Hiilikuitun teknologian tila ja tutkimuksen edistyminen ilmailussa

Hiilikuitujen tekninen tila ja tutkimuksen edistyminen Tyypilliset ominaisuudet ja sovellukset

Hiilikuitu ja sen sovellukset ilmailu- ja avaruusalalla.Syy siihen, miksi hiilikuitua voidaan käyttää laajasti ilmailu- ja avaruusalalla, johtuu pääasiassa seuraavista eduista:

(1) Hiilikuitukompoosiittimateriaalit voivat täyttää avaruusalusten korkeat jäykkyysvaatimukset

Koska satelliitit ja muut avaruusalukset joutuvat kestämään erittäin suurta kiihtyvyyden ylikuormitusta ja kovaa tärinää laukaisun aikana, tärkein näkökohta satelliittirakenteen suunnittelussa on ratkaista jäykkyysongelma sillä ehdolla, että ne täyttävät vahvuuden. Satelliittirakenne voidaan varmistaa ainoastaan ottamalla käyttöön erittäin jäykkä rakenne. Täydellisyys ja toimivuus. Yleensä hiilikuitukomposiittimateriaalin yksisuuntaisella materiaalilla on moduuli 5-7 kertaa suurempi kuin alumiiniseoksella. Siksi korkean moduulin hiilikuitukomposiittimateriaali on paras materiaali täyttää satelliitien ja muiden avaruusalusten rakenteelliset jäykkyysvaatimukset.

(2) Hiilikuitukompoosiittimateriaalit voivat täyttää avaruusaluksen mittavakauden vaatimukset

Avaruusympäristössä toimivien avaruusalusten suurin ongelma on korkean ja matalan lämpötilan vaihtelu. Esimerkiksi kun satelliitti toimii geostationaarisella kiertoradalla, sen enimmäislämpötila on 120 °C ja vähimmäislämpötila -160 °C. Satelliittirakenneosilla on erittäin korkeat vaatimukset rakenteen tarkkuudelle ja mittavakaudelle korkean ja matalan lämpötilan vaihtelevissa olosuhteissa. Kun teräsmateriaalina on hiilikuitu, komposiitti, jolla on lähes nolla lämpölaajenemiskerroin, voidaan saada kohtuullisella kerroksella. Materiaali, jotta avaruusaluksen mittavakausvaatimukset täyttyvät korkean ja matalan lämpötilan vaihtelevissa ympäristöissä.

(3) Hiilikuitukompoosiittimateriaalit voivat täyttää kevyen avaruusaluksen vaatimukset

Avaruusaluksen käyttämä polttoaine maksaa noin 5 miljoonaa dollaria tonnilta. Suuren polttoaineen kuljettaminen lisää avaruusaluksen lentoonlähtöä ja lentopainoa ja lisää huomattavasti avaruusaluksen valmistuskustannuksia ja lentokustannuksia. Arvioidaan, että jokaista satelliitin säästämää massakiloa kohden laukaisuajoneuvo voi säästää 500 kiloa polttoainetta ja vähentää laukaisukustannuksia 20 000 dollarilla. Metallimateriaaleihin verrattuna hiilikuitukomposiittimateriaalit eivät ainoastaan täytä avaruusaluksen suurta jäykkyyttä ja mittavakautta, vaan niillä on myös merkittävä kevyt vaikutus, mikä auttaa vähentämään laukaisu- ja käyttökustannuksia.

Edellä mainittuun erinomaiseen suorituskykyyn verrattuna hiilikuidulla on myös tiettyjä rajoittavia tekijöitä. Seuraavassa taulukossa esitetään tavallisten kaupallisten hiilikuitujen mekaaniset suorituskykyindikaattorit.

Vetomoduulin mukaan sen hiilikuitutuotteet on jaettu vakiomoduuleihin (230 GPa), keskimoduuleihin (294 GPa) ja korkeaan moduuliin (>350 GPa). Taulukosta ei ole vaikea löytää, että verrattuna T800H, T800S ja muihin keskimoduuleihin hiilikuituihin, korkean moduulin hiilikuitujen vetolujuus on yleensä pienempi. Esimerkiksi M40J-luokan hiilikuitujen suurin lujuus on vain 4400 MPa, mikä johtaa PAN-pohjaiseen korkean moduulin hiilikuituun. Katkaisuvenymä on pienempi tai yhtä suuri kuin 1,2%, mikä vähentää edelleen murtumisen venymistä ja korkean moduulin hiilikuitukomposiittimateriaalin iskusitkeyttä. Viime vuosina ulkomaiset tutkimukset ja läpimurrot PAN-pohjaisten korkean moduulin hiilikuitujen alalla ovat keskittyneet pääasiassa kuitulujuuden ja murtuman venymisen parantamiseen.