Технологичният статус и научноизследователският напредък на въглеродните влакна в космоса

Технически статус и напредък на научните изследвания на въглеродните влакна Типични характеристики и приложения

Въглеродни влакна и неговите приложения в космическата област.Причината, поради която въглеродните влакна могат да бъдат широко използвани в космическата област, произтича главно от следните предимства:

(1) Композитните материали от въглеродни влакна могат да отговорят на високите изисквания за твърдост на космическия кораб

Тъй като сателитите и другите космически кораби трябва да издържат на изключително високо претоварване при ускорение и тежки вибрации по време на изстрелване, основното съображение при проектирането на спътниковата структура е да се реши проблемът с твърдостта при условие, че се отговори на силата. Само чрез приемане на структура с висока твърдост може да се осигури структурата на спътника. Пълнота и функционалност. Като цяло, еднопосочният материал от композитен материал от въглеродни влакна има модул 5-7 пъти по-голям от този на алуминиева сплав. Ето защо, композитният материал от въглеродни влакна с висок модул е най-добрият материал, който отговаря на изискванията за структурна твърдост на сателитите и други космически кораби.

(2) Композитните материали от въглеродни влакна могат да отговарят на изискванията за стабилност на размерите на космическия кораб

Основният проблем на космическите кораби, работещи в космическата среда, е редуването на висока и ниска температура. Например, когато сателит работи в геостационарна орбита, той е изправен пред максимална температура 120 ° С и минимална температура минус 160 ° С. Сателитните структурни части имат изключително високи изисквания за висока точност и стабилност на размера на конструкцията в висока и ниска температура променлива среда. С въглеродни влакна като подсилващ материал, композит с почти нулев коефициент на термично разширение може да бъде получен чрез разумен слой дизайн. Материал, така че да отговаря на изискванията за стабилност на размерите на космическия кораб при висока и ниска температура променящи се среди.

(3) Композитните материали от въглеродни влакна могат да отговарят на изискванията на леките космически кораби

Горивото, използвано от космически кораб, струва около 5 милиона долара на тон. Носенето на голямо количество гориво ще увеличи излитането и теглото на полета на космическия апарат и значително ще увеличи производствените разходи и разходите за полет на космическия апарат. Изчислява се, че за всеки 1 кг маса, спестена от сателита, изстрелващото превозно средство може да спести 500 кг гориво и да намали разходите за изстрелване с 20 000 щатски долара. В сравнение с металните материали, композитните материали от въглеродни влакна не само отговарят на високата твърдост и стабилност на размерите на космическия кораб, но и имат значителен лек ефект, което помага да се намалят разходите за изстрелване и експлоатация.

В сравнение с горепосоченото отлично представяне, въглеродните влакна също имат определени ограничителни фактори. Следната таблица показва показателите за механични характеристики на обикновени търговски въглеродни влакна.

Според модула на опън, продуктите от въглеродни влакна са разделени на стандартен модул (230 GPa), среден модул (294 GPa) и висок модул (>350 GPa). Не е трудно да се намери от таблицата, че в сравнение с и други въглеродни влакна със среден модул якостта на опън на въглеродните влакна с висок модул обикновено е по-ниска. Например, най-високата якост на въглеродните влакна клас е само 4400 което води до базирани на високомодулни въглеродни влакна. Удължението при счупване е по-малко или равно на 1,2%, което допълнително ще намали удължението при счупване и якостта на удара на композитния материал с висок модул въглеродни влакна. През последните години чуждестранните изследвания и пробиви в областта на базираните на високомодулни въглеродни влакна са фокусирани предимно върху подобряване на якостта на влакната и удължаването при счупване.