Các bước tiến mới trong hàng không vũ trụ: Đổi mới ứng dụng của buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động‌

Trong quá trình chuyển đổi của kỹ thuật hàng không vũ trụ hướng tới “siêu nhẹ, tải trọng cao, tuổi thọ dài”, các vật liệu hợp chất mới (như hợp chất bổ sung carbon, hợp chất cơm gốm sứ, hợp chất cơm kim loại) đã trở thành vật liệu cốt lõi cho các bộ phận cơ cấu tàu vũ trụ, bộ phận động cơ, vỏ thiết bị trên máy bay. Dù có ưu điểm như mật độ thấp, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn, nhưng các vật liệu này vẫn đối mặt với thách thức nghiêm trọng trong môi trường nhiệt độ cực đoan của hàng không vũ trụ. Ví dụ, các bộ phận động cơ máy bay trong quá trình khởi động và di chuyển có thể thay đổi nhiệt độ lên tới 800°C, với tốc độ thay đổi nhiệt độ lên tới 50°C/phút.

Theo nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu hàng không vũ trụ, sự lỗi do khả năng thích ứng nhiệt độ không đủ của các bộ phận hợp chất chiếm 38% lỗi cơ cấu tàu vũ trụ. Điều này không chỉ gây tai nạn nghiêm trọng như kiểm soát thất bại vệ tinh, rò rỉ hộp thủy tàu, mà còn trì hoãn tiến độ nhiệm vụ vũ trụ, gây thiệt hại hàng triệu đô-la. ‌Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động‌ – thiết bị chuyên dụng có thể tái hiện chính xác các môi trường nhiệt độ cực đoan của hàng không vũ trụ – đã trở thành trang thiết bị hỗ trợ cốt lõi cho nghiên cứu và sản xuất hàng không vũ trụ. Nó giúp vượt qua rào cản ứng dụng của vật liệu hợp chất trong môi trường cực đoan, đồng thời thúc đẩy nâng cấp công nghệ hàng không vũ trụ.

I. Các bước tiến kỹ thuật: Khả năng xác minh nhiệt độ cực đoan phù hợp với vật liệu hợp chất hàng không vũ trụ‌

Yêu cầu xác minh nhiệt độ của các vật liệu hợp chất hàng không vũ trụ vượt xa tiêu chuẩn thử nghiệm truyền thống – cần phải phù hợp với nhiệt độ rộng, chịu đựng thay đổi nhiệt độ nhanh, và chịu đựng áp suất hợp chất. Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động thế hệ mới đã vượt qua ba bước tiến kỹ thuật để xây dựng hệ thống xác minh riêng cho các vật liệu này.

1.1 Kiểm soát nhiệt độ rộng và thay đổi nhiệt độ nhanh‌

Đối với các môi trường thay đổi nhiệt độ cực đoan của hàng không vũ trụ, buồng thử nghiệm sử dụng hệ thống ‌”lạnh nhiều cấp + nhanh cảm ứng”‌ để nâng cấp khả năng thay đổi nhiệt độ:

Phạm vi nhiệt độ‌: Từ -196°C đến 1600°C, có thể mô phỏng môi trường nhiệt độ toàn bộ chu kỳ nhiệm vụ của tàu vũ trụ – từ nhiệt độ thường trước phóng, đến -180°C trong quỹ đạo thấp, đến 1200°C khi trở lại khí quyển, thậm chí đáp ứng yêu cầu xác minh nhiệt độ 1500°C cho các lá vane động cơ.

Tốc độ thay đổi nhiệt‌: Lên tới 80°C/phút, tái hiện chính xác ‌”tăng nhiệt nhanh”‌ khi hộp trở lại khí quyển và ‌”lạnh nhanh”‌ khi điều chỉnh vị trí của tàu vũ trụ, tránh sai số do mô phỏng áp suất nhiệt không chính xác.

Thuật toán bù nhiệt động‌: Trong quá trình thay đổi nhiệt độ rộng và nhanh, điều chỉnh công suất lạnh/nguống thời gian thực, giữ độ chênh lệch nhiệt độ ≤ ±3°C, và độ đồng đều nhiệt độ ≤ ±2°C, đảm bảo các bộ phận của vật liệu hợp chất được nóng/lạnh đều, phản ánh thay đổi đa dạng của vật liệu trong môi trường nhiệt độ cực đoan.

