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pte20191118003 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Dünner Hitzeschild für Jets und Raketen

Innovative Kohlenstoff-Nanoröhren mit Kunstharz sollen bei Hyperschall direkt wirken


Hitzeschild: Schutz bei Super-Speed (Foto: FAMU-FSU College of Engineering)
Hitzeschild: Schutz bei Super-Speed (Foto: FAMU-FSU College of Engineering)

Tallahassee (pte003/18.11.2019/06:10) - Dank kohlefaserverstärkter Kompositmaterialien werden Jets und Raketen immer leichter und schneller, doch Hitze kann diesen Materialien zusetzen. Forscher des FAMU-FSU College of Engineering http://eng.famu.fsu.edu arbeiten daher an einem neuartigen Hitzeschild auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren. Der dünne, flexible Schild leitet Wärme ersten Tests zufolge gut ab. Im Vergleich zu klassischen Keramik-Hitzeschilden ist er zudem leichtgewichtig, bremst also ultraschnelle Fluggeräte weniger.

Hitze der Geschwindigkeit

"Unsere Flugsysteme werden derzeit immer und immer schneller, bis hin zu Hyperschall-Systemen, was fünffache Schallgeschwindigkeit bedeutet", sagt Richard Liang, Leiter des High-Performance Materials Institute der Florida State University (FSU) http://fsu.edu . Derart hohe Geschwindigkeiten führen jedoch zu größerer Hitzeentwicklung an der Oberfläche, was zu Materialversagen führen kann. "Wir brauchen also wesentlich bessere thermische Schutzsysteme", betont Liang. Die Grundlage dafür bilden dünne Schichten von Kohlenstoff-Nanoröhren, sogenanntes "Buckypapier", das Wärme und Elektrizität sehr gut leitet.

Durch Kombination solchen Buckypapiers mit einem Phenol-Kunstharz haben die Forscher ein leichtgewichtiges, flexibles Material entwickelt, das widerstandsfähig genug sein sollte, Jets und Raketen vor der Hitzeentwicklung im Flug zu schützen. In Tests mit verschieden dicken Hitzeschilden haben die Forscher untersucht, wie gut diese Kohlefasern vor der Hitze einer Flamme schützen und wie gut die Schilde selber das aushalten. Dabei hat sich gezeigt, dass Schilde auf Buckypapier-Basis nicht nur Wärme besser ableiten und von der zu schützenden Materialschicht fernhalten, sondern auch flexibler und robuster bleiben als Vergleichsproben ohne Nanoröhren-Schicht.

Praktische Vorteile gegeben

Neben der hohen Flexibilität des Materials, dank der bei hohen Temperaturen nicht so leicht Risse entstehen wie bei gängigen Keramik-Hitzeschilden, verspricht der Ansatz noch weitere praktische Vorteile. Denn er sollte vergleichsweise dünne und leichtgewichtige Hitzeschilde ermöglichen. Das ist sehr attraktiv für die Luft- und Raumfahrt, da letztlich jedes Gramm mehr einen höheren Energieaufwand zum Erreichen der gleichen Geschwindigkeit bedeutet.

(Ende)
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