חומר חדש לייצור שפות ההתקפה של כנפי המטוס החומר הקרוי "קצף מתכתי מרוכב" (Composite Metal Foam או CFM)
עיבוד ותרגום – אילן הייט
Composite metal foam, with ruler for scale.
שפות ההתקפה של כנפי המטוס אמורות לעמוד בסדרה של דרישות מחמירות. מחקר חדש מדגים שהצירוף של ה-CFM ושל דבק אפוקסי מביא לתוצאות טובות יותר מאשר האלומיניום, הנמצא כרגע שימוש נרחב בייצור שפת ההתקפה.
חוקרים במחלקת המכניקה וההנדסה התעופתית באוניברסיטת מדינת צפון קרולינה קוראים לחומר ההיברידי החדש בשם infused CMF וטוענים כי למרות שמשקלו הוא כשל אלומיניום, קשיחותו ותכונות נוספות שלו משפרות את ביצועי הטיסה, את הבטיחות ואת ניצולת הדלק.
ה-CMF הוא קצף המורכב מכדורי מתכת זעירים וחלולים העשויים מפלדת אל-חלד ומטיטניום. אלה שקועים בתוך מטריצה העשויה מפלדה, אלומיניום או תרכובת מתכות אחרות. במחקר הנוכחי השתמשו החוקרים בכדורי פלדה בתוך מטריצת פלדה – אותו החומר לשני המרכיבים. המחקר הראה כי הקצף המתכתי הזה הוא קשיח למדי: הוא יכול לעצור כדור של מקלע 0.5, הוא עמיד בטמפרטורות גבוהות ואף עמיד בפני תחמושת מציתה או נפיצה.
בתהליך ייצור ה- infused CMF טובלים את כדורי הפלדה הזעירים בתוך דבק אפוקסי דוחה-מים ובעזרת וואקום דוחפים אותו אל תוך הכדורים החלולים ואל רווחים זעירים הנמצאים ביניהם, ליצירת המטריצה. כתוצאה מתהליך זה 88% מכדורי ה- CMF ממולאים בדבק האפוקסי.
החוקרים בדקו את ה- infused CMF אל מול אלומיניום תעופתי לראות איך הם מתפקדים בשלושה תחומים:
- זווית המגע, הקובעת כמה מהר יזרמו מים ויעזבו את החומר,
- הידבקות של חרקים למשטח
- פגיעות החומר לארוזיה / שחיקה.
שלושת התחומים האלה פוגעים בביצועים של שפות ההתקפה של הכנפיים.
- זווית המגע היא מדידה של טיפות המים המצטברות על המשטח. ככל שהזווית נמוכה יותר, המים נוטים להידבק למשטח. החשיבות של זווית המגע היא גדולה כי הצטברות טיפות מים משנה את ביצועי המטוס. החוקרים מצאו כי ל- infused CMF יש זווית מגע טובה ב- 130% מזו של אלומיניום – שיפור של ממש.
- הידבקות חרקים נמדדת בשני אופנים: הגובה המירבי של שאריות גופי החרקים המצטברים על המשטח וכן השטח המכוסה על ידי הגוויות. גם כאן היה שיפור של ה- infused CMFעל פני האלומיניום: 60% בגובה המירבי של השאריות ו-30% בשטח המכוסה על ידן.
- החוקרים ניסו גם לבצע בדיקות שחיקה, בהזרמת חלקיקי אבן קטנים אל מול החומר, כדי לדמות את השחיקה הנובעת מהשימוש היומיומי במטוס. אמנם פני השטח של ה- infused CMF איבדו מהחלקלקות שלהם, אך עדיין בצורה טובה יותר מאלומיניום – כ 50% יותר טוב. אם כך, יכולה שפת ההתקפה הבנויה מ- infused CMFלצפות לאורך חיים טוב יותר, עם חסכון בעלויות תחזוקה וחלקי חילוף.
החוקרים אמרו כי כרגע אמנם כרגע האלומיניום הוא החומר הנבחר לייצור כנפי מטוסים ורוטורים של מסוקים, אך בעתיד יהיה ה- infused CMF חלופה בעלת ערך שתציע ביצועים טובים יותר באותו משקל. הם טענו גם כי שימוש בחומרים אחרים במטריצה או בכדורונים יכולים להביא לצירופים קלים יותר, בהשוואה לאלומיניום, שיביאו לביצועים משופרים ולניצולת טובה יותר של הדלק.