1.2 Thiết kế xác minh nhiệt độ dưới áp suất hợp chất‌

Các bộ phận hợp chất không chỉ chịu thay đổi nhiệt độ mà còn phải chịu tải trọng cấu trúc và áp suất môi trường. Buồng thử nghiệm thế hệ mới tích hợp ‌chức năng xác minh đa vật lý‌ để thực hiện ‌”thay đổi nhiệt độ + tải trọng + môi trường”‌:

Mô-đun tải trọng cao chính xác‌: Áp dụng tải trọng kéo, nén, uốn… cho các bộ phận hợp chất để mô phỏng trạng thật hoạt động. Ví dụ, khi thử nghiệm hộp hợp chất tàu vũ trụ, đồng thời áp dụng thay đổi nhiệt độ và tải nén theo trục để xác minh độ bền chống nén và khả năng đóng chặt.

Phụ kiện mô phỏng môi trường vũ trụ‌: (Khung chân không, đèn bức xạ, mô-đun áp suất khí động) để tạo môi trường ‌”chân không nhiệt độ”‌, ‌”bức xạ thay đổi nhiệt độ”‌. Ví dụ, khi thử nghiệm ăng ten hợp chất vệ tinh, thực hiện vòng lặp nhiệt độ trong chân không -196°C đồng thời mô phỏng UV vũ trụ để xác minh khả năng chống bức xạ và ổn định nhiệt độ.

Hệ thống thu thập dữ liệu đồng bộ‌: Thu thập thời gian thực nhiệt độ, tải trọng, ứng suất… để tạo ra đường cong hiệu suất nhiệt độ – cơ học, cung cấp dữ liệu đầy đủ để phân tích cơ chế thất bại nhiệt – cơ học.

1.3 Phù hợp với các bộ phận lớn và dạng thái đặc biệt‌

Các bộ phận hợp chất có dạng thái đa dạng, từ lớn đến nhỏ, từ dạng mặt cong đến lưới rỗng. Buồng thử nghiệm đáp ứng yêu cầu thử nghiệm thông qua thiết kế linh hoạt:

Chậu thử nghiệm siêu cỡ‌: Có nền nâng giúp chứa bộ phận lớn, đồng thời giữ khoảng trắng để lắp đặt phụ kiện, tránh hạn chế do không gian chậu.

Kẹp và công cụ tùy chỉnh‌: Dùng hợp kim chịu nhiệt và sứ để đảm bảo không biến dạng trong môi trường nhiệt độ cực đoan, đồng thời đảm bảo chính xác vị trí và truyền tải tải trọng đều.

Chế độ thử nghiệm phân đoạn‌: Đối với các bộ phận vượt quá kích thước chậu, sử dụng nhiều chậu ghép và đồng bộ nhiệt độ để thử nghiệm toàn bộ, tránh sai số do phân đoạn thử nghiệm.

II. Các ứng dụng sáng tạo: Hỗ trợ phát triển các bộ phận quan trọng của vật liệu hợp chất trong hàng không vũ trụ

Những đột phá kỹ thuật của buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động đã được ứng dụng sáng tạo trong việc nghiên cứu phát triển ba loại bộ phận quan trọng của vật liệu hợp chất trong hàng không vũ trụ, giải quyết được những vấn đề xác minh mà các thiết bị thử nghiệm truyền thống không thể bao quát, đẩy nhanh việc ứng dụng các vật liệu hợp chất mới vào kỹ thuật hàng không vũ trụ.

2.1 Xác minh các bộ phận cấu trúc bằng vật liệu hợp chất siêu nhẹ của tàu vũ trụ

Các bộ phận cấu trúc của tàu vũ trụ (như thân tàu, bình chứa nhiên liệu, giàn khung) là lĩnh vực ứng dụng chính của vật liệu hợp chất, khả năng thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ của chúng trực tiếp quyết định sự an toàn cấu trúc và độ tin cậy của nhiệm vụ vũ trụ. Việc ứng dụng buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động trong lĩnh vực này tập trung vào:

