Российские учёные нашли новый способ поглощения импульсных воздействий. Как это работает?
Уникальная смесь за миллисекунды поглощает энергию внешнего импульсного воздействия
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.
