ஹைப்பர்சோனிக் வாகனங்கள்—மாக் 5 மற்றும் அதற்கு மேல் பயணிப்பவை—விமானப் போக்குவரத்தின் மிகக் கடுமையான சூழல்களில் ஒன்றை எதிர்கொள்கின்றன: வளிமண்டல உராய்வு அவற்றின் மேற்பரப்புகளை ஆயிரக்கணக்கான டிகிரிகளுக்கு சூடாக்குகிறது. உணர்திறன் கொண்ட மின்னணுவியலைப் பாதுகாப்பதற்கும் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டைப் பேணுவதற்கும் அதிநவீன குளிரூட்டும் அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. ஆனால் இன்றைய வெப்ப மேலாண்மை வன்பொருள் கனமானது, பருமனானது, மேலும் பெரும்பாலும் பணி செயல்திறனில் ஒரு வரம்புக்குட்பட்ட காரணியாக உள்ளது. ஜான்ஸ் ஹாப்கின்ஸ் பல்கலைக்கழகத்தின் அப்ளைடு பிசிக்ஸ் ஆய்வகத்தைச் சேர்ந்த (APL) பொறியாளர்கள், சேர்க்கை உற்பத்தி மற்றும் கட்ட-மாற்ற பொருட்களைப் பயன்படுத்தி, குளிரூட்டும் அமைப்பின் அளவு மற்றும் எடையை 50 சதவீதத்திற்கும் அதிகமாக குறைக்கக்கூடிய ஒரு புதிய வகை ஹீட்சிங்க்கை உருவாக்கி வருகின்றனர்.
ஹைப்பர்சோனிக் விமானத்தின் வெப்ப தடை
ஹைப்பர்சோனிக் வேகத்தில், ஒரு வாகனத்தைச் சுற்றியுள்ள காற்று வெறுமனே பாய்வதில்லை—அது அழுத்துகிறது, வெப்பமடைகிறது, மற்றும் வேதியியல் ரீதியாக வினைபுரிகிறது. இதன் விளைவாக ஏற்படும் காற்றியக்க வெப்பம் முன்னணி விளிம்புகளில் 2,000°C க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையைத் தள்ளக்கூடும், அதே நேரத்தில் உட்புற ஏவியோனிக்ஸ் சில நூறு டிகிரிகளைத் தாண்டினால் செயலிழக்கக்கூடும். செயலில் உள்ள குளிர்பதன சுழற்சிகள் அல்லது திரவ-குளிரூட்டப்பட்ட குளிர் தகடுகள் போன்ற பாரம்பரிய குளிரூட்டும் தீர்வுகள் பெரும்பாலும் நேர்த்தியான, வேகமான தளங்களுக்கு மிகப் பெரியவை அல்லது மிகவும் கனமானவை. அவை விலைமதிப்பற்ற சக்தியை உட்கொள்கின்றன மற்றும் சிக்கலைச் சேர்க்கின்றன.
சிறிய ஹைப்பர்சோனிக் ஏவுகணைகள், இடைமறிப்பு வாகனங்கள் மற்றும் ஸ்க்ராம்ஜெட்-இயங்கும் மாதிரிகள் ஆகியவற்றிற்கு இந்த சவால் மிகவும் கடுமையானது, ஏனெனில் ஒவ்வொரு கிலோகிராமும் முக்கியமானது. குளிரூட்டும் வன்பொருள் எடையைக் குறைக்கும் ஒரு வாகனம் அதிக எரிபொருள், அதிக பேலோடு அல்லது அதிக தூரம் மற்றும் வேகமாக பறக்க முடியும். அதனால்தான் APL இன் சிறிய, இலகுரக ஹீட்சிங்க்கிற்கான முயற்சி விண்வெளி மற்றும் பாதுகாப்பு வட்டாரங்களில் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது.
கட்ட-மாற்ற ஹீட்சிங்க்குகள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன
கட்ட-மாற்ற பொருட்கள் (PCMs) திடத்திலிருந்து திரவமாக மாறும்போது அதிக அளவு வெப்பத்தை உறிஞ்சி, வெப்ப கடற்பாசிகள் போல செயல்படுகின்றன. வெப்பத்தை கடத்தி வெளியேற்றும் சாதாரண ஹீட்சிங்க்குகளைப் போலல்லாமல், PCM கள் குறிப்பிடத்தக்க வெப்பநிலை உயர்வு இல்லாமல் வெப்பத்தை உறிஞ்ச முடியும். இது ஹைப்பர்சோனிக் வேகம் போன்ற அதிக வெப்பம், குறுகிய கால நிகழ்வுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.