Xác minh sự thay đổi nhiệt độ trong giai đoạn phóng và trở lại‌: Mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ toàn chu kỳ từ khi phóng, trên quỹ đạo đến khi trở lại của tàu vũ trụ, thử nghiệm độ bền cấu trúc và khả năng đóng kín của thân tàu hợp chất. Ví dụ, một nhóm nghiên cứu vũ trụ đã tiến hành 10 lần thử nghiệm thay đổi nhiệt độ toàn chu kỳ cho thân tàu hợp chất carbon fiber, phát hiện ra các vết nứt nhỏ xuất hiện ở các mối hàn khi nhiệt độ trên 1000°C. Sau khi tối ưu hóa quy trình hàn và công thức vật liệu, nhiệt độ xuất hiện vết nứt được nâng lên đến 1300°C, đáp ứng yêu cầu an toàn cho thân tàu trở lại.

Xác minh sự lão hóa do thay đổi nhiệt độ dài hạn trên quỹ đạo‌: Mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ định kỳ trong thời gian hoạt động trên quỹ đạo của tàu vũ trụ, tiến hành thử nghiệm lên đến 1000 lần thay đổi nhiệt độ để đánh giá sự suy giảm hiệu suất cơ học của giàn khung hợp chất. Trong một dự án vệ tinh, sau 500 lần thay đổi nhiệt độ, tỷ lệ suy giảm độ bền uốn của giàn khung chỉ là 5%, thấp hơn nhiều so với ngưỡng thiết kế 15%, chứng minh vật liệu có thể đáp ứng yêu cầu tuổi thọ 15 năm trên quỹ đạo.

Xác minh khả năng chịu tải dưới sự thay đổi nhiệt độ cực đoan‌: Tiến hành thử nghiệm vòng lặp thay đổi nhiệt độ từ -180°C (nhiệt độ lưu trữ oxy lỏng/hydro lỏng) đến 20°C (nhiệt độ tiếp nhiên liệu trên mặt đất), đồng thời áp dụng tải trọng áp suất bên trong, xác minh khả năng chống mỏi và tỷ lệ rò rỉ của bình chứa nhiên liệu hợp chất dưới tác động cùng lúc của thay đổi nhiệt độ và áp suất. Kết quả thử nghiệm cho thấy sau 200 lần vòng lặp thay đổi nhiệt độ – áp suất, tỷ lệ rò rỉ của bình chứa vẫn dưới 1×10⁻⁸ Pa・m³/s, đáp ứng tiêu chuẩn lưu trữ nhiên liệu của tàu vũ trụ.

2.2 Xác minh các bộ phận hợp chất nhiệt độ cao của động cơ máy bay

Động cơ máy bay là “trái tim” của lĩnh vực hàng không, các bộ phận như lá cánh quạt, buồng đốt… hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao, tốc độ quay cao, đòi hỏi vật liệu hợp chất phải có độ ổn định thay đổi nhiệt độ và hiệu suất cơ học rất cao. Việc ứng dụng buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động trong lĩnh vực này tập trung vào:

Xác minh hiệu suất nhiệt độ – cơ học của lá cánh quạt‌: Đối với lá cánh quạt hợp chất gốm sứ, mô phỏng quá trình thay đổi nhiệt độ khi động cơ khởi động và dừng, đồng thời áp dụng tải trọng ly tâm, thử nghiệm độ bền và tuổi thọ mỏi của lá cánh quạt dưới tác động cùng lúc của thay đổi nhiệt độ và lực ly tâm. Một doanh nghiệp sản xuất động cơ máy bay đã tiến hành thử nghiệm bằng buồng thử nghiệm và phát hiện ra rằng, lá cánh quạt hợp chất gốm sứ được tối ưu hóa có thể chịu được 1000 lần vòng lặp thay đổi nhiệt độ khởi động – dừng mà không xuất hiện vết nứt rõ rệt, đáp ứng yêu cầu tuổi thọ 20.000 giờ của động cơ.

Xác minh quá trình oxy hóa và thay đổi nhiệt độ ở nhiệt độ cao của buồng đốt‌: Mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ định kỳ từ nhiệt độ thường đến 1200°C (nhiệt độ cháy) rồi trở lại nhiệt độ thường của buồng đốt, đồng thời đưa khí đốt nhiệt độ cao vào, thử nghiệm khả năng oxy hóa ở nhiệt độ cao và độ ổn định cấu trúc của vật liệu hợp chất buồng đốt. Kết quả thử nghiệm cho thấy sau 500 lần vòng lặp thay đổi nhiệt độ, tỷ lệ tăng trọng do oxy hóa của vật liệu buồng đốt dưới 0,5mg/cm², độ biến dạng cấu trúc nhỏ hơn 0,1mm, đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế buồng đốt của động cơ.

