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飞行安全新纪元 未来飞机将具自愈能力

发布时间:2018-02-04 08:07:24来源:未知点击:

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) 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,