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飞行安全新纪元 未来飞机将具自愈能力
打印版 阿波罗新闻网2008-06-23讯】 作者:者林秀璟编译报导   
 

一项新发明使得当机身因外物冲击而产生凹痕或裂缝时,新材质便会自动流出做“自我修复”,藉以提高飞航安全。(Getty Images)

 
一项源于自然界动植物自愈能力启发的新发明,有可能改写飞航安全。新技术降低了飞机于飞行时,因外击造成机身受损的风险;当机身因外物冲击而产生凹痕或裂缝时,新材质便自动流出做“自我修复”的动作,藉以提高飞航安全。
 
根据美国有线电视MSNBC报导,环氧树脂(epoxy resin)就是让飞机得以“自我修复”的功臣。科学家应用动植物自愈能力的灵感,发明此项新科技,使飞行中受到损坏的飞机,可以自行修复,甚至在飞机降落时可以自动指出任何微小的伤痕。假如技术成熟并且测试成功,未来将扩及运用至风力涡轮发电甚或太空船。

新技术是一种纤维强化聚合物(fiber-reinforced polymers),这种塑料最近被广泛运用于飞机、太空船、汽车与风力涡轮发电机的制造,使用这种材料让物体表面产生像皮肤一样的保护膜。

研究计划主持人英国布里斯托大学航太工程师庞德(Ian Bond)博士表示,这种特殊的修复方法能够处理肉眼不易察觉的细微毁损,小伤口容易被轻忽,却有可能导致整体结构失调,触引潜在飞航危机。

让飞机具备凝血功能

由英国工程与自然科学研究委员会(Engineering and Physical Sciences Research Council, EPRSC)资助的研究团队,研究人员在中空的玻璃纤维注入环氧树脂和硬化剂,他们观察断裂的玻璃纤维,环氧树脂和硬化剂渗出后,让复合材料能够自动修补的情况。

将此技术应用在飞机上,若机身出现细微的裂缝,譬如因磨损、疲劳或石块撞击等原因,那嵌入机身的环氧树脂,将从裂缝附近的导管“流出”,迅速缝合伤口,恢复完整结构。此外,藉由加入萤光颜料的环氧树脂的“流出”,机体清楚显示补钉之处,将有助于后续例行的地勤检查。

黑色碳纤维聚合物并不容易加颜料来改变颜色,带磁性的奈米微粒(nanoparticles)也许可以与环氧树脂混合,利用可控制磁性扫瞄器来侦测任何变化。

另外,有一批科学家则使用红外线摄影机,来有效找出隐藏于飞机表面下的伤痕。超音波可以发现日益扩大甚至影响飞航安全的伤痕,使用复合材料的光纤感测器可以测量机械的疲乏与温度。

早期成功的测试

尽管庞德所领军的研究团队,仍停留在飞机自愈能力应用的测试上。但是环氧树脂网络在模拟外物撞击或飞机跑道上碎片的“落锤试验” (drop-weight test),结果令人满意;环氧树脂流出自动修复机身的过程,能使复合材料恢复到原本强度的8、9成,让飞机飞行安全无虞。

庞德指出这种修复方法,也能够降低飞机复合层彼此脱离的风险,环氧树脂可以强化机壳,让它们不易断落。

这项新技术让未来设计更轻巧飞机的可能性增加,有助于节省燃油,并可进一步减少碳的排放量。目前空中巴士与波音公司皆对此新技术表示兴趣。庞德预期未来5至10年之内,就可以看到商业化成果。

这项自我愈合的技术对可再生能源产业而言,也是一项利多。庞德表示,欧洲一些官员希望可以运用此技术在风力涡轮发电上,因为涡轮机维修成本很高。如果涡轮机在受损后有自我修复能力,那就可以大大降低维运成本。

庞德甚至指出该项技术应用在太空的可能性,但必须执行更多的安全测试,并且考虑到材质本身的局限性。

目前的限制

普渡大学航空太空工程教授史奈德(Steven Schneider),质疑环氧树脂和硬化剂在密闭机舱中的耐储时间,以及这些材质注入机身后的所增加的总重量。

匹兹堡卡内基美隆大学(Carnegie Mellon University)工程与公共政策教授、同时也是一名风险分析师费希贝克(Paul Fischbeck)指出,这是一项很棒的发明,自我愈合的技术或许可以提供更佳的成本效益比。但是否真能降低重大风险仍有待观察,他也担心新技术所带来的优势被过度渲染。

费希贝克认为运用新技术时,必须考量以下几点:新技术会滋生其他的额外成本吗?现有的复合纤维里加进玻璃弹壳对整体结构会有影响吗?即使树脂自动修复能使复合材料恢复其原本强度的8、9成,但还是不够,至少必须增加原来设计的安全系数足够以抵消机体本身10%至20%的损耗。费希贝克强调,对于一些军事上的应用,风险更大,所以安全考量更为关键。

庞德认为新技术必须要极小化外加环氧树脂可能造成的结构性影响,如:超重,他说:“通常植物可以承受较大的伤害,即使在树干上用斧头砍一刀,它仍可继续生存。但是,动物就不一样了。”庞德的研究团队正研发下一代的新技术,希望可以克服目前所遭遇到的困难。他们计划导入循环系统,让环氧树脂与硬化剂可以在网络间流动,并可以再补充以重复自我修复。

 

 

责任编辑:紫薇         来源:大纪元

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