Xác minh khả năng chống sốc nhiệt của bộ phận‌: Tiến hành thử nghiệm thay đổi nhiệt độ nhanh (tốc độ thay đổi nhiệt độ 80°C/phút) cho vòi phun hợp chất của động cơ, mô phỏng tác động sốc nhiệt khi động cơ dừng khẩn cấp, xác minh khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu. Thông qua thử nghiệm bằng buồng thử nghiệm, đã lựa chọn được công thức vật liệu hợp chất có khả năng chống sốc nhiệt tốt nhất, với tỷ lệ giữ lại độ bền uốn sau sốc nhiệt lên đến 85%, tránh được tình trạng vòi phun bị nứt do sốc nhiệt.

2.3 Xác minh vỏ thiết bị điện tử hợp chất trên máy bay và vệ tinh

Vỏ thiết bị điện tử hợp chất trên máy bay và vệ tinh cần bảo vệ mạch điện bên trong khỏi sự can thiệp của môi trường trong điều kiện thay đổi nhiệt độ cực đoan, đồng thời phải có khả năng che chắn điện từ. Việc ứng dụng buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động trong lĩnh vực này chủ yếu bao gồm:

Xác minh hiệu suất che chắn điện từ trong điều kiện thay đổi nhiệt độ‌: Tiến hành thử nghiệm vòng lặp thay đổi nhiệt độ từ nhiệt độ thấp trên không đến nhiệt độ cao trên mặt đất cho vỏ radar hợp chất trên máy bay, sau mỗi vòng lặp thử nghiệm hiệu suất che chắn điện từ của vỏ. Trong một dự án radar trên máy bay, thông qua thử nghiệm bằng buồng thử nghiệm đã phát hiện ra rằng, sau vòng lặp thay đổi nhiệt độ, hiệu suất che chắn điện từ của vỏ chỉ giảm 3dB, vẫn đáp ứng yêu cầu chống nhiễu điện từ của radar.

Xác minh trong điều kiện môi trường kết hợp thay đổi nhiệt độ và rung động‌: Mô phỏng điều kiện môi trường kết hợp thay đổi nhiệt độ và rung động khi máy bay cất cánh và hạ cánh, thử nghiệm khả năng chống rung động và ổn định thay đổi nhiệt độ của vỏ máy tính hợp chất trên vệ tinh. Kết quả thử nghiệm cho thấy vỏ không bị hư hại về cấu trúc, mạch điện bên trong hoạt động bình thường, tỷ lệ sai sót trong truyền dữ liệu dưới 1×10⁻⁹.

Xác minh khả năng đóng kín và thích ứng thay đổi nhiệt độ‌: Tiến hành thử nghiệm vòng lặp thay đổi nhiệt độ cho buồng thiết bị điện tử hợp chất trên vệ tinh, thử nghiệm khả năng đóng kín và độ biến dạng cấu trúc của buồng. Sau 300 lần vòng lặp thay đổi nhiệt độ, tỷ lệ rò rỉ và độ biến dạng của buồng đều đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế, đảm bảo cho các thiết bị điện tử bên trong hoạt động ổn định trong môi trường cực đoan của không gian.

III. Giá trị kỹ thuật: Thúc đẩy nâng cấp công nghệ hàng không vũ trụ và bảo đảm an toàn nhiệm vụ

Việc ứng dụng sáng tạo của buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động trong lĩnh vực vật liệu hợp chất hàng không vũ trụ không chỉ giải quyết được các nút thắt kỹ thuật trong việc xác minh vật liệu mới trong môi trường cực đoan mà còn cung cấp hỗ trợ cốt lõi cho các dự án hàng không vũ trụ từ ba khía cạnh: hiệu quả kỹ thuật, kiểm soát chi phí và an toàn nhiệm vụ. Giá trị của nó được thể hiện ở nhiều cấp độ.