ஒரு பொதுவான PCM அடிப்படையிலான ஹீட்சிங்க், பொருளை உலோக அமைப்பில், பெரும்பாலும் அலுமினியம் அல்லது செம்பில் பதிக்கிறது. வாகனம் வெப்பமடையும் போது, PCM உருகி, வெப்ப ஆற்றலைச் சேமித்து, இணைக்கப்பட்ட மின்னணுவியலை முக்கியமான வெப்பநிலைக்குக் கீழே வைத்திருக்கிறது. ஆனால் உருகும் போது ஏற்படும் அளவு மாற்றம், பல PCM களின் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் வலுவான கொள்கலனின் தேவை ஆகியவை வரலாற்று ரீதியாக அவற்றின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்தியுள்ளன.
சேர்க்கை உற்பத்தி ஒரு விளையாட்டை மாற்றும் காரணியாக
APL இன் கண்டுபிடிப்பு ஹீட்சிங்க் எவ்வாறு தயாரிக்கப்படுகிறது என்பதில் உள்ளது. 3டி பிரிண்டிங்கைப் பயன்படுத்தி, பொறியாளர்கள் வழக்கமான எந்திரத்தால் சாத்தியமில்லாத சிக்கலான உள் லட்டு வடிவவியலை உருவாக்க முடியும். இந்த நுண் கட்டமைப்புகள் வெப்ப ஓட்டத்தை மேம்படுத்தவும், PCM இன் விரிவாக்கத்தை நிர்வகிக்கவும், வெப்ப செயல்திறனை மேம்படுத்தும் மேற்பரப்பு-அதிகரிக்கும் அம்சங்களை இணைக்கவும் சரிசெய்யப்படலாம்.
சேர்க்கை உற்பத்தி ஒருங்கிணைப்பையும் எளிதாக்குகிறது. வழக்கமாக தயாரிக்கப்பட்ட அமைப்பில், ஹீட்சிங்க் தனித்தனியாக எந்திரம் செய்யப்பட்டு, சீல் வைக்கப்பட்டு, வெப்ப மூலத்துடன் இணைக்கப்பட வேண்டும். APL இன் வடிவமைப்பில், ஹீட்சிங்க், PCM கொள்கலன் மற்றும் இணைப்பு புள்ளிகள் ஒரு ஒற்றை மோனோலிதிக் கட்டமைப்பாக அச்சிடப்படலாம். இது மூட்டுகள், சாத்தியமான கசிவு பாதைகள் மற்றும் அசெம்பிளி நேரத்தை குறைக்கிறது. இது ஹீட்சிங்க்கை இணக்கமானதாக மாற்ற உதவுகிறது—ஹைப்பர்சோனிக் வாகனத்தின் உள்ளே கிடைக்கும் இடத்திற்கு வடிவமைக்கப்பட்டு, வெப்ப ரீதியாக திறமையற்ற பெட்டியைச் சுற்றி தங்கள் தளவமைப்பை மாற்றியமைக்க வடிவமைப்பாளர்களை கட்டாயப்படுத்தாமல்.
எடை மற்றும் அளவு சேமிப்பு
ஆராய்ச்சியாளர்களின் கூற்றுப்படி, புதிய அணுகுமுறை அளவு மற்றும் எடை இரண்டையும் 50 சதவீதத்திற்கும் அதிகமாக குறைக்கிறது. குளிரூட்டல் ஒரு ஹைப்பர்சோனிக் வாகனத்தின் உள் அளவின் குறிப்பிடத்தக்க பங்கைக் கொண்டிருக்கலாம் என்பதால் இந்த குறைப்பு குறிப்பிடத்தக்கது. ஒரு நிலையான குளிர் தகட்டை பாதி இடத்தை எடுக்கும் கட்ட-மாற்ற ஹீட்சிங்க் மூலம் மாற்றுவது வழிகாட்டுதல் அமைப்புகள், போர்க்கப்பல்கள் அல்லது எரிபொருளுக்கு இடத்தை விடுவிக்கிறது. இதேபோல், வெப்ப மேலாண்மை அமைப்பின் எடையை பாதியாகக் குறைப்பது பெரிய பேலோடை செயல்படுத்த அல்லது வரம்பை நீட்டிக்க உதவும்.
