Material ultraligero para componentes estructurales: ¿espuma de aluminio?

Esto es (nuevamente) algo de la parte posterior de mi cabeza, que estoy buscando en este momento. Creo que en 2008 vi una presentación sobre aluminio expandido/espumado para componentes estructurales (1). La promesa era permitir estructuras de aluminio aproximadamente 10 veces más livianas en comparación con una estructura con una resistencia equivalente hecha de aluminio sólido . Fue en una reunión de la ESA, por lo que debería provenir de algún lugar de Europa o Canadá. No puedo encontrarlo y en realidad no sé cómo se llama. Espuma no parece ser el término. Se trataba de burbujas realmente pequeñas de algún tipo, similares o más pequeñas que las de la espuma plástica. No sé sobre desgasificación en este contexto, tal vez las burbujas.fueron evacuados. Sería interesante saber más. Hay algunos compuestos / polímeros en uso en el espacio, para los cuales al menos se ha investigado la espuma, pero esto no es lo que estoy buscando.

(1) EDITAR: necesito especificar esto. Estoy hablando de componentes estructurales de naves espaciales o satélites. Piense en las estructuras en términos de esqueletos. Los lanzadores son interesantes, pero no el alcance de esta pregunta. También significa que prefiero una fuente que hable sobre el uso en el espacio (mayor duración, semanas, meses, años), aplicaciones espaciales (propuestas o documentación del componente estructural xyz de la misión abc) o calificación espacial del material ( un análisis de sus propiedades mecánicas más pruebas de vacío [térmico] es probablemente lo más interesante en este caso).

Respuestas (3)

Uso como contenedores de explosión

Encontré un breve artículo de la NASA que investiga el uso de espuma de aluminio. Si bien no tienen la intención de usarlo para la mayoría de los diseños de naves espaciales, sí tienen la intención de usarlo para reemplazar sus contenedores explosivos.

La NASA estaba buscando un reemplazo para sus contenedores explosivos, cuyo trabajo es:

Los contenedores de explosión se utilizan para atrapar de manera segura los escombros de pequeñas explosiones que se inician en el despegue para cortar tuercas frágiles en los pernos de sujeción que aseguran la nave espacial a una plataforma de lanzamiento móvil hasta el despegue.

Los resultados de sus pruebas con espuma de aluminio fueron los siguientes.

Sobre la base de los resultados de estas pruebas, se seleccionaron revestimientos de espuma de aluminio con densidades de 16 y 24 por ciento. Se probaron revestimientos de espuma de muestra en una configuración de lanzamiento simulada (ver figura). Los resultados de las pruebas mostraron que los revestimientos de espuma de aluminio adecuadamente diseñados y fabricados absorben la energía de manera más efectiva que los revestimientos de plomo sólido.

Usos como blindaje

Además de los contenedores explosivos, también tenemos sus planes para usarlo como protección contra micrometeoritos y escombros.

Este artículo compara las estructuras de panal existentes con las de la espuma.

El propósito de este estudio fue evaluar el efecto sobre el rendimiento del blindaje logrado al reemplazar los núcleos metálicos de nido de abeja con núcleos metálicos de espuma de celda abierta en una configuración de blindaje MMOD de panel sándwich doble representativa de las utilizadas a bordo de la ISS.

Y la conclusión del experimento fue que:

En incidencia normal, se encontró que el escudo modificado con espuma proporciona una mejora del 15 % en el diámetro crítico del proyectil a baja velocidad (3 km/s) y un aumento del 3 % a alta velocidad (7 km/s)

Los detalles técnicos debajo de este punto explican principalmente por qué tienen la intención de usarlo, siendo su relación fuerza-peso y su capacidad para contener explosiones el principal.

Propiedades de la espuma

Espuma de aluminio parece ser el nombre correcto para lo que está pensando.

La espuma de aluminio se produce a partir de una aleación de aluminio.

Las propiedades mecánicas de esta espuma son:

  • Alto Área de superficie a unidad de volumen
  • Alta relación resistencia/peso
  • Respuesta de carga completamente isotrópica

La espuma también adquiere muchas de las propiedades de la aleación de la que está hecha, a saber:

  • Resistencia a la corrosión
  • Conductividad eléctrica
  • Conductividad térmica

La espuma de aluminio en sí tiene una apariencia burbujeante muy parecida a esta imagen de la espuma de aluminio.

Otras lecturas

Se pueden encontrar más lecturas en este documento sobre sus usos potenciales estructuralmente.

