Cómo una piel más dura puede cambiar la forma de un avión invisible

Los cazas y bombarderos furtivos se encuentran entre los aviones más caros del mundo y dependen de un caparazón de polímero que absorbe el radar para evitar ser detectados. Pero este polímero es tan delicado que estos aviones de alta gama deben diseñarse para proteger la piel, incluso si eso significa un deterioro en el rendimiento del aire.

El nuevo material puede cambiar eso. Al crear una piel más resistente que también tiene propiedades de sigilo más deseables, los científicos creen que el nuevo material permitirá a los diseñadores repensar este jet.

“Todo se reduce a: si obtenemos el apoyo que necesitamos para escalar, fabricantes de aviones podrá rediseñar completamente los aviones furtivos ”, dice Chengying” Cheryl “Xu, cuyo equipo de investigación en NC State desarrolló un material más duro que absorbe los radares. la próxima generación de aviones furtivos que será más rápido, más ágil y capaz de viajar más lejos. “

Desafíos

Los aviones furtivos existentes están recubiertos con polímeros que absorben el radar. Estos materiales pueden absorber el 70-80% de la energía del radar. Combinado con otras características de diseño, esto puede hacer que la señal del radar de la aeronave sea muy débil. Si bien esto no hace que los aviones sean realmente “invisibles” para los radares, sí los hace terriblemente difíciles de ver. Y esto le da al avión una gran ventaja en situaciones militares. (Es por eso que se espera que aumente el gasto en aviones furtivos).

Sin embargo, estos materiales absorbentes de radar tienen limitaciones importantes.

Primero, los polímeros absorbentes de radar no son muy duraderos. La exposición a la sal, la humedad y los abrasivos puede degradar o incluso pelar estos materiales muy rápidamente.

Otro problema es que los polímeros que absorben el radar se degradan a temperaturas superiores a 250 grados Celsius, lo que genera dos importantes desafíos de diseño.

Hay dos lugares en el arroyo que pueden ser particularmente calurosos. En el caso de los aviones supersónicos, uno de esos lugares es el borde de ataque de las alas. Cuando el borde del ala golpea el aire que se aproxima altas velocidadesgenera una tremenda fricción. Esto puede resultar en puntos calientes en el borde del ala por encima de 250 ° C. Esto afecta el diseño del ala en sí, reduciendo la fricción y los puntos calientes asociados. Sin embargo, estas consideraciones de diseño tienen un impacto en el desempeño de la aeronave.

La segunda área de alta temperatura está en la parte trasera del avión, ya que incluso las temperaturas de escape más frías superan los 250 ° C. Esto requirió que los diseñadores de aviones ocultaran boquillas de escape extremadamente largas y gruesas para garantizar que la capa exterior de las boquillas de escape de la aeronave no se ensucie demasiado caliente para la piel que absorbe el radar. Desafortunadamente, la forma y el peso de estas boquillas hacen que el avión sea menos eficiente en combustible, más lento y menos maniobrable.

Una solución prometedora

Para hacer frente a estos impresionantes desafíos, Xu y sus colegas han creado un material cerámico que tiene un conjunto de características igualmente impresionante.

Primero, las pruebas de laboratorio han demostrado que las cerámicas absorben más el radar que los polímeros existentes, pudiendo absorber el 90% o más de la energía del radar. Como resultado, el radar es mucho más difícil de “ver”.

Además, el material es impermeable y más duro que la arena. En otras palabras, puede soportar mejor las duras condiciones.

Además, el material cerámico conserva sus propiedades de absorción de radar a temperaturas de hasta 1800 C (y frías hasta -100 C).

La cerámica se puede aplicar a la superficie de todo el avión, y su combinación de fuerza y ​​resistencia a la temperatura permitiría a los ingenieros de aviación diseñar aviones que no estén limitados por la fragilidad de los polímeros utilizados en generaciones anteriores de vehículos furtivos.

De hecho, aplicar la “piel” cerámica es bastante sencillo. Se rocía un precursor cerámico líquido sobre la superficie de la aeronave. Cuando un precursor líquido se expone al aire ambiente, sufre una serie de reacciones químicas y se convierte en un sólido. material cerámico.

“Este proceso lleva de uno a dos días”, dice Xu.

¿Que sigue?

Las características del material se establecieron sobre la base de pruebas de laboratorio. Sin embargo, debido a las limitaciones de costos, los científicos solo hicieron y probaron muestras que son lo suficientemente pequeñas como para caber en la palma de su mano.

“Recientemente obtuvimos fondos de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea para producir y probar muestras mucho más grandes, por lo que estamos trabajando en eso ahora”, dice Xu. “En última instancia, esperamos trabajar con socios de la industria para escalar y comenzar a trabajar en la próxima generación de tecnologías furtivas. avión“.

El trabajo hasta el momento ha sido descrito en tres artículos publicados en la revista Materiales e interfaces ACS: “Compuestos cerámicos de banda ancha, sintonizables y absorbentes de microondas, hechos de cerámica SiOC a base de polímeros y cerámica de oxidación superficial parcial de temperatura ultra alta”, “Compuestos cerámicos de temperatura ultra alta a base de polímero SiOC para aplicaciones electromagnéticas de alto rendimiento Protección contra interferencias” y ” Un sistema multifuncional de composites cerámicos para protección térmica y apantallamiento simultáneo de interferencias electromagnéticas para composites poliméricos reforzados con fibra de carbono ”.