A szénszál technológiai állapota és kutatási fejlődése a repülőgépben

A szénszálak műszaki állapota és kutatási fejlődése Tipikus jellemzők és alkalmazások

Szénszál és alkalmazásai a repülőgép területén.Az ok, amiért a szénszál széles körben használható a repülőgép területén, elsősorban a következő előnyökből ered:

(1) A szénszálas kompozit anyagok megfelelnek az űrhajó magas merevségi követelményeinek

Mivel a műholdaknak és más űrhajóknak rendkívül nagy gyorsulási túlterhelésnek és súlyos rezgésnek kell ellenállniuk az indítás során, a műholdszerkezet kialakításánál a fő szempont a merevségi probléma megoldása az erősség teljesítésének feltétele mellett. Csak egy nagy merevségű szerkezet alkalmazásával biztosítható a műholdszerkezet. Teljesség és funkcionalitás. Általában a szénszálas kompozit anyag egyirányú anyaga 5-7-szer nagyobb modulussal rendelkezik, mint az alumíniumötvözet. Ezért a nagy modulusú szénszálas kompozit anyag a legjobb anyag, hogy megfeleljen a műholdak és más űrhajók szerkezeti merevségi követelményeinek.

(2) A szénszálas kompozit anyagok megfelelnek az űrhajó méretstabilitásának követelményeinek

Az űrkörnyezetben működő űrhajók fő problémája a magas és alacsony hőmérsékleti váltakozás. Ha például egy műhold geostacionáris pályán működik, akkor maximális hőmérséklettel 120 °C-os és minimális hőmérséklettel néz szembe. A műhold szerkezeti alkatrészei rendkívül magas és alacsony hőmérsékletű váltakozó környezetben rendkívül magas követelményeket támasztanak a szerkezet nagy pontosságára és méretstabilitására. Szénszál mint erősítőanyag, egy közel nulla hőtágulási együtthatóval rendelkező kompozit elérhető egy ésszerű rétegtervezéssel. Anyag, hogy megfeleljen az űrhajó dimenzióstabilitási követelményeinek magas és alacsony hőmérsékletű váltakozó környezetben.

(3) A szénszálas kompozit anyagok megfelelnek a könnyű űrhajó követelményeinek

Az űrhajó által használt üzemanyag tonnánként kb. 5 millió dollárba kerül. Nagy mennyiségű üzemanyag szállítása növeli az űrhajó felszállási és repülési súlyát, és jelentősen növeli az űrhajó gyártási költségeit és repülési költségeit. Becslések szerint a műhold által megtakarított 1 kg tömeg után az indító jármű 500 kg üzemanyagot takaríthat meg, és 20 000 dollárral csökkentheti az indítási költségeket. A fémanyagokkal összehasonlítva a szénszálas kompozit anyagok nemcsak megfelelnek az űrhajó nagy merevségének és méretstabilitásának, hanem jelentős könnyű hatással is rendelkeznek, ami segít csökkenteni az indítási és üzemeltetési költségeket.

A fent említett kiváló teljesítménnyel összehasonlítva a szénszálnak is vannak bizonyos korlátozó tényezői. Az alábbi táblázat a közös kereskedelmi szénszálak mechanikai teljesítménymutatóit mutatja.

A húzószilárdsági modulus szerint a szénszálas termékek standard modulusra (230 GPa), közepes modulusra (294 GPa) és magas modulusra (>350 GPa) oszlanak. Nem nehéz megtalálni a táblázatból, hogy a T800H, T800S és más közepes modulusú szénszálakhoz képest a nagy modulusú szénszálak szakítószilárdsága általában alacsonyabb. Például az M40J minőségű szénszál legnagyobb szilárdsága csak 4400 MPa, ami PAN-alapú, nagy modulusú szénszálat. A törésnyúlás kisebb, mint vagy egyenlő 1,2%, ami tovább csökkenti a törésnyúlást és a nagy modulusú szénszálas kompozit anyag ütési szilárdságát. Az elmúlt években a PAN-alapú nagy modulusú szénszálak területén végzett külföldi kutatások és áttörések leginkább a szálszilárdság és a törésnyúlás javítására összpontosítottak.