Międzynarodowe konsorcjum złożone m.in. z wiodących firm stoczniowych i ośrodków naukowych zaczęło badania nad nowymi materiałami technologii stealth dla okrętów wojennych. Mają być lżejsze i o wyższej odporności balistycznej, a jednocześnie gwarantować niski poziom wykrywalności okrętów. Nad tymi rozwiązaniami pracuje m.in. zespół badaczy z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej.
Budżet projektu ADMIRABLE wynosi ponad 10 mln euro i jest finansowany z Europejskiego Funduszu Obronnego (EDF). To pierwszy projekt EDF realizowany na naszej uczelni. Prace potrwają trzy lata i są prowadzone wspólnie przez partnerów z Hiszpanii, Włoch, Niemiec, Luksemburga, Cypru i Polski, a całością prac zarządza hiszpańska firma stoczniowa Navantia. 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.
– W naszym projekcie wspólnie 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 – opowiada dr hab. inż. Tomasz Kurzynowski, prof. uczelni, kierownik grantu na Politechnice Wrocławskiej. – Stosując zaawansowane technologie wytwórcze, w tym techniki przyrostowe, i najbardziej obiecujące materiały kompozytowe, zamierzamy zredukować masę materiału stealth do około 160 kg na metr kwadratowy, czyli o około 10 proc. w stosunku do obecnie stosowanych.
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 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 – opowiada dr inż. Wojciech Stopyra, lider zespołu ds. wytwarzania przyrostowego w projekcie. – Obecnie żadna technika produkcyjna nie byłaby w stanie połączyć wytwarzania ich razem. Dlatego w ramach naszej współpracy będziemy także dążyli do opracowania połączonego procesu produkcji tego metamateriału kompozytowego, jak nazywamy go w naszej dokumentacji.
Struktura „na kanapkę”
Na Wydziale Mechanicznym naszej uczelni 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.
– A na samym końcu polimerowy tzw. spall liner będzie przechwytywał odłamki, jeśli fragmentujący pocisk jednak przedostałby się tak daleko lub struktura warstwy uległaby ukruszeniu – dodaje prof. Kurzynowski. – 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.
Materiał nie tylko dla marynarki wojennej
W badania na naszej uczelni zaangażowanych będzie w sumie około 20 osób podzielonych na zespoły. Jeden z nich skupi się na wyborze materiałów, projektowaniu struktury materiału i samym procesie wytwarzania technologiami przyrostowymi.
Drugi zajmie 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.
– 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 – opowiada prof. Krzysztof Jamroziak, były wojskowy i naukowiec z dużym doświadczeniem w realizacji projektów o charakterze militarnym.
Opracowywany metamateriał mógłby być także 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.
