مركز البحوث والتنمية من ألياف الكربون في الفضاء

الوضع الحالي وتطوير تكنولوجيا ألياف الكربون

ألياف الكربون وتطبيقاتها في مجال الفضاء .ألياف الكربون يمكن أن تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران والفضاء ، ويرجع ذلك أساسا إلى المزايا التالية :

( 1 ) من ألياف الكربون المركبة يمكن أن تلبي متطلبات صلابة عالية من المركبات الفضائية

لأن الأقمار الصناعية وغيرها من المركبات الفضائية تحتاج إلى تحمل عالية جدا التسارع الزائد و الاهتزاز العنيف أثناء إطلاق الأقمار الصناعية ، التصميم الهيكلي هو أساسا النظر في حل مشكلة صلابة في حالة تلبية قوة . فقط من خلال اعتماد هيكل صلابة عالية ، يمكن ضمان هيكل الأقمار الصناعية . النزاهة والوظيفة . عادة ، معامل أحادي الاتجاه المواد المركبة من ألياف الكربون هو 5-7 مرات من سبائك الألومنيوم . ولذلك ، ومعامل عالية من ألياف الكربون المركبة هي أفضل المواد التي يمكن أن تلبي متطلبات صلابة من المركبات الفضائية مثل الأقمار الصناعية .

( 2 ) من ألياف الكربون المركبة يمكن أن تلبي متطلبات الاستقرار الأبعاد المركبة الفضائية

المشكلة الرئيسية في تشغيل المركبات الفضائية في بيئة الفضاء هو ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض درجة الحرارة بالتناوب . فعلى سبيل المثال ، عندما يكون الساتل في المدار الثابت بالنسبة للأرض ، يكون أعلى درجة حرارة له 120 درجة مئوية وأدنى درجة حرارة له - 160 درجة مئوية . الأقمار الصناعية أجزاء الهيكلية تتطلب دقة عالية والاستقرار الأبعاد في درجة حرارة عالية ، وانخفاض درجة حرارة البيئة . من ألياف الكربون عززت المواد المركبة مع معامل التمدد الحراري صفر تقريبا يمكن الحصول عليها من خلال تصميم معقول من طبقة . من أجل تلبية متطلبات الاستقرار الأبعاد المركبة الفضائية في ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة بالتناوب البيئة .

( 3 ) من ألياف الكربون المركبة يمكن أن تلبي متطلبات المركبات الفضائية الخفيفة

الوقود المستخدم في المركبات الفضائية يكلف حوالي 5 ملايين دولار للطن . حمل كمية كبيرة من الوقود سوف تزيد من وزن الاقلاع و الطيران من المركبات الفضائية ، وزيادة كبيرة في تكاليف التصنيع وتكاليف الطيران من المركبات الفضائية . ويقدر أن المركبات الحاملة يمكن أن تحقق وفورات قدرها 500 كيلوغرام من الوقود و 000 20 دولار من دولارات الولايات المتحدة في تكاليف الإطلاق لكل كيلوغرام واحد من الوفورات في الكتلة التي تحققها السواتل . بالمقارنة مع المواد المعدنية ، من ألياف الكربون المركبة ليس فقط تلبية صلابة عالية والاستقرار الأبعاد من المركبات الفضائية ، ولكن أيضا لديها تأثير كبير على خفض الوزن ، مما يساعد على خفض الانبعاثات وتكاليف التشغيل .

بالمقارنة مع الخصائص المذكورة أعلاه ، من ألياف الكربون لديها بعض القيود . ويبين الجدول التالي مؤشرات الأداء الميكانيكية المشتركة تجاريا ألياف الكربون .

حسب معامل الشد ، منتجات ألياف الكربون يمكن تقسيمها إلى معيار معامل ( 230gpa ) ، متوسط معامل ( 294gpa ) وارتفاع معامل ( 350gpa ) . ليس من الصعب أن تجد من الجدول ، معامل عالية من ألياف الكربون ، مثل t800h t800s , بالمقارنة مع متوسط معامل ألياف الكربون ، وانخفاض قوة الشد عموما . على سبيل المثال ، أقصى قوة m40j الصف ألياف الكربون هو فقط 4400mpa ، وبالتالي الحصول على معامل عالية من ألياف الكربون على أساس عموم . الاستطالة في كسر أقل من أو يساوي 1.2 في المائة ، مما يقلل من الاستطالة في كسر والمتانة تأثير معامل عالية من ألياف الكربون المركبة . في السنوات الأخيرة ، فإن معظم البحوث الأجنبية و اختراقات في مجال معامل عالية من ألياف الكربون على أساس عموم تركز على تحسين قوة الألياف و الاستطالة في كسر .