குழு உலோக கட்ட-மாற்ற பொருட்களின் பயன்பாட்டையும் ஆராய்ந்து வருகிறது, அவை கரிம மெழுகுகளை விட அதிக வெப்ப கடத்துத்திறனை வழங்குகின்றன மற்றும் அதிக வெப்பநிலையில் செயல்பட முடியும். இந்த பொருட்கள், சூடான கூறுகளிலிருந்து PCM க்கு அதிக கடத்தும் பாதையை வழங்கும் அச்சிடப்பட்ட நுண் கட்டமைப்புகளுடன் இணைந்து, இன்னும் அதிக செயல்திறனை உறுதியளிக்கின்றன.
சோதனை மற்றும் சரிபார்ப்பு
எந்தவொரு வெப்ப தொழில்நுட்பத்தையும் நிரூபிக்க ஆய்வக சோதனைகள் முக்கியம். APL பொறியாளர்கள் தங்கள் 3டி-அச்சிடப்பட்ட ஹீட்சிங்க்குகளை உருவகப்படுத்தப்பட்ட ஹைப்பர்சோனிக் வெப்பமூட்டும் சுயவிவரங்களுக்கு உட்படுத்தியதாகவும், இணைக்கப்பட்ட சோதனை மின்னணுவியலை பாதுகாப்பான வெப்பநிலை வரம்புகளுக்குள் எவ்வளவு நன்றாக வைத்திருக்கிறார்கள் என்பதை அளவிடுவதாகவும் தெரிவிக்கப்படுகிறது. ஆரம்ப முடிவுகள் கணினி மாதிரிகளுடன் பொருந்துவதாகக் கூறப்படுகிறது, இது வெப்ப உறிஞ்சுதல் நேரங்கள் மற்றும் வெப்பநிலை சமநிலையை துல்லியமாக கணிக்கிறது.
ஆய்வகம் உள் சேனல்கள் மற்றும் லட்டுகள் வடிவமைத்தபடி அச்சிடப்பட்டுள்ளதா என்பதை சரிபார்க்க எக்ஸ்ரே கம்ப்யூட்டட் டோமோகிராபி மற்றும் பிற ஆய்வு நுட்பங்களையும் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு அச்சில் உள்ள எந்த நுண்ணிய குறைபாடும் வெப்ப செயல்திறனை சமரசம் செய்யலாம் அல்லது தீவிர அதிர்வு மற்றும் வெப்ப அதிர்ச்சியின் போது தோல்விக்கு வழிவகுக்கும். கடுமையான தரக் கட்டுப்பாட்டை சேர்க்கை வடிவமைப்புடன் இணைப்பதன் மூலம், APL விமானத்திற்குத் தயாரான வன்பொருளை நோக்கி நகர்கிறது.
ஹைப்பர்சோனிக்ஸ் தாண்டி: பரந்த பாதுகாப்பு பயன்பாடுகள்
ஹைப்பர்சோனிக் வாகனங்கள் உடனடி உந்துதலாக இருந்தாலும், அடிப்படை தொழில்நுட்பம் தீவிரமான, நிலையற்ற வெப்பத்தை அனுபவிக்கும் மற்ற அமைப்புகளுக்கு பயனளிக்கும். மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய ஏவுகணை வாகனங்கள் அச்சிடப்பட்ட PCM ஹீட்சிங்க்குகளை ஆக்சுயேட்டர் மவுண்ட்கள் மற்றும் ஏவியோனிக்ஸ் பேக்களில் பயன்படுத்தலாம். விமானங்கள், செயற்கைக்கோள்கள் மற்றும் கடற்படை கப்பல்களில் உள்ள உயர்-சக்தி மின்னணுவியல் இதேபோல் எடை மற்றும் இட சேமிப்பைக் காணலாம். பாதுகாப்பு மற்றும் விண்வெளித் துறை எப்போதும் சிறிய, இலகுவான தொகுப்புகளில் அதிக திறனைப் பொருத்துவதற்கான வழிகளைத் தேடுகிறது.
வளிமண்டலத்தில் ஹைப்பர்சோனிக் வேகத்தில் சூழ்ச்சி செய்யும் ஏவுகணை பாதுகாப்பு இடைமறிப்பாளர்கள் வெப்பத்தை வெளியேற்ற வேண்டும், அதே நேரத்தில் போக்கை மாற்ற வேண்டும். காற்றியக்கக் கட்டுப்பாட்டு மேற்பரப்புகளில் தலையிடாத இலகுரக ஹீட்சிங்க் அத்தகைய அமைப்புகளுக்கு ஒரு மதிப்புமிக்க செயலாக்கியாகும். மெதுவான சூப்பர்சோனிக் தளங்களுக்கு கூட, அளவீட்டு செயல்திறன் மற்றும் மட்டு தன்மையின் நன்மைகள் கவர்ச்சிகரமானவை.