3.1 Đẩy nhanh việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật hóa của vật liệu hợp chất mới

Trong quá trình nghiên cứu vật liệu hợp chất truyền thống cho hàng không vũ trụ, việc xác minh hiệu suất thay đổi nhiệt độ thường phụ thuộc vào các phương pháp như “thử nghiệm trên mặt đất”, “thử nghiệm trên quỹ đạo”, vốn có chu kỳ dài, chi phí cao và rủi ro lớn. Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động đã giảm đáng kể chu kỳ nghiên cứu và rủi ro bằng cách mô phỏng các tình huống thay đổi nhiệt độ cực đoan trong phòng thí nghiệm:

Trong quá trình nghiên cứu lá cánh quạt hợp chất gốm sứ cho động cơ máy bay, buồng thử nghiệm đã giúp nhóm nghiên cứu lựa chọn được 3 công thức vật liệu tối ưu trong vòng 3 tháng, so với phương pháp thử sai truyền thống (cần hơn 1 năm), hiệu quả nghiên cứu tăng 75%, tỷ lệ đạt tiêu chuẩn hiệu suất vật liệu từ 30% lên đến 90%.

Ngoài ra, dữ liệu thử nghiệm chính xác do buồng thử nghiệm cung cấp đã tạo cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn hiệu suất của vật liệu hợp chất. Hiện nay, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ trong nước đã xây dựng được nhiều tiêu chuẩn ngành dựa trên dữ liệu thử nghiệm từ buồng thử nghiệm, thúc đẩy việc tiêu chuẩn hóa ứng dụng kỹ thuật hóa của vật liệu hợp chất.

3.2 Giảm chi phí và rủi ro trong các dự án hàng không vũ trụ

Chi phí cho các dự án hàng không vũ trụ rất cao, một nhiệm vụ phóng hoặc thử nghiệm động cơ có thể lên đến hàng tỷ đồng. Nếu do sự thất bại của bộ phận hợp chất do không thích ứng với thay đổi nhiệt độ mà dẫn đến thất bại nhiệm vụ, thiệt hại sẽ rất lớn. Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động đã giảm chi phí và rủi ro từ nguồn gốc bằng cách phát hiện sớm các khuyết tật:

Trước khi phóng tàu vũ trụ, buồng thử nghiệm đã tiến hành thử nghiệm thay đổi nhiệt độ toàn chu kỳ cho thân tàu hợp chất, phát hiện và sửa chữa được 3 khuyết tật tiềm ẩn về độ kín, tránh được thất bại nhiệm vụ do rò rỉ thân tàu trên quỹ đạo, tiết kiệm được hơn 1 tỷ đồng kinh tế;

Trước khi thử nghiệm động cơ máy bay trên mặt đất, buồng thử nghiệm đã phát hiện ra nguy cơ nứt vỡ của buồng đốt hợp chất trong điều kiện thay đổi nhiệt độ cao, kịp thời thay đổi công thức vật liệu, tránh được hư hại động cơ do buồng đốt nổ trong quá trình thử nghiệm.

Đồng thời, dữ liệu thử nghiệm lão hóa do thay đổi nhiệt độ dài hạn do buồng thử nghiệm cung cấp đã tạo cơ sở cho việc đánh giá tuổi thọ của thiết bị hàng không vũ trụ, giúp doanh nghiệp xây dựng kế hoạch bảo dưỡng và thay thế hợp lý.

3.3 Bảo đảm an toàn và độ tin cậy của nhiệm vụ hàng không vũ trụ

Nhiệm vụ hàng không vũ trụ liên quan đến an ninh quốc gia và phát triển khoa học kỹ thuật, do đó an toàn và độ tin cậy của nhiệm vụ là vô cùng quan trọng. Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động đã cung cấp bảo đảm vững chắc cho an toàn nhiệm vụ bằng cách xác minh nghiêm ngặt hiệu suất thay đổi nhiệt độ của các bộ phận hợp chất:

Trong Dự án Thám hiểm Mặt trăng của tàu Chang’e, buồng thử nghiệm đã tiến hành thử nghiệm vòng lặp thay đổi nhiệt độ cho cánh tay máy hợp chất của xe thám hiểm Mặt trăng, đảm bảo cánh tay máy có thể triển khai và hoạt động bình thường trong điều kiện thay đổi nhiệt độ cực đoan trên Mặt trăng, bảo đảm cho nhiệm vụ thám hiểm Mặt trăng hoàn thành thành công;

Theo thống kê, tỷ lệ hư hỏng của các bộ phận hợp chất được xác minh bằng buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động trong quá trình hoạt động trên quỹ đạo/trong sử dụng thấp hơn 60% so với các bộ phận không được xác minh, nâng cao đáng kể tỷ lệ thành công của nhiệm vụ hàng không vũ trụ.

