Was ist Modul und die Anwendung von hochmoduligen Kohlefasern in der Luft- und Raumfahrt?

Kohlenstofffaser ist in der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet. In Bezug auf Komponenten ist Kohlefaser ein allgemeiner Begriff für eine Art von Faser mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 95%, die einen sehr hohen spezifischen Modul und spezifische Festigkeit hat. Unter ihnen bezieht sich hochfeste Kohlenstofffaser auf Fasern mit hoher Festigkeit (Festigkeit größer als 4.5GPa) und moderatem Modul (Modul ist im Allgemeinen 230GPa bis 310GPa), während hochmodulige Kohlenstofffaser einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 98% und ein Modul von mindestens 370GPa hat, aber die Festigkeit neigt dazu niedrig zu sein. Wenn Sie kein Konzept von Modul und Stärke haben, können Sie es so verstehen: ein Stab von gleicher Dicke, mit beiden Seiten horizontal befestigt, mit einem wiegenden Gewicht in der Mitte, zu diesem Zeitpunkt wird sich die Mitte des Stabs nach unten beugen. Je höher der Stabmodul, desto weniger beugt sich der Stab nach unten. Wie kann man Stärke verstehen? Es ist immer noch dieser Stock, das Gewicht in der Mitte wird zu 50kg addiert, und der Stock ist gebrochen. Dann ist 50kg geteilt durch die Querschnittsfläche des Sticks die Stärke des Sticks.

Sind stärkere Materialien stärker?  

Für Strukturmaterialien ist es nicht so einfach. Zum Beispiel, wenn ein Gebäude lange Zeit genutzt wurde und einige Balken und Säulen beschädigt sind, wird die Steifigkeit des Gebäudes schlecht sein, und die Steifigkeit hier entspricht dem Modul. Wenn die Steifigkeit einer Struktur schlecht ist, unter der gleichen äußeren Schwingung, wird die Resonanzfrequenz des Objekts niedriger, so dass es leicht ist, mit der externen Schwingungsquelle zu resonieren, und die Schwingung der Resonanz ist zu einem gewissen Grad schädlich. Um die Steifigkeit des Gebäudes zu verbessern, besteht eine relativ einfache Methode darin, die Säulen zu verstärken, zu verdicken und die Steifigkeit zu erhöhen.

Dasselbe gilt für Luft- und Raumfahrtfahrzeuge.

Damit Raketen, Raketen und Drohnen ihre Ziele präzise und stabil erreichen, ist es notwendig, die Stabilität des Flugzeugs während des Fluges sicherzustellen. Das heißt, "der Körper muss starr sein." Also, wie kann man es lösen? Eine der Methoden besteht darin, die Struktur dicker zu machen, und das Material des Projektilkörpers sollte mit hohem Modul und dickem Material ausgewählt werden, damit der Widerstand gegen Verformung stark ist. Raumschiffe müssen jedoch leicht sein, was ein Widerspruch ist. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, leichte und starke Materialien wie Kohlefaserpulver zu wählen. Derzeit verwenden viele Modelle immer noch hochfeste Kohlefaser, das heißt Kohlefaser mit hoher Festigkeit und niedrigem Modul. Weil diese Art von Kohlefaser die Designanforderungen erfüllen kann. In einigen Fällen haben hochfeste Carbonfasern jedoch übermäßige Festigkeit und unzureichenden Modul. So haben zum Beispiel große Seitenverhältnisse und Trägerstrukturen von Raumfahrzeugen eines gemeinsam. Das Schlankheitsverhältnis der Struktur ist sehr hoch, und es ist leicht zu vibrieren, wenn es während des Fluges gestört wird. Wenn die Schwingungsfrequenz nahe an der Eigenfrequenz der Struktur liegt, tritt die Resonanz auf, die offensichtlich die Stabilität des Flugzeugs beeinflusst. Um die Resonanz zu begrenzen, ist es notwendig, die niedere Eigenfrequenz der Struktur zu erhöhen, damit während des Fluges keine oder weniger Resonanz auftritt. Um die Eigenfrequenz zu erhöhen, ist es notwendig, die Steifigkeit der Struktur zu erhöhen. Diese Anwendungen stellen daher sehr hohe Anforderungen an die strukturelle Steifigkeit sowie strenge Gewichts- und Volumenbeschränkungen. Zu diesem Zeitpunkt werden Strukturdesigner hochmodulige Kohlefasern "einladen", zu erscheinen. Durch die Verwendung von hochmoduligen Kohlefasern kann die Steifigkeit der Struktur verbessert werden, während die Festigkeit unter dem begrenzten Strukturgewicht sichergestellt wird, wodurch das Flugzeug stabiler wird. Daher können wir sagen, dass es die hochmodulige Kohlefaser ist, die dem Raumschiff seine "Stahlknochen" verleiht.