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Espuma de metal composto supera o alumínio para uso em asas de aeronaves

As arestas principais das asas das aeronaves precisam atender a um conjunto de características muito exigentes. Novas pesquisas mostram que uma combinação de espuma de metal composta de aço e resina epóxi tem características mais desejáveis para uso como material de ponta do que o alumínio actualmente em uso generalizado.

As arestas principais das asas das aeronaves precisam atender a um conjunto de características muito exigentes. Novas pesquisas mostram que uma combinação de espuma de metal composta de aço (CMF) e resina epóxi tem características mais desejáveis ​​para uso como material de ponta do que o alumínio actualmente em uso generalizado.

“Chamamos nosso material híbrido de ‘CMF com infusão'”, diz Afsaneh Rabiei, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor de engenharia mecânica e aeroespacial no Estado da Carolina do Norte. “Embora o CMF com infusão tenha o mesmo peso do alumínio, ele é mais resistente e tem outras características que o tornam mais atraente do ponto de vista de desempenho de vôo, segurança e eficiência de combustível”.

CMF é uma espuma que consiste em esferas metálicas ocas, feitas de materiais como aço inoxidável ou titânio, incorporadas em uma matriz metálica feita de aço, alumínio ou ligas metálicas. Para este estudo, os pesquisadores usaram aço-aço CMF, o que significa que as esferas e a matriz eram feitas de aço. Trabalhos anteriores descobriram que a espuma de metal é notavelmente resistente: pode suportar balas de calibre 50, resistir a altas temperaturas e bloquear a pressão de explosões de balas incendiárias explosivas.

O CMF infundido é feito imergindo o CMF aço-aço em uma resina epóxi hidrofóbica e usando forças de vácuo para puxar a resina para as esferas ocas e poros muito menores encontrados na matriz de aço. Isso resulta em cerca de 88% dos poros do CMF sendo preenchidos com resina epóxi.

Os pesquisadores então testaram tanto o CMF quanto o alumínio aeroespacial com infusão para ver como eles se saíram em três áreas: ângulo de contacto, que determina a rapidez com que a água flui de um material; adesão de insectos ou quão bem as partes dos insectos grudaram no material; e desgaste de partículas, ou quão bem o material resiste à erosão. Todos esses factores afectam o desempenho da borda principal de uma asa de aeronave.

O ângulo de contacto é uma medida de quão bem a água escorre em uma superfície. Quanto menor o ângulo de contacto de um material, mais a água adere à superfície. Isso é relevante para as asas da aeronave, porque o acúmulo de água numa asa pode afectar o desempenho da aeronave. Os pesquisadores descobriram que o CMF infundido tinha um ângulo de contacto 130% maior que o alumínio – uma melhoria significativa.

A adesão dos insectos é medida de duas maneiras: pela altura máxima do resíduo de insecto que se acumula no material e pela quantidade de área coberta pelo resíduo de insecto na superfície do material. Mais uma vez, o CMF infundido superou o alumínio – em 60% em relação à altura máxima e em 30% em relação à área de superfície coberta.

Os pesquisadores também realizaram experimentos com granalha para simular a erosão causada pelo desgaste que ocorre ao longo do tempo quando as asas da aeronave estão em uso. Os pesquisadores descobriram que, embora a explosão aumentasse a rugosidade da superfície para CMF com infusão, ela ainda se saía melhor que o alumínio. Por exemplo, na pior das hipóteses, o CMF com infusão ainda tinha um ângulo de contacto 50% maior que o do alumínio.

Em outras palavras, o CMF com infusão retinha suas propriedades devido à erosão e ao desgaste, o que indica que daria aos componentes das asas de ponta uma vida útil mais longa – e reduziria os custos associados à manutenção e substituição.

“O alumínio é actualmente o material escolhido para fazer a vanguarda das asas de aeronaves de asa fixa e de asa rotativa”, diz Rabiei. “Nossos resultados sugerem que o CMF com infusão pode ser um substituto valioso, oferecendo melhor desempenho com o mesmo peso.

“Da mesma forma, os resultados sugerem que podemos usar materiais diferentes para a matriz ou esferas para criar uma combinação que tenha o desempenho tão bom quanto o alumínio convencional em uma fracção do peso. De qualquer forma, você está melhorando o desempenho e a eficiência de combustível. “

Fonte da história:

Materials provided by North Carolina State University.

Journal Reference:

  1. Jacob C. Marx, Samuel J. Robbins, Zane A. Grady, Frank L. Palmieri, Christopher J. Wohl, Afsaneh Rabiei. Polymer Infused Composite Metal Foam as a Potential Aircraft Leading Edge MaterialApplied Surface Science, 2019; 144114 DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144114

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