IV. Xu hướng tương lai: Nâng cao hiệu suất và mở rộng phạm vi ứng dụng

Khi các dự án hàng không vũ trụ tiến tới lĩnh vực “thám hiểm sâu trong không gian” và “bay siêu thanh”, yêu cầu về khả năng thích ứng với thay đổi nhiệt độ cực đoan của vật liệu hợp chất sẽ ngày càng cao. Đồng thời, với sự xuất hiện liên tục của các loại vật liệu hợp chất mới, buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động sẽ hướng tới các xu hướng phát triển sau đây.

4.1 Đột phá hơn nữa về hiệu suất siêu nhiệt độ cao và siêu nhiệt độ thấp

Để đáp ứng nhu cầu của các tàu thám hiểm sâu trong không gian và máy bay siêu thanh, buồng thử nghiệm sẽ phát triển theo hướng mở rộng phạm vi nhiệt độ:

Phía nhiệt độ thấp‌: Sẽ đạt gần đến nhiệt độ tuyệt đối, mô phỏng môi trường nhiệt độ cực thấp của không gian sâu, xác minh hiệu suất của vật liệu hợp chất trong thám hiểm giữa các vì sao.

Phía nhiệt độ cao‌: Sẽ nâng lên trên 2000°C, đáp ứng nhu cầu xác minh nhiệt độ cao khi máy bay siêu thanh quay trở lại khí quyển, đồng thời phát triển chức năng thử nghiệm “bầu không khí trơ siêu nhiệt độ cao” để tránh quá trình oxy hóa của vật liệu hợp chất ở nhiệt độ cao, đảm bảo kết quả thử nghiệm chính xác.

4.2 Kết hợp sâu rộng giữa ghép nối nhiều trường vật lý và trí tuệ nhân tạo

Trong tương lai, buồng thử nghiệm sẽ tích hợp hơn nữa các chức năng thử nghiệm ghép nối nhiều trường vật lý như “thay đổi nhiệt độ + tải trọng + bức xạ + ăn mòn hóa học”, đồng thời kết hợp với công nghệ trí tuệ nhân tạo và công nghệ ảo hóa kỹ thuật số để nâng cấp hóa trí tuệ:

Phát triển hệ thống tạo ra phương án thử nghiệm dựa trên AI‌: Tự động tạo ra phương án thử nghiệm ghép nối nhiệt độ thay đổi – tải trọng – môi trường tối ưu dựa trên loại vật liệu hợp chất và mục đích sử dụng bộ phận, giảm bớt can thiệp thủ công.

Xây dựng mô hình ảo hóa kỹ thuật số của vật liệu hợp chất‌: Nhập dữ liệu thử nghiệm từ buồng thử nghiệm vào mô hình theo thời gian thực, dự đoán xu hướng suy giảm hiệu suất của vật liệu trong điều kiện thay đổi nhiệt độ cực đoan dài hạn thông qua mô phỏng ảo, tối ưu hóa các thông số thử nghiệm và thiết kế bộ phận, thực hiện tối ưu hóa协同 (tương hỗ) giữa “thử nghiệm vật lý + mô phỏng ảo”.

4.3 Mở rộng khả năng thử nghiệm di động và tại chỗ

Đáp ứng nhu cầu bảo dưỡng trên quỹ đạo và thử nghiệm tại hiện trường của thiết bị hàng không vũ trụ, buồng thử nghiệm sẽ hướng tới phát triển theo hướng di động và thử nghiệm tại chỗ:

Phát triển buồng thử nghiệm di động cỡ nhỏ‌: Có thể sử dụng tại các nhà máy sửa chữa máy bay, bãi phóng tàu vũ trụ để tiến hành kiểm tra thay đổi nhiệt độ nhanh chóng cho các bộ phận hợp chất, đánh giá xem bộ phận có bị hư hại ẩn hay không.

