No final de 2015, dois fuzileiros navais foram mortos e outros 20 ficaram feridos depois que um MV-22 Osprey caiu durante o treinamento de pré-desdobramento na Base Aérea de Bellows, no Havaí. O culpado foram partículas de areia e poeira no ar que causaram condições de brownout para os aviadores e foram ingeridas nos motores da aeronave, derretendo devido às altas temperaturas e degradando os componentes internos, comprometendo a potência e a sustentação da aeronave.
Menos de um mês depois, quando o vulcão Momotombo entrou em erupção, os voos comerciais foram forçados a permanecer em terra para evitar a ingestão de partículas da explosão persistente do vulcão.

Areia, poeira e outras partículas têm sido uma pedra no sapato da tecnologia de aeronaves por décadas. Na década de 90, o problema estava principalmente centrado na erosão, mas melhores revestimentos nos motores resolveram esse problema.

Agora, o problema está mais relacionado às altas temperaturas geradas em motores de turbina mais novos, permitindo maior desempenho e potência. Em seu detrimento, no entanto, essas temperaturas mais altas derretem partículas quando ingeridas no motor, o que pode entupir a turbina.

Naval Postgraduate School (NPS) estudante de física e Meyer Scholar Tenente Erick Samayoa e seu conselheiro Dr. Andy Nieto, NPS Professor Assistente de Engenharia Mecânica e Aeroespacial (MAE)—com a ajuda do colega NPS MAE Assistant Research Professor Troy Ansell e UC San Diego NanoEngineering Professor Jian Luo – descobriu que as cerâmicas de temperatura ultra-alta (UHTCs) podem ser fóbicas em relação à areia. Em outras palavras, a areia derretida não gruda neles.

Seu estudo, financiado pelo Programa Estratégico de Engenharia e Desenvolvimento de Pesquisa (SERDP), foi o primeiro a analisar o potencial da utilização de UHTCs em turbinas de aeronaves. O SERDP é um esforço conjunto do Departamento de Defesa (DoD), da Agência de Proteção Ambiental (EPA) e do Departamento de Energia (DoE). Este projeto foi parte de uma colaboração entre o NPS, o Laboratório do Exército dos EUA, a Stony Brook University e a empresa de materiais Oerlikon Metco.

Embora diferentes empresas tenham desenvolvido filtros para reduzir a entrada de areia, é quase impossível manter todas as partículas fora de uma turbina e, infelizmente, as partículas mais pequenas são as que derretem mais facilmente. Outras pesquisas procuraram maneiras de retardar o derretimento da areia e de outras partículas, resolidificando-as rapidamente através da introdução de contra-reação, mas isso não impediu que as partículas grudem no motor em primeiro lugar.

A equipe do NPS, portanto, decidiu analisar o problema do ponto de vista dos materiais. Antes de vir para o NPS há cerca de quatro anos, Nieto trabalhou no Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (ARL) e trouxe sua pesquisa e parceria com o ARL com ele para o NPS.

Ansell trouxe para a equipe imagens de diferentes partículas expostas a temperaturas ultra-altas capturadas com um microscópio eletrônico de transmissão para ver se e como elas interagiam com os UHTCs. Luo forneceu os materiais cerâmicos e ajudou a analisar os resultados usando sua experiência em cerâmica de alta entropia.

Samayoa diz que todo esse projeto foi uma curva de aprendizado pesada, já que ele era estudante de física, mas a pesquisa se encaixou bem em seus objetivos. E a qualidade de seu trabalho mostrou, afirmou Nieto, dizendo que a pesquisa que Samayoa realizou seria um trabalho adequado para um doutorado. aluna.

Somando-se à complexidade da pesquisa usando UHTC está o desafio de simular o calor emitido por modernas turbinas a gás. Os pesquisadores precisavam encontrar uma maneira de testar materiais nessa temperatura, exigindo que a equipe adquirisse o forno mais quente que o NPS já teve. Uma vez em funcionamento, a equipe de pesquisa desenvolveu um projeto para testar os UHTCs em diferentes temperaturas por diferentes períodos de tempo.

"Fomos os primeiros a experimentar essas temperaturas mais altas para qualquer material para essas aplicações", diz Nieto. "Foi completamente inesperado que, à medida que você aumentasse a temperatura, você realmente obteria algum grau de inércia química dessas cerâmicas de temperatura ultra-alta, onde elas não estavam interagindo com a areia derretida. Isso abre um caminho possível na forma como podemos estão projetando esses motores."

Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Materialia , em dezembro de 2021. + Explorar mais

Não construa seu modelo na areia