激光强化冲击技术增强飞机可靠性和延寿

浏览次数: 发布时间: 2016-7-20

美国辛辛那提大学工程与应用科学学院机械和材料工程系S.R. "Manny" Mannava和Vijay K. Vasudevan两位教授同欧洲空中客车公司合作,展开研究,研究目的是使飞机更有弹性、更持久和更有效率。他们的研究,利用激光改变金属物理、机械和环境性能,延长寿命的同时,使其强度更大、更耐用,且更加耐腐蚀。这一过程被称为激光冲击技术,简称LSP。 


    通俗点来讲,LSP就是由几个激光器串联组成一个复杂的激光系统,用红外线光束照射金属的一部分,通常是照射用于飞机结构和组件的铝、钛或镍基超合金;用激光深深地压缩和改变金属结构,增强其性能。


    金属经过加工,其表面出现一种成脊状的几何网格,那就是增强其抗疲劳和抗腐蚀性样品的一部分。举几个例子来说,每一个样品都要经过一些列严格的处理和压力、温度和环境测试,其结构和化学性能需要从它的纳米结构进行评估。


    尽管LSP听起来相当简单,但是它绝不普通,辛辛那提大学是美国唯一一所提供LSP用于研究和开发的大学,是俄亥俄州先进材料设备激光冲击处理中心的原型。该中心是近期刚刚成立的,获得了俄亥俄州第三前沿计划项目三百万美金的拨款。据悉,是通用电气公司开发的这项技术,并申请了专利;通用公司于2005年将原始设备和技术赠给了辛辛那提大学。


    Mannava教授解释说,“重要的飞机组件是用耐高压、抗疲劳和耐腐蚀的高强度材料制成的。一旦这些重要组件失效,飞机可靠性将会大打折扣。我们假设,我们用激光冲击技术对这些组件施加深深的、压缩的、剩余的压力,我们谨慎地用控制性的方法来增强金属的性能,使其不易失效。这个过程可能也包含很多的失败,应该是会出现的。”


    Vasudevan教授说:“当我们确认金属自身不会因疲劳、裂缝或腐蚀失效,我们就会用这项技术增强原型所需大块金属的性能,最终实现大规模生产。我们也会进行基础研究,以进一步理解这项技术对于材料性能的作用,从而优化这项技术在未来特定领域的应用。”    同空中客车合作的这个LSP项目,是辛辛那提大学以研究服务商业、作为创新孵化器愿景的最新表现。就在一年前,辛辛那提大学成立了辛辛那提大学研究所(简称UCRI),旨在将企业同各种资源、实验室、学院教师和辛辛那提大学的研究项目连接起来。UCRI已经在广泛领域发挥了巨大作用,增强了大学对企业的贡献。


    辛辛那提大学研究所CEO David Linger表示,“同一所大学合作,有时候是令人敬畏的,势头不可阻挡。有很多的学院、教师和设施可用,更不用说各种各样水平的学生经验,从本科到研究生到博士后的各种资源。我们消除麻烦,使企业同辛辛那提大学的精英们之间联系起来更容易,加速新产品、加工和创新的路径。”


    美国空中客车公司研究和技术总监David Hills对于目前取得的成果十分满意。他说,“如果我们可以改善我们铝合金组件的性能、减少他们随时间的老化,我们就可以增强飞机可靠性和延长其寿命。这对于人类和商业都具有重要意义。”

    辛辛那提大学做得最好的就是将研究成果转化为实时的产业变化。如果同空中客车公司正在开展的这个项目是一个启示,那么创新之路正在快速前进。到目前为止,Mannava, Vasudevan两位教授和他们的研究生们已经完成了成百上千的样品的加强和测试。

    尽管研究团队表示这项技术最终将应用于许多其他高科技产品,但是目前,这项技术正在进行用于客机的测试。更深层次的研究甚至可能为各地的金属制造商开启一个全新的世界。

    辛辛那提大学研究所CEO David Linger表示,“医疗器械、汽车、发电、核成像组件和化学处理,这些所有应用的开展都依赖于合金的强度和耐腐蚀性能。将LSP技术应用到更广阔的产业中去的可能性真地是永无止境,又一次证明学术界和产业界结合可以改变生活。”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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