ஒரு கலப்பின அணுகுமுறை
APL கட்ட-மாற்ற ஹீட்சிங்க்குகளை மற்ற முறைகளுடன் இணைக்கும் கலப்பின குளிரூட்டும் உத்திகளை ஆராய்ந்து வருவதாகக் கூறப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, நிலையான-நிலை செயல்பாட்டின் போது வெப்பத்தை எடுத்துச் செல்ல ஒரு மெல்லிய திரவ ஓட்டத்தைப் பயன்படுத்துதல், பின்னர் அதிக-துடிப்பு, நிலையற்ற சிகரங்களின் போது PCM உருகலுக்கு மாறுதல். ஒரு 3டி-அச்சிடப்பட்ட பன்மடங்கு இரண்டு முறைகளையும் ஒரு ஒற்றை மோனோலிதிக் கட்டமைப்பில் ஆதரிக்க முடியும். இத்தகைய கலப்பின அணுகுமுறைகள் எதிர்கால ஹைப்பர்சோனிக் மாதிரிகளில் கப்பல் மற்றும் ஸ்பிரிண்ட் நிலைமைகளை கையாள முடியும்.
மேலும், சேர்க்கை உற்பத்தியின் வடிவமைப்பு நெகிழ்வுத்தன்மை பொறியாளர்கள் ஹீட்சிங்க்கின் வெப்ப பண்புகளை ஈர்ப்பு அல்லது முடுக்கத்தின் நோக்குநிலைக்கு ஏற்ப வடிவமைக்க அனுமதிக்கிறது. அதிக G சூழ்ச்சிகளுக்கு உட்படும் ஒரு ஹைப்பர்சோனிக் வாகனத்தில், உருகிய PCM இன் இயக்கம் அதை இடத்தில் வைத்திருக்கும் தந்துகி கட்டமைப்புகளால் நிர்வகிக்கப்படலாம். அச்சிடப்பட்ட விக்கிங் இழைகள் மற்றும் பாஃபிள்கள் எந்த நோக்குநிலையிலும் அல்லது அதிக முடுக்கத்தின் கீழும் செயல்பட வடிவமைக்கப்படலாம்.
பெஞ்சிலிருந்து விமானத்திற்கு
ஒரு புதிய தொழில்நுட்பத்தை ஆய்வக பெஞ்சிலிருந்து மாக் 5 வாகனத்திற்கு எடுத்துச் செல்வது ஒரு சிறிய சாதனை அல்ல. ஹீட்சிங்க் அதிர்வு, அதிர்ச்சி மற்றும் தீவிர அழுத்த சாய்வுகளைத் தாங்க வேண்டும். இது எரிபொருள்கள், ஹைட்ராலிக்ஸ் மற்றும் பிற அமைப்பு பொருட்களுடன் இணக்கமாக இருக்க வேண்டும். மேலும் இது கடுமையான நம்பகத்தன்மை தரநிலைகளை பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்.
APL குழு அடுத்த கட்டங்களில் வெற்றிடத்தில் அல்லது உயர் அழுத்த வாயுவில் வெப்ப சுழற்சி உட்பட சுற்றுச்சூழல் சோதனைகளைத் தொடரும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. இறுதியில், அவர்கள் ஒரு ஹைப்பர்சோனிக் சோதனை வாகனத்தில் ஹீட்சிங்க்கை விமான சோதனை செய்யலாம், ஒரு அர்ப்பணிப்பு பரிசோதனையாக அல்லது பெரிய ஏவியோனிக்ஸ் தட்டின் பகுதியாக. வெற்றிகரமாக இருந்தால், 3டி-அச்சிடப்பட்ட கட்ட-மாற்ற ஹீட்சிங்க் எதிர்கால ஹைப்பர்சோனிக் திட்டங்களுக்கு ஒரு நிலையான விருப்பமாக மாறக்கூடும்.
