Mikä on moduuli ja korkean moduulin hiilikuidun käyttö ilmailussa?

Hiilikuitua käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusalalla. Komponenttien osalta hiilikuitu on yleinen termi kuitutyypille, jonka hiilipitoisuus on yli 95%, jolla on erittäin korkea ominaismoduuli ja ominaislujuus. Niistä korkean lujuuden hiilikuitu viittaa kuituihin, joilla on korkea lujuus (lujuus yli 4,5GPA) ja kohtalainen moduuli (moduuli on yleensä 230GPa - 310GPa), kun taas korkean moduulin hiilikuitu on yli 98% ja moduuli vähintään 370GPa, mutta lujuus on yleensä alhainen. Jos sinulla ei ole käsitystä moduulista ja lujuudesta, voit ymmärtää sen näin: sauva, jonka paksuus on sama, molemmin puolin vaakasuorassa, punnituspaino roikkuu keskellä, tällä hetkellä sauvan keskiosa taipuu alas. Saman punnituspainon osalta, mitä korkeampi sauvamoduuli on, sitä vähemmän sauva taipuu alas. Miten ymmärtää voimaa? Se on edelleen tämä keppi, paino keskellä lisätään 50kg, ja keppi on rikki. Sitten 50 kg jaettuna sauvan poikkileikkausalalla on sauvan lujuus.

Ovatko vahvemmat materiaalit vahvempia?  

Rakenteellisten materiaalien osalta se ei ole niin yksinkertaista. Esimerkiksi jos rakennusta on käytetty pitkään ja jotkut palkit ja pylväät ovat vaurioituneet, rakennuksen jäykkyys on heikko ja jäykkyys vastaa moduulia. Jos rakenteen jäykkyys on heikko, saman ulkoisen värähtelyn alla kohteen resonanssitaajuus laskee, joten ulkoisen värähtelylähteen kanssa on helppo resonoida, ja resonanssin värähtely on jossain määrin haitallista. Rakennuksen jäykkyyden parantamiseksi suhteellisen yksinkertainen menetelmä on vahvistaa, sakeuttaa pylväät ja lisätä jäykkyyttä.

Sama koskee ilmailu- ja avaruusajoneuvoja.  

Jotta ohjukset, raketit ja lennokit saavuttaisivat tavoitteensa tarkasti ja vakaasti, on tarpeen varmistaa ilma-aluksen vakaus lennon aikana. Eli "kehon on oltava jäykkä." Miten ratkaista se? Yksi menetelmistä on tehdä rakenteesta paksumpi, ja ammuksen rungon materiaali olisi valittava suurella moduulilla ja paksulla materiaalilla, jotta muodonmuutoksen kestävyys on vahva. Avaruusalusten on kuitenkin oltava kevyitä, mikä on ristiriitaista. Tällä hetkellä on tarpeen valita kevyet ja vahvat materiaalit, kuten hiilikuitujauhe. Tällä hetkellä monet mallit käyttävät edelleen erittäin lujaa hiilikuitua, eli hiilikuitua, jolla on korkea lujuus ja alhainen moduuli. Koska tämäntyyppinen hiilikuitu voi täyttää suunnitteluvaatimukset. Joissakin tapauksissa erittäin lujilla hiilikuiduilla on kuitenkin liiallinen lujuus ja riittämätön moduuli. Esimerkiksi suurilla kuvasuhteen siivillä ja avaruusajoneuvojen tukirakenteilla on yksi yhteinen asia. Rakenteen hoikkaussuhde on erittäin korkea, ja se on helppo värähtellä, kun sitä häiritään lennon aikana. Kun tärinän taajuus on lähellä rakenteen luonnollista taajuutta, resonanssi tapahtuu, mikä luonnollisesti vaikuttaa lentokoneen vakauteen. Resonanssin rajoittamiseksi on tarpeen lisätä rakenteen matalan järjestyksen luonnollista taajuutta niin, että lennon aikana ei tapahdu mitään tai vähemmän resonanssia. Luonnollisen taajuuden lisäämiseksi on tarpeen lisätä rakenteen jäykkyyttä. Nämä sovellukset asettavat siksi erittäin suuria vaatimuksia rakenteelliselle jäykkyydelle sekä tiukkoja paino- ja tilavuusrajoituksia. Tällä hetkellä rakennesuunnittelijat "kutsuvat" korkean moduulin hiilikuitua ilmestymään. Käyttämällä korkean moduulin hiilikuitua rakenteen jäykkyyttä voidaan parantaa samalla kun varmistetaan lujuus rajoitetun rakenteellisen painon alla, mikä tekee lentokoneesta vakaamman. Siksi voimme sanoa, että se on korkean moduulin hiilikuitu, joka antaa avaruusalukselle sen "teräsluut".