaa na muundo wa fuwele chini ya hatua ya mafadhaiko ya mitambo (athari ya moja kwa moja ya umeme) na upungufu wa mitambo chini ya hatua ya uwanja wa umeme (athari ya piezoelectric)) na vifaa vya umeme. Tofauti iko kwenye majibu ya uwanja wa umeme uliotumiwa: vifaa vya piezoelectric vinaweza kurefusha au kufupisha, wakati vifaa vya umeme huongeza tu, bila kujali mwelekeo wa uwanja uliowekwa. Katika kesi ya sensorer, voltage inayotokana na mafadhaiko ya mitambo inapimwa na kusindika ili kupata habari juu ya mafadhaiko sawa. Nyenzo hizi zilizo na athari ya moja kwa moja ya piezoelectric hutumiwa sana katika kuongeza kasi na sensorer za kupakia, sensorer za sauti. Vifaa vingine kulingana na athari ya nyuma ya piezoelectric hutumiwa katika watendaji wote; mara nyingi hutumiwa katika mifumo ya macho kwa satelaiti za upelelezi, kwani zina uwezo wa kurekebisha msimamo wa lensi na vioo na usahihi wa nanometer. Vifaa vilivyotajwa hapo juu pia vimejumuishwa katika muundo wa morphing ili kubadilisha tabia fulani za kijiometri na kupeana mali maalum kwa miundo hii. Mfumo wa morph (pia huitwa muundo mzuri au muundo wa kazi) unauwezo wa kuhisi mabadiliko katika hali ya nje kwa sababu ya utendaji wa mfumo wa sensa / elektroniki wa transducer iliyojengwa ndani yake. Kwa njia hii (kwa sababu ya uwepo wa microprocessors moja au zaidi na umeme wa umeme), mabadiliko yanayofaa yanaweza kusababishwa kulingana na data inayotoka kwa sensorer, ikiruhusu muundo kuzoea mabadiliko ya nje. Ufuatiliaji kama huo hauhusu tu ishara ya pembejeo ya nje (kwa mfano shinikizo la kiufundi au mabadiliko ya umbo), lakini pia na mabadiliko katika sifa za ndani (mfano uharibifu au kutofaulu). Upeo wa matumizi ni pana kabisa na ni pamoja na mifumo ya anga, ndege na helikopta (udhibiti wa mtetemo, kelele, mabadiliko ya sura, usambazaji wa mafadhaiko na utulivu wa aeroelastic), mifumo ya baharini (meli na manowari), pamoja na teknolojia za ulinzi.
Moja ya tabia ya kupunguza mitetemo (mitetemo) ambayo hufanyika katika mifumo ya kimuundo inavutia sana. Sensorer maalum (iliyo na keramik ya multilayer piezoelectric) huwekwa kwenye sehemu zenye mkazo zaidi ili kugundua mitetemo. Baada ya kuchambua ishara zinazosababishwa na mtetemo, microprocessor hutuma ishara (sawia na ishara iliyochambuliwa) kwa actuator, ambayo hujibu kwa harakati inayofaa inayoweza kuzuia mtetemo. Ofisi ya Jeshi la Merika la Teknolojia ya Usafiri wa Anga na NASA wamejaribu mifumo sawa ya kufanya kazi ili kupunguza mitetemo ya vitu kadhaa vya helikopta ya CH-47, pamoja na ndege za mkia za mpiganaji wa F-18. FDA tayari imeanza kujumuisha vifaa vya kazi katika vile rotor kudhibiti mtetemo.