எதிர்கால விண்வெளி அமைப்புகளுக்கான தாக்கங்கள்
குளிரூட்டும் அமைப்பின் அளவு மற்றும் எடையில் 50% அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட குறைப்புக்கான வாக்குறுதி வாகன வடிவமைப்பாளர்களுக்கான கணக்கீட்டை மாற்றுகிறது. இது ஒரு சிறிய காற்றில் ஏவப்படும் ஹைப்பர்சோனிக் ஏவுகணை மிகவும் திறமையான சீக்கரை அல்லது சிறந்த எதிர் நடவடிக்கை தொகுப்பை எடுத்துச் செல்ல அனுமதிக்கலாம். இது ஆளில்லாத ஹைப்பர்சோனிக் ஆராய்ச்சி விமானம் ஒரு சிறிய உடற்பகுதியில் அதிக கருவிகளை பொதிக்க உதவும். விண்வெளி அணுகலுக்கு, அச்சிடப்பட்ட PCM ஹீட்சிங்க் மீண்டும் நுழையும் போது மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய பூஸ்டரில் ஏவியோனிக்ஸ் குளிர்விக்க பயன்படுத்தப்படலாம்.
புதுமை பரவல்
சேர்க்கை உற்பத்தி கட்ட-மாற்ற பொருட்களுடன் இணைந்து, ஒரு களத்தில் உள்ள கண்டுபிடிப்புகள் தொழில்கள் முழுவதும் எவ்வாறு அலைகளை ஏற்படுத்தும் என்பதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு. அதே அச்சிடப்பட்ட லட்டு கட்டமைப்புகள் வெப்ப பேட்டரிகள், சூரிய வெப்ப சேமிப்பு அல்லது பூமியில் கட்டிட காலநிலை கட்டுப்பாட்டிற்கும் பயன்படுத்தப்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, எரிசக்தி துறை, சூரிய ஆலைகளில் இருந்து வெப்பத்தை உச்ச நேரங்களில் சேமிக்க கட்ட-மாற்ற பொருட்களை ஆராய்ந்து வருகிறது. அதிக கடத்தும், இலகுரக அச்சிடப்பட்ட கொள்கலன் அத்தகைய சேமிப்பு அமைப்புகளின் செயல்திறனை மேம்படுத்த முடியும்.
APL குழுவின் ஆராய்ச்சி இன்னும் உருவாகி வருகிறது, ஆனால் ஆரம்ப கருத்து விண்வெளி முதன்மை ஒப்பந்தக்காரர்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு திட்டமிடுபவர்களிடையே குறிப்பிடத்தக்க ஆர்வத்தை உருவாக்கியுள்ளது. ஹைப்பர்சோனிக்ஸில் போட்டித்தன்மையை பராமரிப்பது பல நாடுகளின் இராணுவ நிகழ்ச்சி நிரல்களில் உயர்ந்த முன்னுரிமையாக உள்ளது, மேலும் வெப்ப மேலாண்மை ஒரு முக்கிய பகுதியாகும். குளிரூட்டும் அமைப்புகளின் அளவு மற்றும் எடையை வியத்தகு முறையில் குறைக்கும் கண்டுபிடிப்புகள் வேகமான, நீண்ட தூர மற்றும் அதிக சூழ்ச்சி செய்யக்கூடிய ஹைப்பர்சோனிக் வாகனங்களை செயல்படுத்த உதவக்கூடும்.
பொறியியல் சவால்கள் பெரும்பாலும் கவர்ச்சிகரமான, அதிக-பொறியியல் தீர்வுகள் தேவைப்படும் ஒரு சகாப்தத்தில், இந்த அணுகுமுறை பொருட்கள் மற்றும் உற்பத்தியின் ஒரு புத்திசாலித்தனமான கலவை—அறியப்பட்ட இயற்பியல் மற்றும் 3டி பிரிண்டிங்கின் புதிய சாத்தியங்களைப் பயன்படுத்தி—பெரிய வெற்றிகளை வழங்க முடியும் என்பதை நிரூபிக்கிறது. இந்த ஹீட்சிங்க்குகள் ஹைப்பர்சோனிக் வேகத்தில் பறப்பதற்கு முன்பு இன்னும் நிறைய வேலைகள் உள்ளன, திசை தெளிவாக உள்ளது: உயர்-வேக விண்வெளியின் எதிர்காலம் விஷயங்களை குளிர்விக்கக்கூடிய மற்றும் அவற்றை இலகுவாக வைத்திருக்கக்கூடிய புதுமையாளர்களுடன் கட்டப்படும்.
இந்த கட்டுரை இன்ட்ரெஸ்டிங் இன்ஜினியரிங் அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.
Originally published on interestingengineering.com