Esto en realidad puede ser la aleación , no lo sé. Gracias de cualquier manera. Pero no me ayuda en términos de encontrar el término correcto para espuma en este contexto...
@ernestopheles acabo de editar esto, mire mi última línea, creo que incluso encontré el artículo al que se refería
Sí, así lo vi. Esto es realmente muy bueno. Todavía me falta una conexión con las aplicaciones espaciales, pero esto está cerca :-)
@ernestopheles bam, resumen de sus usos potenciales para el espacio. ¿Más cerca?
Gracias por el esfuerzo, pero yo mismo he revisado el papel. Especulando como tú , sí, esto es algo útil. Pero la gente del espacio tiene algunos oficios, uno de ellos es investigar el valor espacial de cada material antes de que se use en el espacio. Cosas como pruebas de vacío [térmicas], por ejemplo. Hay catálogos de criterios, que deben coincidir. Entonces , y solo entonces, la gente habla de las aplicaciones espaciales en la literatura, incluido el desempeño en criterios clave. No antes. En realidad significa que esto necesita otra fuente...
otras fuentes, ok, ¿qué tipos está buscando específicamente? ¿Otros que estén de acuerdo en su uso en el espacio u otros que estén de acuerdo en sus usos como especulamos?
Para empezar, una fuente que mencione explícitamente términos como "aplicación espacial" y "calificado [espacial]" o similar. Es un poco difícil, lo sé, todavía no lo he encontrado ...
@ernestopheles ok lo tienes, dame algo de tiempo, los cazaré si existen. Has despertado mi interés ahora tengo que saber
@ernestopheles ok, ¿qué tal un artículo y pruebas de la NASA, tomó un poco de caza pero muestra sus aplicaciones y sus intenciones iniciales para ello!
Genial, nuevamente gracias por los esfuerzos, no sabía sobre estas cosas. Va un poco en la misma dirección que lo que Rory mencionó en su respuesta. La espuma se utiliza para detener (y recoger) objetos (proyectiles/polvo). No es realmente útil en mi contexto, porque no es un componente estructural (piense en un esqueleto). Y se usa en un lanzador (cohete), que necesita sobrevivir en condiciones espaciales durante un tiempo bastante corto (minutos como máximo). Para esto último, debo ajustar mi pregunta y aclarar esto, estoy interesado en satélites, etc. De todos modos, agradezco su entusiasmo :-)
@ernestopheles ¿estás seguro de que existe tal cosa? Busqué durante más de 2 horas y no encontré nada relacionado. ¿Está seguro de que pasó de la presentación a las pruebas prácticas? Si está seguro de que tuvo pruebas prácticas, lo intentaré de nuevo, estoy tan interesado como usted en este momento.
Debería, se presentó, hubo algunas investigaciones al respecto; lo recuerdo claramente, estaba tratando con un equipo con sobrepeso en ese momento, aunque buscamos otra solución. Tal vez no entraron en producción o tal vez nunca fue lanzado al espacio en alguna misión. Quizás nunca lograron calificarlo completamente para el vuelo espacial después de todo. Tal vez se convirtió en un producto y recibió un nombre extraño por razones de marketing. Tal vez haya otro término técnico que no sea espuma por alguna razón química o... lo que sea. Ni idea. Por eso pregunto.

Lo que buscas es Aerogel - Www.aerogel.org. Hay algunos tipos diferentes, algunos de los cuales son flexibles y livianos, con más del 99,9% de aire, y otros que son más rígidos, con un contenido de aire más bajo.

El sólido utilizado también puede variar, desde grafito hasta aluminio o sílice, dependiendo de las propiedades requeridas.

Los aerogeles de sílice son increíblemente buenos para bloquear la transferencia de calor, como puede ver en esta imagen de http://stardust.jpl.nasa.gov/tech/aerogel.html

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta es una especie de buena dirección, aunque no completamente lo que estoy buscando. Hasta donde yo sé, este material no se usa para partes estructurales importantes. También es mucho más ligero de lo que recuerdo: el material que se propuso explícitamente para las estructuras.
Buscaré la variante entonces, creo que todavía tenía más del 90% de aire, eso era más rígido.
¿Era esto @ernestopheles - aerogel.org/?p=1058
Buena página, necesito leerla en detalle. Pero sigue sin coincidir. Parece un material bastante flexible, algo que simplemente no desea en las estructuras (que, por ejemplo, necesitan sobrevivir al levantamiento).

Hay un diseño de panal de aluminio de uso común. La idea es, en lugar de utilizar aluminio sólido, intercalar un diseño de panal de aluminio entre dos placas de aluminio. Esto funciona bien para fines estructurales, proporciona un poco de flexibilidad y reduce el peso. Puede que sea a eso a lo que te refieres. Hay un artículo de Wikipedia que muestra algunos diseños comunes, incluido este :

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Sé panal, pero esto definitivamente no es lo que estoy buscando.
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