Katika rotor kuu ya kawaida, vile hukabiliwa na viwango vya juu vya mtetemeko unaosababishwa na kuzunguka na hali zote zinazohusiana. Kwa sababu hii, na ili kupunguza kutetemeka na kuwezesha udhibiti wa mizigo inayofanya kazi kwenye vile, blade zinazofanya kazi zilizo na uwezo mkubwa wa kunama zilijaribiwa. Katika aina maalum ya jaribio (inayoitwa "mzunguko uliosokota uliosokota"), wakati pembe ya shambulio inabadilika, blade imekunjwa kwa urefu wake wote kwa shukrani kwa AFC ya mchanganyiko wa nyuzi (fiber ya kauri ya kauri iliyoingizwa kwenye tumbo laini la polima) imejumuishwa. katika muundo wa blade. Nyuzi zinazotumika zimewekwa katika tabaka, safu moja juu ya nyingine, kwenye nyuso za juu na chini za blade kwa pembe ya digrii 45. Kazi ya nyuzi zinazofanya kazi huunda mkazo uliosambazwa kwenye blade, ambayo husababisha kuinama sawa kwenye blade, ambayo inaweza kusawazisha kutetemeka kwa swing. Jaribio jingine ("uanzishaji wa swings tofauti") linajulikana na utumiaji mkubwa wa mifumo ya piezoelectric (actuators) kwa udhibiti wa vibration: watendaji huwekwa kwenye muundo wa blade kudhibiti utendaji wa wapotoshaji wengine walio kando ya ukingo wa nyuma. Kwa hivyo, athari ya aeroelastic hufanyika ambayo inaweza kutetemesha mtetemeko unaozalishwa na propela. Suluhisho zote mbili zilipimwa kwenye helikopta halisi ya CH-47D katika jaribio linaloitwa Mchanga wa Mtihani wa MiT.
Ukuaji wa vitu vya muundo unaofifia hufungua mitazamo mpya katika muundo wa miundo ya ugumu ulioongezeka, wakati uzito na gharama zao zimepunguzwa sana. Kupunguzwa kwa kiwango cha viwango vya mtetemeko hutafsiri kuwa: kuongezeka kwa maisha ya muundo, ukaguzi mdogo wa uadilifu wa muundo, kuongezeka kwa faida ya miundo ya mwisho kwani miundo inakabiliwa na kutetemeka kidogo, kuongezeka kwa faraja, utendaji bora wa ndege na udhibiti wa kelele kwenye helikopta.
Kulingana na NASA, inatarajiwa kuwa katika kipindi cha miaka 20 ijayo, hitaji la mifumo ya juu ya utendaji wa ndege ambayo itakua nyepesi na inayofaa zaidi itahitaji matumizi makubwa ya miundo ya morphing.
Vifaa vya kujiponya
Vifaa vya kujiponya vya darasa la vifaa vyenye busara vinaweza kujitegemea kurekebisha uharibifu unaosababishwa na mafadhaiko ya kiufundi au ushawishi wa nje. Wakati wa kukuza vifaa hivi vipya, mifumo ya asili na ya kibaolojia (kwa mfano, mimea, wanyama wengine, ngozi ya binadamu, n.k.) zilitumika kama chanzo cha msukumo (kwa kweli, mwanzoni ziliitwa vifaa vya bioteknolojia). Leo, vifaa vya kujiponya vinaweza kupatikana katika utunzi wa hali ya juu, polima, metali, keramik, mipako ya kuzuia kutu na rangi. Mkazo haswa umewekwa juu ya matumizi yao katika matumizi ya nafasi (utafiti mkubwa unafanywa na NASA na Shirika la Anga la Uropa), ambazo zinajulikana na utupu, tofauti kubwa ya joto, mitetemo ya mitambo, mionzi ya ulimwengu, na pia kupunguza uharibifu unasababishwa na mgongano na uchafu wa nafasi na micrometeorites. Kwa kuongezea, vifaa vya kujiponya ni muhimu kwa tasnia ya anga na ulinzi. Mchanganyiko wa kisasa wa polima inayotumiwa katika anga na matumizi ya kijeshi hushambuliwa na mitambo, kemikali, joto, moto wa adui, au mchanganyiko wa mambo haya. Kwa kuwa uharibifu wa vifaa vya ndani ni ngumu kugundua na kutengeneza, suluhisho bora itakuwa kuondoa uharibifu ambao umetokea kwa kiwango cha nano na micro na kurudisha nyenzo kwa mali na hali yake ya asili. Teknolojia hiyo inategemea mfumo kulingana na ambayo nyenzo hiyo ni pamoja na vijidudu vidogo vya aina mbili tofauti, moja ikiwa na sehemu ya kujiponya na nyingine ni kichocheo fulani. Ikiwa nyenzo zimeharibiwa, vijidudu vidogo vinaharibiwa na yaliyomo yanaweza kugusana, kujaza uharibifu na kurejesha uaminifu wa nyenzo. Kwa hivyo, vifaa hivi vinachangia sana usalama na uimara wa utunzi wa hali ya juu katika ndege za kisasa, huku ikiondoa hitaji la ufuatiliaji wa gharama kubwa au ukarabati wa nje na / au uingizwaji. Licha ya sifa za nyenzo hizi, kuna haja ya kuboresha utunzaji wa vifaa vinavyotumiwa na tasnia ya anga, na nanotubes za kaboni nyingi na mifumo ya epoxy inapendekezwa kwa jukumu hili. Nyenzo hizi zinazopinga kutu huongeza nguvu ya kukomesha na kunyunyiza mali ya utunzi na haibadilishi upinzani wa mshtuko wa joto. Inafurahisha pia kukuza nyenzo zenye mchanganyiko na kauri ya kauri - muundo wa tumbo ambao hubadilisha kila molekuli ya oksijeni (iliyoingia ndani ya nyenzo kama matokeo ya uharibifu) kuwa chembe ya oksijeni-oksijeni na mnato mdogo, ambayo inaweza kutiririka kwa uharibifu. kwa athari ya capillary na uwajaze. NASA na Boeing wanajaribu nyufa za kujiponya katika miundo ya anga kwa kutumia polydimethylsiloxane elastomer matrix na microcapsule zilizoingia.
