Thin heat shield for superfast aircraft

The world of aerospace increasingly relies on carbon fibre reinforced polymer composites to build the structures of satellites, rockets and jet aircraft. But the life of those materials is limited by how they handle heat.

A team of FAMU-FSU College of Engineering researchers from Florida State University’s High-Performance Materials Institute is developing a design for a heat shield that better protects those extremely fast machines. Their work will be published in the November edition of Carbon.

 “Right now, our flight systems are becoming more and more high-speed, even going into hypersonic systems, which are five times the speed of sound,” said Professor Richard Liang, director of HPMI. “When you have speeds that high, there’s more heat on a surface. Therefore, we need a much better thermal protection system.”

Buckypaper to build the heat shield

The team used carbon nanotubes, which are linked hexagons of carbon atoms in the shape of a cylinder, to build the heat shields. Sheets of those nanotubes are also known as “buckypaper”, a material with incredible abilities to conduct heat and electricity that has been a focus of study at HPMI. By soaking the buckypaper in a resin made of a compound called phenol, the researchers were able to create a lightweight, flexible material that is also durable enough to potentially protect the body of a rocket or jet from the intense heat it faces while flying.

Existing heat shields are often very thick compared to the base they protect”, said Ayou Hao, a research faculty member at HPMI.

The test: the advantages of nanotubes

This design lets engineers build a very thin shield, like a sort of skin that protects the aircraft and helps support its structure. After building heat shields of varying thicknesses, the researchers put them to the test.

One test involved applying a flame to the samples to see how they prevented heat from reaching the carbon fibre layer they were meant to protect. After that, the researchers bent the samples to see how strong they remained.

They found the samples with sheets of buckypaper were better than control samples at dispersing heat and keeping it from reaching the base layer. They also stayed strong and flexible compared to control samples made without protective layers of nanotubes.

That flexibility is a helpful quality. The nanotubes are less vulnerable to cracking at high temperatures compared to ceramics, a typical heat shield material. They are also lightweight, which is helpful for engineers who want to reduce the weight of anything on an aircraft that doesn’t help the way it flies.

Source: Florida State University


Leggi anche

Access panel in recycled thermoplastic composites

All’interno del progetto TPC-Cycle recycling, è stato sviluppato un pannello di accesso per aeromobili in materiale composito termoplastico riciclato ed è stato testato con successo in volo. Il pannello è stato ottenuto utilizzando un nuovo processo di riciclaggio, che ha permesso di rendere il componente più leggero e meno costoso rispetto ai pannelli standard…

Leggi tutto…

Clean Sky 2 NEWCORT project

All’interno del programma Clean Sky 2 finanziato con fondi Horizon 2020, di recente sono stati presentati due progetti che rientrano negli obiettivi generali del programma, ovvero ridurre CO2, emissioni di gas e livelli di rumore prodotti dagli aerei. I due progetti hanno sviluppato rispettivamente una tecnologia per consentire migliori riparazioni per strutture complesse e un prototipo di un sistema di misurazione per monitorare le condizioni degli aeromobili…

Leggi tutto…

Le ali sono una delle cause del rumore degli aerei. Quando i dispositivi di alta portanza e le superfici di controllo incontrano l’ala, c’è una brusca transizione tra questi profili alari e l’aria che li circonda verso la parte fissa dell’ala. Studi aerodinamici hanno dimostrato che tali transizioni sono tra le cause del rumore. Una superficie flessibile tra l’ala e le superfici mobili può ridurre il rumore in quest’area? I ricercatori del Centro aerospaziale tedesco (DLR) insieme ad altri enti ha lavorato al progetto FlexMat, che prova a rispondere a questa domanda…

Leggi tutto…

I compositi fibrorinforzati sono ampiamente utilizzati nell’industria aerospaziale e in altre industrie ad alta tecnologia. Comprendere in che modo la loro microstruttura e la forza dell’interfaccia fibra/matrice influenzano le loro proprietà di rottura può aiutare a produrre materiali più resistenti. Un recente studio dell’Università dell’Illinois propone un modello per identificare le sensibilità alla fessurazione (cracking) trasversale, uno dei processi chiave di fallimento dei laminati compositi, nella microstruttura composita…

Leggi tutto…

La tecnologia CFIP (Continuous Fibre Injection Process) è stata sviluppata e brevettata da Eurecat Centro Tecnológico de Catalunya e consente di rinforzare parti in plastica, metalli o ceramica prodotte con stampa 3D con fibre continue in carbonio, aumentandone la resistenza e riducendo il peso…

Leggi tutto…