Nghiên cứu phát triển “mô-đun thử nghiệm tại chỗ”‌: Có thể lắp đặt trực tiếp trên các bộ phận hợp chất của tàu vũ trụ hoặc máy bay, theo dõi thời gian thực sự thay đổi nhiệt độ và hiệu suất của bộ phận trong quá trình hoạt động thực tế, dữ liệu được truyền không dây đến hệ thống điều khiển mặt đất, cung cấp dữ liệu thời gian thực cho bảo dưỡng trên quỹ đạo và đánh giá tuổi thọ.

V. Kết luận: Buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động – “Động cơ quan trọng” cho sự đổi mới của vật liệu hợp chất hàng không vũ trụ

Trong quá trình công nghệ hàng không vũ trụ tiến tới độ chính xác cao hơn, môi trường cực đoan hơn và tuổi thọ dài hơn, ứng dụng của các loại vật liệu hợp chất nhẹ mới là động lực chính, trong khi buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động lại là “động cơ quan trọng” để mở khóa hiệu suất của vật liệu hợp chất trong môi trường cực đoan. Thông qua đổi mới công nghệ, nó đã thực hiện mô phỏng chính xác các tình huống thay đổi nhiệt độ cực đoan của hàng không vũ trụ, cung cấp phương tiện xác minh khoa học, hiệu quả và đáng tin cậy cho việc nghiên cứu phát triển các bộ phận hợp chất, giải quyết các vấn đề kỹ thuật mà thử nghiệm truyền thống không thể bao quát.

Từ việc xác minh thay đổi nhiệt độ toàn chu kỳ của thân tàu hợp chất, đến thử nghiệm ghép nối nhiệt – lực cho lá cánh quạt động cơ máy bay, cho đến việc xác minh sự ổn định của vỏ thiết bị điện tử trên máy bay về che chắn điện từ và thay đổi nhiệt độ, buồng thử nghiệm xuất hiện xuyên suốt toàn bộ vòng đời của các bộ phận hợp chất hàng không vũ trụ. Nó không chỉ giúp nhóm nghiên cứu rút ngắn chu kỳ, tối ưu hóa thiết kế mà còn giúp bên thực hiện dự án kiểm soát chất lượng, giảm rủi ro, trở thành “cầu nối” kết nối đổi mới công nghệ vật liệu hợp chất và ứng dụng thực tế trong các dự án hàng không vũ trụ.

Trong quá trình thám hiểm các lĩnh vực tiên tiến như thám hiểm sâu trong không gian và bay siêu thanh, giá trị của buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động sẽ càng trở nên nổi bật. Khi tàu vũ trụ tiến tới bề mặt Sao Hỏa với nhiệt độ cực lạnh -153°C và chênh lệch nhiệt độ 20°C vào ban ngày, khi máy bay siêu thanh bay với tốc độ 6 Mach qua khí quyển chịu nhiệt độ 1800°C, chỉ có các bộ phận hợp chất được xác minh nghiêm ngặt bởi buồng thử nghiệm mới có thể hỗ trợ việc thúc đẩy an toàn cho các nhiệm vụ tiên tiến này. Có thể nói, mỗi đột phá công nghệ hàng không vũ trụ đều có sự hỗ trợ ngầm của buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động; mỗi ứng dụng của vật liệu hợp chất đều không thể thiếu sự bảo đảm dữ liệu đáng tin cậy từ buồng thử nghiệm.

Đối với các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu khoa học cam kết với sự nghiệp hàng không vũ trụ, việc lựa chọn một buồng thử nghiệm nhiệt độ cao thấp dao động phù hợp với nhu cầu không chỉ là đầu tư vào chất lượng sản phẩm mà còn là cam kết đối với đổi mới công nghệ và an toàn nhiệm vụ. Nó sẽ giúp nhóm nghiên cứu nắm bắt cơ hội trước trong việc nghiên cứu phát triển vật liệu môi trường cực đoan, tạo lợi thế cạnh tranh trong các dự án hàng không vũ trụ, truyền động lực lâu dài cho việc khám phá vũ trụ và vượt qua giới hạn bay của con người.