Vifaa vya kujiponya vina uwezo wa kutengeneza uharibifu kwa kufunga pengo karibu na kitu kilichopigwa. Kwa wazi, uwezo kama huo unasomwa katika kiwango cha ulinzi, kwa magari ya kubeba silaha na mizinga, na kwa mifumo ya ulinzi wa kibinafsi.
Vifaa vya kujiponya kwa matumizi ya jeshi vinahitaji tathmini makini ya anuwai zinazohusiana na uharibifu wa nadharia. Katika kesi hii, uharibifu wa athari unategemea:
- nishati ya kinetic kwa sababu ya risasi (misa na kasi), - muundo wa mfumo (jiometri ya nje, vifaa, silaha), na
- uchambuzi wa jiometri ya mgongano (mkutano wa pembe).
Kwa kuzingatia, DARPA na Maabara ya Jeshi la Merika wanajaribu vifaa vya hali ya juu zaidi vya kujiponya. Hasa, kazi za urejesho zinaweza kuanzishwa na kupenya kwa risasi ambapo athari ya mpira husababishwa inapokanzwa ujanibishaji wa nyenzo, na kufanya uponyaji wa kibinafsi uwezekane.
Mafunzo na vipimo vya glasi ya kujiponya ni ya kupendeza sana, ambayo nyufa zinazosababishwa na hatua ya kiufundi zinajazwa na kioevu. Kioo cha kujiponya kinaweza kutumika katika utengenezaji wa vioo vya kuzuia risasi vya magari ya jeshi, ambayo ingewaruhusu askari kudumisha mwonekano mzuri. Inaweza pia kupata programu katika nyanja zingine, anga, maonyesho ya kompyuta, n.k.
Moja ya changamoto kuu za siku zijazo ni kuongeza maisha ya vifaa vya hali ya juu vinavyotumika katika vitu vya kimuundo na mipako. Vifaa vifuatavyo vinachunguzwa:
- vifaa vya kujiponya kulingana na graphene (semiconductor-dimensional nanomaterial yenye safu moja ya atomi za kaboni), - resini za juu za epoxy, - vifaa vilivyo wazi kwa jua, - microcapsule za kupambana na kutu kwa nyuso za chuma, - elastomers wenye uwezo wa kuhimili athari za risasi, na
nanotubes kaboni kutumika kama sehemu ya nyongeza ya kuongeza utendaji wa vifaa.
Idadi kubwa ya vifaa vyenye sifa hizi zinajaribiwa na kuchunguzwa kwa majaribio.
Pato
Kwa miaka mingi, wahandisi mara nyingi walipendekeza miradi inayoahidi kwa dhana, lakini hawakuweza kuitekeleza kwa sababu ya kutopatikana kwa nyenzo zinazofaa kwa utekelezaji wao wa vitendo. Leo, lengo kuu ni kuunda miundo nyepesi na mali bora za kiufundi. Maendeleo ya kisasa katika vifaa vya kisasa (vifaa vyenye busara na nanocomposites) huchukua jukumu muhimu, licha ya ugumu wote, wakati tabia mara nyingi huwa ya kutamani sana na wakati mwingine hata ya kupingana. Kwa sasa, kila kitu kinabadilika na kasi ya kaleidoscopic, kwa nyenzo mpya, utengenezaji ambao ni mwanzo tu, kuna inayofuata, ambayo hufanya majaribio na mtihani. Sekta ya anga na ulinzi inaweza kupata faida nyingi kutoka kwa vifaa hivi vya kushangaza.
