Dangų supergalios padaro neįmanomus dalykus

Reaktyviniai varikliai yra vienas žiauriausių inžinierių žygdarbių, kokį kada nors sugalvojo žmonės.

Tačiau reaktyviniai varikliai neturėtų būti įmanomi, sako Benas Beake’as, Velso įrangos testavimo bendrovės „Micro Materials“ medžiagų tyrimų direktorius.

„Įeinantis oras yra karštesnis nei po juo esančio metalo lydymosi temperatūra – tai akivaizdžiai nėra gerai“, – aiškina jis ir nurodo, kad šis oras pasiekia gerokai aukštesnę nei 1000 C temperatūrą.

Reaktyvinių variklių dizaineriai šią problemą apėjo taikydami karščiui atsparios keraminės dangos prie variklio mentes. Ir dabar mokslininkai kuria dar tvirtesnes dangas, kurios leidžia varikliui veikti dar karštiau.

„Jei jis taps karštesnis, labai sutaupysite degalų ir CO2“, – sako dr. Beake’as. Jis apskaičiavo, kad padidinus temperatūrą tik maždaug 30 laipsnių, galite sutaupyti 8 % degalų.

Tai yra dangų galia – jos radikaliai pakeičia pagrindinės medžiagos funkcionalumą ir galimybes. Nedaug žmonių supranta, kokie jie svarbūs, tačiau šios perdangos ir faneros gali papildyti didelio našumo mašinas arba užtikrinti, kad brangi įranga atlaikytų atšiauriausią aplinką.

Daktaras Beake’as ir jo kolegos yra įpareigoti peržengti dangų ribas, kad pamatytų, kokios jos iš tikrųjų tvirtos ar veiksmingos. Jo klientai ne visada pasiekia norimų rezultatų. Jis prisimena prieš kelerius metus pasakęs vienam raketų gamintojui: „Sulaužėme jūsų dangą“. „Jie audrojo dūzgdami“, – sako daktaras Beake’as.

Be to, kad danga veikia aukštai temperatūrai, „Micro Materials“ taip pat turi „mednio“ įtaisą – mažytį deimantinį rašiklį, kuris pakartotinai baksteli dangą atsitiktinėse vietose, kad patikrintų jos patvarumą.

Neseniai įmonė bendradarbiavo su JK įsikūrusia „Teer Coatings“, kad išbandytų produktą, kuris galėtų būti naudojamas palydovų komponentams, įskaitant pavaras ir guolius, naudojamus įvairiose judančiose dalyse.

Tai sudėtinga užduotis, sako Xiaoling Zhang iš bendrovės, nes danga turi apsaugoti tokius komponentus tiek prieš paleidimą (kai jie yra veikiami atmosferos drėgmės žemės lygyje), tiek orbitoje, nuo dulkių dalelių ir spinduliuotės erdvėje. Tačiau ji tvirtina, kad norimų rezultatų firma pasiekė.

Tačiau dangos ne tik apsaugo erdvėlaivius, bet ir gali neleisti astronautams susirgti.

Bioplėvelės – niūrios bakterijų sankaupos vamzdžių viduje – greičiau auga žemos gravitacijos aplinkojeo tai gali būti problema vandens tiekimui ar mašinoms, kurios, pavyzdžiui, perkelia skysčius kosminėse stotyse ar būsimuose erdvėlaiviuose.

„Žinoma, kad bioplėvelės sukelia mechaninius gedimus“, – sako Kripa Varanasi iš Masačusetso technologijos instituto. „Tu nenori šito.”

Prof Varanasi ir jo kolegos sukūrė daugybę dangų, kurios padaro paviršius slidžius ir todėl atsparius bioplėvelių susidarymui. Vienos tokios dangos bandymai eksperimente, atliktame Tarptautinėje kosminėje stotyje, parodė, kad ji dirbo kaip numatyta.

Dangos idėja yra sumaišyti kietą medžiagą ir tepalą. Tada jis purškiamas ant vamzdžio ar vamzdžio vidaus, todėl vidinis paviršius tampa itin slidus.

Prof. Varanasi anksčiau skelbė antraštes kurdamas panašias dangas dantų pastos pakelių vidų – kad galėtumėte pašalinti kiekvieną dantų pastos dalelę. Jis ir jo kolegos komercializavo technologiją per savo išplėtotą įmonę „LiquiGlide“.

Slidumas, ko gero, yra neįvertintas požymis. Nuria Espallargas iš Norvegijos mokslo ir technologijų universiteto su kolegomis sukūrė silicio karbido pagrindu pagamintą dangą įrangai, naudojamai aliuminio gamyboje ar remonte.

Tai savotiškas nepridegantis keptuvės tirpalas, o tai reiškia, kad ant šios brangios įrangos neužstringa išlydyto aliuminio sluoksniai. Tačiau tikslus šios konkrečios dangos veikimas šiuo metu yra paslaptis.

„Jei atvirai, mes tikrai nežinome, kaip tai veikia, mechanizmas šiuo metu nežinomas“, – sako prof. Espallargas.

Nepaisant to, dangą galima įsigyti per jos išplėtotą įmonę Seram Coatings. Tai išbandė JAV įmonė „Atlas Machine and Supply“, gaminanti ir remontuojanti pramonines mašinas.

„Tikroji nauda yra pailginant įrankių tarnavimo laiką ir gerinant gaminamų produktų kokybę“, – sako Jeremy Rydberg, vyriausiasis inovacijų pareigūnas.

Jis sako, kad be dangos „Atlas“ kas dvi dienas turi perdaryti volinius įrankius, kuriais apdoroja aliuminį. Tai kainuoja 4,5 mln. USD per metus. Tačiau naujoji danga reiškia, kad šie įrankiai tarnaus visą savaitę, o ne tik kelias dienas, todėl atstatymo išlaidos sumažinamos iki maždaug 1,3 mln. USD per metus.

Dangos gali padaryti nuostabių dalykų, tačiau jos ne visada veikia taip, kaip numatyta, pažymi Andy Hopkinsonas, bendrovės „Safinah Group“, įmonės, kuri dažnai kviečiama ištirti, kada dangos sugenda, generalinis direktorius.

„Šiuo metu matome daug problemų su automobilių stovėjimo aikštelėmis, kur jų pasyvioji priešgaisrinė sistema nusilupa“, – sako jis, turėdamas omenyje ugniai atsparius dažus, kartais tepamus ant betoninių konstrukcijų.

Be to, jo įmonė nustatė, kad komerciniams laivams dengtos dangos ne visada neleidžia uogoms ir kitiems jūros gyvūnams prisitvirtinti prie korpuso. Ši problema, žinoma kaip biologinis užsiteršimas, padidina trintį, ty laivo variklis turi dirbti stipriau – ir sudeginti daugiau kuro.

Nepaisant to, kad yra dangų, kurios žada padėti, laivų savininkai ne visada pasirenka tinkamą savo laivui. Šis pasirinkimas turėtų priklausyti nuo to, kur laivas plaukia, kiek laiko jis turi būti nenaudojamas, o ne judantis ir pan., sako dr. Hopkinsonas.

Tokių problemų sprendimo kaina gali siekti tūkstančius ar net milijonus svarų. „Paprastai dažai kainuoja nuo 1 iki 2% projekto kainos. Problema ta, kad kai viskas vyksta ne taip, išlaidos tampa eksponentinės“, – sako J. Hopkinsonas.

Tačiau šioje srityje dirbantys mokslininkai teigia, kad dar yra daug galimybių tobulinti dangas ir kurti naujas, kurios ateityje galėtų drastiškai pagerinti mašinų ar infrastruktūros veikimą.