纤维复合材料的航空航天应用和实例

来源:Sfnews       编辑:admin
2020-10-16 21:40

航天器和运载火箭比飞机对重量更敏感。一般来说,每公斤载荷需要500公斤左右的火箭燃料。所以,达到每克的减肥效果是值得一试的。在人类征服太空的过程中,先进复合材料取得了令人瞩目的成就,现已成为该领域重要的主要结构材料。太空飞行最重要的是解决运载工具的问题,但不可能或缺少携带I工具的是燃料。一般来说,运载火箭60%的自重(不包括燃料)来自燃料箱和氧化剂箱。传统的罐体材料是铝合金。如果换成碳纤维复合材料,

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复合材料的效果往往是多方面的,在空间应用中尤其显著,尤其是哈勃空间望远镜。这款杰出的太空望远镜的最佳光学设备舱由碳纤维环氧树脂复合材料制成。除了其减重效果外,还利用碳纤维复合材料在翘曲方向的热膨胀系数几乎为零的特性,保证光学元件在空间温差巨大的情况下保持完美的聚焦精度。然而,碳/碳复合材料因其优异的导热性和耐烧蚀性而被美国航天飞机的外绝缘板接受。

可以减轻30%的重量,可以大大增加有效载荷,或者在同等载荷下消除——一个推动的想法或者一个助推火箭,意义重大。因此,近年来,美国致力于这项技术的发展。2012年,美国国家航空航天局(NASA)和波音公司(Boeing)的工程师接受了美国Cynter公司(American Cynter Company)的新型无高压釜碳纤维复合材料,设计制造了一种直径为5.5m的冷冻箱,这是迄今为止最大的火箭推进剂箱,如图1-6所示。值得一提的是,与DeltaIV-LH2铝合金罐相比,他们不仅实现了减重43%的目标,还通过这种新方法消除了25%的制造成本(约800万美元)。现在他们正在努力实现直径10米的新目标。运载火箭的主要任务是将某人送入太空轨道或其他星球,如月球和火星。其中,卫星是目前最重要的空间设备。为了减轻重量,几乎没有不使用先进复合材料的地方。比如搭载太阳能设备的卫星或空间探测器的太阳能翼架,几乎都是碳纤维复合材料。国际空间站是应用先进复合材料的另一个例子。在这个庞大的航天设备中,空间站的桁架结构和压力容器除了支撑八对总面积3000m2的太阳翼的框架外,几乎全部采用碳纤维复合材料。中国的天宫一号空间站也丰富了先进复合材料的使用。它的许多结构部件,包括推进舱和光学仪器安装平台,都有碳纤维复合材料。

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