Yn ddiweddar, yn ôl adroddiadau cyfryngau Rwsia, mae Corfforaeth Awyrofod Genedlaethol Rwseg yn datblygu deunyddiau newydd i'w defnyddio wrth weithgynhyrchu cerbydau lansio, llongau gofod, lloerennau a llongau gofod eraill. Ar yr un pryd, mae gwledydd gan gynnwys yr Unol Daleithiau a'r Deyrnas Unedig hefyd yn trafod technoleg ffurfio a phrosesu deunyddiau awyrofod newydd ac union weithgynhyrchu rhannau cymhleth o long ofod a thechnoleg offer deallus. Felly pam mae peirianneg awyrofod yn talu cymaint o sylw i ddatblygu deunyddiau?
Sylfaen y llong ofod
Mae llongau gofod yn gerbydau sy'n gweithredu yn y gofod yn unol â deddfau mecaneg nefol ac sy'n cyflawni tasgau penodol fel archwilio, datblygu, a defnyddio gofod a chyrff nefol. Maent yn cynnwys rocedi, lloerennau a llongau gofod yn bennaf. Nhw yw'r quot &; arloeswyr" o ddynolryw wrth agor ac ehangu yn y bydysawd.
Fodd bynnag, mae'r dyfyniad hwn &; arloeswr" ddim yn briodol. Er mwyn torri trwy gyfyngiadau awyrgylch y ddaear' s, bydd y llong ofod yn cynhyrchu ffrithiant gyda'r awyrgylch wrth hedfan ar gyflymder uchel, a gall ei gwres hyd yn oed gyrraedd mwy na 2000 gradd Celsius. Pan fydd y llong ofod yn torri allan o awyrgylch y ddaear, ni fydd y ddioddefaint yn stopio yno. Yn amgylchedd y gofod, bydd ymbelydredd uwchfioled, ymbelydredd gronynnau, ymbelydredd thermol, ac ati, yn dod â sawl her i'r llong ofod. Hyd yn oed mewn amgylchedd gwactod, bydd fel dyfynbris &; dyfais cwpanu". Mae hefyd yn profi dygnwch croen y llong ofod.
Yn ogystal, mae bygythiadau mawr yn codi gan wrthrychau gofod fel micro feteorau mewn malurion gofod a llong ofod. Maent fel bwledi crwydr sy'n profi'r dyfynbris &; cryfder &; llongau gofod, ac mae'r holl brofion uchod y mae llongau gofod yn eu hwynebu i'w cynnal gan ddeunyddiau'r llong ofod.
Mae deunyddiau'n biler pwysig o wyddoniaeth a thechnoleg fodern, datblygu cymdeithasol ac economaidd a diogelwch cenedlaethol. Mae llawer o wledydd y byd wedi cynnwys technoleg deunyddiau yn eu cynlluniau ymchwil technoleg allweddol cenedlaethol. Mae dibyniaeth offer awyrofod ar ddeunyddiau yn arbennig o amlwg. Mae hyn oherwydd bod deunyddiau nid yn unig yn gludwyr gwirioneddol yr amgylchedd gofod garw, ond weithiau hefyd yn cyflawni tasgau pwysig fel cyflenwad pŵer, cysgodi a afradu gwres.
Fodd bynnag, nid yw'r dewis o ddeunyddiau llongau gofod yn dasg hawdd. Ar y naill law, oherwydd bod gan y llong ofod strwythur cymhleth, gan gynnwys gofynion ar gyfer gwrthsefyll tymheredd uchel, gwrthiant effaith, a hyd yn oed ymwrthedd tymheredd isel, rhaid cynnal dadansoddiad cynhwysfawr ac yn seiliedig ar ddyluniad strwythur y llong ofod, Ar ôl pwyso a mesur gofynion amrywiol. ac amodau, mae'r deunydd addas yn cael ei bennu o'r diwedd. Ar y llaw arall, oherwydd bod y system ddeunydd bresennol yn fawr iawn, mae deunyddiau newydd yn cael eu datblygu'n gyson.
A siarad yn gyffredinol, mae system ddeunydd y llong ofod yn gymhleth iawn, gan gynnwys deunyddiau strwythurol yn bennaf sy'n gwireddu dwyn llwyth y llong ofod, deunyddiau swyddogaethol sy'n gwireddu gofynion rheoli tymheredd a gwrthsefyll gwres, a thanwydd i hyrwyddo hediad y llong ofod.
