Российские учёные нашли новый способ поглощения импульсных воздействий. Как это работает?
Как сообщает РИА Новости, сотрудники НИЯУ МИФИ разработали специальные смеси для защиты объектов от высокоэнергетического импульсного воздействия – удара или взрыва. В эти смеси входят нанопористый порошкообразный материал и жидкость, которая не проникает в поры при нормальных условиях, не смачивает материал и не пропитывает его. Их свойства изучены в специальных экспериментальных камерах, которые могут служить прототипом реальных устройств, а также на экспериментальных стендах.
Подбирая материалы и их количество, можно контролировать усилие на защищаемый объект. По словам учёных, их идея заключается в использовании явления заполнения пористых материалов несмачивающими жидкостями, которое возможно только при давлении выше атмосферного. Важно и то, что жидкость может вытекать из пор материала при уменьшении давления. Разность между давлениями, при которых жидкость затекает в поры и вытекает из них, определяет долю поглощенной такой смесью энергии.
Чем больше разность, тем больше доля поглощенной энергии. Нагрев таких смесей в процессе заполнения-вытекания жидкости составляет лишь проценты от поглощенной энергии, и устройство, основанное на изучаемом принципе, практически не нагревается в процессе работы. До сих пор поглощение импульсных воздействий осуществлялось устройствами двух видов: пружинного типа, которые за счет упругой деформации увеличивают время воздействия и практически не поглощают энергию; и гидравлическими системами, которые преобразуют энергию в тепло за счёт перетекания жидкости через тонкие каналы, но не дают возможность многократного использования.
Классический пример устройства, в котором реализована комбинация пружинного и гидравлического принципов, это автомобильный амортизатор. В нем происходит и диссипация энергии, и возврат устройства в исходное состояние. Основными недостатками классических систем, по словам учёных НИЯУ МИФИ, являются перегрев и увеличение силы, действующей на защищаемый объект, при увеличении мощности воздействия.
Также реализуются схемы поглощения энергии удара за счёт необратимой деформации (сминания) материала при ударе. Так работают, например, ячеистые структуры в бамперах, обладающие высокой энергоёмкостью. В свою очередь, смесь, которую предложили сотрудники НИЯУ МИФИ, позволяет совместить высокую удельную энергоёмкость (до 20 джоулей на грамм материала), фиксированную величину усилия на защищаемый объект, многократность использования и низкое тепловыделение.
Уникальная смесь за миллисекунды поглощает энергию внешнего импульсного воздействия