В МФТИ разработали новый датчик фиксации ударных волн — он в 10 раз быстрее коммерческих аналогов

Специалисты Центра фотоники и двумерных материалов поставили перед собой непростую задачу: создать датчик для измерения ударных волн, который, с одной стороны, смог бы выдерживать многократно повторяющиеся сверхзвуковые удары, с другой — не терять чувствительность.

Последняя проблема актуальна, так как экстремальные условия, такие как мгновенные скачки давления и температуры, часто искажают показания датчиков, либо же и вовсе выводят их из строя. Между тем измерение сверхзвуковых ударных волн очень важно при разработке аэрокосмических систем и обеспечении безопасности сложных промышленных объектов.

Чтобы решить эту проблему, ученые МФТИ предложили новый композитный материал. Он сочетает в себе гибкость полимера, а также прочность и термостойкость керамики. Для регистрации ударных волн специалисты впервые в мире задействовали композит на основе поливинилиденфторида (ПВДФ) и керамики MAX-фазы.

MAX-фазы — это слоистые материалы, которые выдерживают высокие температуры, как керамика, и проводят ток, как металлы. Именно благодаря их уникальной структуре у ученых МФТИ и получилось достичь прорыва. Интегрировав частицы MAX-фазы в полимерную матрицу, специалисты создали композитную пленку толщиной всего 90 мкм. Она продолжает работать даже при мгновенных расчетных температурах свыше 350°C.

Испытания, которые проводились в сверхзвуковой ударной трубе при скоростях до 1,77 Маха (выше скорости звука), подтвердили высокие характеристики датчика. Он показал очень быстрое время отклика — всего 33 микросекунды. Для сравнения, у коммерческих аналогов этот показатель составляет около 270 мкс. Результаты работы опубликованы в журнале Sensors & Actuators: A. Physical.

«Создание сенсора, способного выдерживать повторяющиеся сверхзвуковые удары без потери чувствительности, было серьезным вызовом из-за резких температурных флуктуаций. Интеграция MAX-фазы обеспечила необходимую структурную целостность. В результате мы получили сенсор, который не только выдерживает эти экстремальные условия, но и реагирует на них значительно быстрее коммерческих аналогов», — подчеркнул первый автор исследования, аспирант МФТИ Заман Хан.

Отмечается, что разработка найдет свое применение в аэрокосмической отрасли, где требуется точный мониторинг аэродинамических нагрузок на гиперзвуке, и в системах промышленной безопасности в энергетическом и химическом секторах. К проекту уже проявляют интерес, и, по словам специалистов, их разработка готова к внедрению.

Фото пресс-службы МФТИ