Deunyddiau strwythurol anodd a thenau
Mae'r deunydd strwythurol yn seiliedig ar yr eiddo mecanyddol a dyma'r deunydd a ddefnyddir i weithgynhyrchu'r cydrannau sy'n dwyn yr heddlu. Mae'r deunydd hwn fel esgyrn llong ofod, siapiwr ei siâp.
Fodd bynnag, mae cyfran y deunyddiau strwythurol mewn llongau gofod yn fach iawn. Gan gymryd y roced fel enghraifft, mae cyfran deunydd strwythurol y gragen roced yn y cyfan bron yr un fath â chyfran y gragen wy yn yr wy cyfan. Mae hyn oherwydd ar rocedi, mae'r tanwydd yn" pwysau marw" ac ni ellir ei gynyddu na'i leihau yn ôl ewyllys. Felly, bydd ymchwilwyr yn rhoi eu meddyliau ar gragen y roced ac yn gwneud cragen y roced yn deneuach er mwyn lleihau pwysau'r roced.
Am bob cilogram o bwysau'r roced' s, gall gynyddu ei lwyth tâl o un cilogram. Gellir ychwanegu swyddogaeth bwysig at y lloerennau a gludir a'r llong ofod.
Pan fydd y roced yn cyrraedd y cyflymder cosmig cyntaf, mae'n dwyn grym mawr iawn, a all gyrraedd tua 7 gwaith ei bwysau ei hun, sy'n gofyn am ddeunyddiau i'w wrthsefyll. Nid yn unig hynny, pan fydd y roced yn hedfan, mae hefyd yn wynebu gwres aerodynamig enfawr a gynhyrchir gan ffrithiant gyda'r awyrgylch, ac mae ei injan hefyd yn wynebu egni gwres annirnadwy.
Yn yr achos hwn, po ysgafnaf pwysau'r deunydd strwythurol, y gorau, yr uchaf yw'r tymheredd sy'n gwrthsefyll gwres, y gorau, a rhywfaint o ffurfadwyedd sy'n ofynnol. Er bod gan twngsten a metelau anfferrus eraill wrthwynebiad tymheredd gwell, mae eu dwysedd eu hunain yn uchel iawn, ac ar yr un pryd maent yn ddrud iawn ac yn anodd eu siapio, sy'n cynyddu'r gost gweithgynhyrchu yn fawr.
O dan gyfyngiadau amrywiol, mae deunyddiau metel sy'n seiliedig ar haearn, hynny yw, dur, wedi mynd i faes gweledigaeth ymchwilwyr gwyddonol. Er na all tymheredd gwrthsefyll gwres dur cyffredin gyrraedd tua 1,000 gradd Celsius yn unig, gall defnyddio nicel, cobalt, twngsten ac elfennau eraill gynyddu tymheredd y dur yn effeithiol, hyd yn oed gyrraedd tua 1500 gradd Celsius, felly fe'i enwir [GG ] quot; superalloy" ;. Ar yr un pryd. Mae'r deunydd hwn hefyd yn gymharol hawdd i'w siapio, felly bu erioed yn beiddgar llong ofod.
Yn ddiweddarach, darganfu ymchwilwyr aloion titaniwm. Gyda'r un cryfder, mae gan y deunydd hwn rannau ysgafnach, felly mae wedi dod yn ddyfynbris &; melys a melys &; mewn deunyddiau strwythurol llongau gofod. Fodd bynnag, oherwydd bod gwrthiant tymheredd aloi titaniwm yn waeth na gwrthiant aloi tymheredd uchel, mae angen ei leinio â deunyddiau swyddogaethol sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel.
Gyda datblygiad dynolryw' s yn archwilio gofod a datblygiad gwyddoniaeth deunyddiau, mae deunyddiau cyfansawdd wedi dod yn rym newydd mewn deunyddiau strwythurol llongau gofod. Er enghraifft, gall carbon-carbon, carbon-silica a deunyddiau cyfansawdd cerameg eraill nid yn unig wrthsefyll tymereddau uchel o 2000 gradd Celsius, ond hefyd â phwysau ysgafn iawn.
Yn fyr, bydd cynnydd cyflym deunyddiau a thechnolegau cysylltiedig yn hyrwyddo datblygiad technoleg awyrofod ymhellach, gan ganiatáu i ddynolryw weld ymhellach, yn gliriach, a mynd ymhellach a mwy diogel.