I bordi d'attacco delle ali degli aerei devono soddisfare una serie di caratteristiche molto esigenti. Una nuova ricerca mostra che una combinazione di schiuma metallica composita in acciaio (CMF) e resina epossidica ha caratteristiche più desiderabili per l'uso come materiale all'avanguardia rispetto all'alluminio attualmente in uso diffuso.

"Chiamiamo il nostro materiale ibrido 'CMF infuso, '" dice Afsaneh Rabiei, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. "E mentre il CMF infuso ha all'incirca lo stesso peso dell'alluminio, è più resistente e ha altre caratteristiche che lo rendono più appetibile da una prestazione di volo, punto di vista della sicurezza e del risparmio di carburante."

CMF è una schiuma costituita da cavi, sfere metalliche, realizzate in materiali come acciaio inossidabile o titanio, incorporate in una matrice metallica in acciaio, alluminio o leghe metalliche. Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato CMF acciaio-acciaio, il che significa che sia le sfere che la matrice erano in acciaio. Il lavoro precedente ha scoperto che la schiuma di metallo è straordinariamente resistente:può resistere a colpi di calibro .50, resistere alle alte temperature, e bloccare la pressione dell'esplosione da proiettili incendiari ad alto potenziale esplosivo.

Il CMF infuso viene realizzato immergendo il CMF acciaio-acciaio in una resina epossidica idrofoba e utilizzando le forze del vuoto per tirare la resina sia nelle sfere cave che nei pori molto più piccoli presenti nella matrice di acciaio stessa. Ciò si traduce in circa l'88% dei pori del CMF che viene riempito con resina epossidica.

I ricercatori hanno quindi testato sia il CMF infuso che l'alluminio di grado aerospaziale per vedere come si comportavano in tre aree:angolo di contatto, che determina la velocità con cui l'acqua defluisce da un materiale; adesione degli insetti, o quanto bene le parti di bug si sono attaccate al materiale; e usura delle particelle, o quanto bene il materiale resiste all'erosione. Tutti questi fattori influenzano le prestazioni del bordo d'attacco dell'ala di un aeroplano.

L'angolo di contatto è una misura di quanto bene l'acqua si accumula su una superficie. Più basso è l'angolo di contatto di un materiale, più l'acqua si aggrappa alla superficie. Ciò è rilevante per le ali degli aeromobili perché l'accumulo di acqua su un'ala può influire sulle prestazioni dell'aeromobile. I ricercatori hanno scoperto che il CMF infuso aveva un angolo di contatto del 130% superiore a quello dell'alluminio, un miglioramento significativo.

L'adesione degli insetti viene misurata in due modi:dall'altezza massima dei residui di insetti che si accumulano su un materiale, e dalla quantità di area coperta da residui di insetti sulla superficie di un materiale. Ancora, il CMF infuso ha superato l'alluminio del 60% rispetto all'altezza massima, e del 30% rispetto alla superficie coperta.

I ricercatori hanno anche condotto esperimenti con graniglia per simulare l'erosione causata dall'usura che si verifica nel tempo quando le ali degli aerei sono in uso. I ricercatori hanno scoperto che, mentre la sabbiatura ha aumentato la rugosità superficiale per CMF infuso, è comunque andata meglio dell'alluminio. Per esempio, al suo peggio, Il CMF infuso aveva ancora un angolo di contatto del 50% superiore a quello dell'alluminio.

In altre parole, il CMF infuso ha mantenuto le sue proprietà attraverso l'erosione e l'usura, il che indica che darebbe ai componenti dell'ala all'avanguardia una durata maggiore e ridurrebbe i costi associati alla manutenzione e alla sostituzione.

"L'alluminio è attualmente il materiale di scelta per realizzare il bordo d'attacco delle ali degli aerei ad ala fissa e ad ala rotante, " Rabiei dice. "I nostri risultati suggeriscono che il CMF infuso può essere un valido sostituto, offrendo migliori prestazioni a parità di peso.

"Per lo stesso motivo, i risultati suggeriscono che potremmo utilizzare materiali diversi per la matrice o le sfere per creare una combinazione che funzioni come l'alluminio convenzionale a una frazione del peso. In entrambi i casi, stai migliorando le prestazioni e l'efficienza dei consumi."