Аспиранты и сотрудники Московского физико-технического института (МФТИ) разработали датчик для фиксации гиперзвуковых ударных волн, который реагирует на подобные колебания в 10 раз быстрее существующих коммерческих аналогов. Об этом 22 января сообщила пресс-служба вуза. Разработка может применяться при проектировании перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов и для контроля критической инфраструктуры в условиях экстремальных температур и давлений.
По словам аспиранта МФТИ Хамара Замана Хана, центральной проблемой при создании подобных сенсоров была необходимость выдерживать повторяющиеся сверхзвуковые удары, которые вызывают резкие температурные и механические флуктуации. Решение нашли в использовании максенов — нового класса двумерных материалов на основе переходных металлов, углерода и, в ряде случаев, азота, фтора или кислорода. Максены сочетают прозрачность для видимого света с механическими свойствами, близкими к металлам, что позволяет задействовать их в широком спектре прикладных задач.
Композитный материал на основе максенов и поливинилиденфторида
Российские исследователи интегрировали максены в композитный материал на основе поливинилиденфторида, который объединяет гибкость полимера и высокую термостойкость керамики. Такое сочетание оказалось критически важным для датчиков, работающих в условиях сверхзвуковых и гиперзвуковых потоков: взаимодействие с ударными волнами приводит к мгновенным скачкам температуры и давления внутри сенсора.
Благодаря применению максенов учёные получили тонкие композитные плёнки толщиной всего 90 микрометров, способные выдерживать нагрев до 350 градусов Цельсия без потери чувствительности и структурной целостности. Испытания датчиков в сверхзвуковой ударной трубе подтвердили десятикратное преимущество по времени отклика: новое устройство реагирует за 33 микросекунды против 270 микросекунд у существующих коммерческих аналогов.
Интерес отрасли и перспективы внедрения
Разработчики отмечают, что интерес к проекту уже проявили ведущие аэрокосмические и энергетические компании России. Решение готово к практическому применению в задачах обеспечения безопасности инфраструктурных объектов, эксплуатируемых в экстремальных условиях, а также для мониторинга аэродинамических нагрузок на гиперзвуковых летательных аппаратах. Возможность многократного использования датчика без деградации характеристик открывает путь к систематическому контролю высокоскоростных процессов и снижает издержки на эксплуатацию измерительного оборудования.