Nad nowymi materiałami technologii stealth dla okrętów wojennych pracuje międzynarodowe konsorcjum z udziałem naukowców Politechniki Wrocławskiej. Projekt o wartości 10 mln euro finansowany jest z Europejskiego Funduszu Obronnego.
Nad nowymi materiałami w technologii stealth pracuje wspólnie dziesięciu partnerów z Hiszpanii, Włoch, Niemiec, Luksemburga, Cypru i Polski, a całością prac zarządza hiszpańska firma stoczniowa Navantia. To dziewiąta na świecie (pod względem wielkości) stocznia, produkująca m.in. okręty podwodne i patrolowe, fregaty rakietowe czy lotniskowce. Uczestnikiem konsorcjum jest także włoskie przedsiębiorstwo stoczniowe Fincantieri, największe w Europie i czwarte na świecie.
Statki niewidzialne dla radarów?
Stealth to angielska nazwa, przyjęta na całym świecie na określenie metod, strategii i technologii kamuflowania obiektów wojskowych i strategicznych. Technologie stealth zapewniają więc obniżoną wykrywalność m.in. przez radary. Chodzi o pochłanianie lub rozpraszanie (wysyłanego przez radary) promieniowania elektromagnetycznego, zamiast odbijania go. Ale nie tylko. Różne techniki i strategie stealth obejmują także m.in. obniżanie promieniowania cieplnego, hałasu czy ograniczania emisji podczerwieni. Wszystko po to, by kamuflaż był maksymalnie skuteczny.
Zamierzamy opracować nowy materiał na bazie kompozytów, który nie tylko będzie zapewniał skuteczną ochronę przed wykryciem, ale także będzie bardziej wydajny i zapewni co najmniej taką samą odporność balistyczną lub wyższą niż materiały na bazie stali – zapowiada dr hab. inż. Tomasz Kurzynowski z Katedry Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji na Wydziale Mechanicznym Politechniki Wrocławskiej. – Stosując zaawansowane technologie wytwórcze, w tym techniki przyrostowe, i najbardziej obiecujące materiały kompozytowe, chcemy zredukować masę materiału stealth do około 160 kg na metr kwadratowy, czyli o około 10 proc. w stosunku do obecnie stosowanych – dodaje.
Takie „odchudzanie” okrętów (przy zapewnieniu tych samych lub wyższych właściwości stosowanych materiałów) jest bardzo ważne w kontekście choćby ich prędkości, ale także oszczędności energii czy kosztów produkcji. Stanowi jednak duże wyzwanie. W ramach projektu ADMIRABLE konsorcjanci postawili na połączenie kilku procesów produkcyjnych, czyli opracowanie materiału, który powstanie jako kompilacja warstw powstałych różnymi metodami wytwarzania.
Materiał kompozytowy będzie składał się z różnych surowców, np. metali czy polimerów, o różnych mikrostrukturalnych geometriach dla każdej warstwy i różnych cechach, np. mechanicznych, elektrycznych czy chemicznych – opisuje dr inż. Wojciech Stopyra z Katedry Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji. – Obecnie żadna technika produkcyjna nie byłaby w stanie połączyć wytwarzania ich razem. Dlatego w ramach współpracy będziemy także dążyli do opracowania połączonego procesu produkcji tego metamateriału kompozytowego, jak nazywamy go w naszej dokumentacji.
Struktura „na kanapkę”
Na Wydziale Mechanicznym PWr powstanie warstwa tego metamateriału, która zostanie wytworzona w technologiach przyrostowych (czyli popularnym druku 3D) z polimerów, stopów metalicznych i ceramiki. Właśnie wybór tej metody produkcji ma pozwolić na znaczącą redukcję masy metamateriału, a kluczowa będzie jego struktura.
Nazywa się ją „sandwichową”, czyli kanapkową – tłumaczy dr Stopyra. – Z zewnątrz pokryje ją powłoka ceramiczna o wysokiej twardości, której zadaniem będzie zmiana trajektorii pocisku uderzającego w ten materiał. Wewnątrz natomiast znajdą się stopy metaliczne w formie kratownic, czyli materiał o kompozycji ażurowej, którego zadaniem będzie pochłanianie energii uderzenia pocisku, czyli zatrzymanie go.
Na końcu polimerowy tzw. spall liner będzie przechwytywał odłamki, jeśli fragmentujący pocisk jednak przedostałby się tak daleko lub struktura warstwy uległaby ukruszeniu
Można to sobie wyobrazić, przypominając, jak rozbija się szyba w samochodzie. Nie rozbryzguje się na drobniutkie kawałki, bo ma w sobie warstwę folii, która trzyma te małe odłamki. Podobnie działa spall liner – mówi dr hab. inż. Tomasz Kurzynowski.
Materiał nie tylko dla marynarki wojennej
To pierwszy projekt na Politechnice Wrocławskiej finansowany z Europejskiego Funduszu Obronnego. Naukowcy z Katedry Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji skupią się na wyborze materiałów (surowców), projektowaniu struktury materiału i samym procesie wytwarzania technologiami przyrostowymi. Z kolei badacze z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej zajmą się m.in. numerycznym prototypowaniem odporności balistycznej tzw. kanapek i nadzorowaniem testów balistycznych nowo projektowanych układów materiałowych, które będą prowadzone między innymi we włoskim laboratorium balistycznym. W analizach wyników płynących z modeli numerycznych zespół wesprze także prof. Marcin Magdziarz z Wydziału Matematyki.
Liderem naszego projektu jest stocznia, zatem skupiamy się na stworzeniu metamateriału, który mógłby zostać wykorzystany na okrętach wojennych lub/i floty cywilnej, np. do ochrony infrastruktury pokładowej lub budowy masztów radarowych – wskazuje prof. Krzysztof Jamroziak. – Równie dobrze jednak nasz metamateriał mógłby być wykorzystany w innych konstrukcjach o przeznaczeniu militarnym np. w pojazdach opancerzonych, czy dronach, a także z przeznaczeniem dla innych służb typu policja, straż graniczna i agencji związanych z bezpieczeństwem itp. Własności tego materiału mogą być wykorzystane do szybkich napraw polowych – dodaje.
Układy stworzone w ramach konsorcjum będą odporne na amunicję wielkokalibrową, w tym amunicję typu SLAP (ang. saboted light armor penetrator). Mowa o czwartym poziomie ochrony balistycznej według STANAG 4569. Metamateriał będzie też bardziej odporny na ogień i temperaturę (w porównaniu do materiałów stosowanych obecnie).
Prace konsorcjum potrwają trzy lata. Są finansowane z Europejskiego Funduszu Obronnego (European Defence Fund). Budżet projektu wynosi ponad 10 mln euro, z czego wrocławscy badacze otrzymają ok. 1,2 mln euro.
Lucyna Róg, źródło: PWr