O status da tecnologia e o progresso da pesquisa da fibra de carbono no espaço aéreo

Estado técnico e progresso da pesquisa de fibras de carbono Características típicas e aplicações

Fibra de carbono e suas aplicações no campo aeroespacial.A razão pela qual a fibra de carbono pode ser amplamente utilizada no campo aeroespacial decorre principalmente das seguintes vantagens:

(1) Materiais compósitos de fibra de carbono podem atender aos requisitos de alta rigidez da espaçonave

Como satélites e outras naves espaciais precisam suportar sobrecarga de aceleração extremamente alta e vibração severa durante o lançamento, a principal consideração no projeto da estrutura do satélite é resolver o problema da rigidez sob a condição de atender a força. Somente adotando uma estrutura de alta rigidez pode ser assegurada a estrutura do satélite. Completidade e funcionalidade. Geralmente, o material unidirecional do material composto de fibra de carbono tem um módulo 5-7 vezes maior do que o da liga de alumínio. Portanto, o material composto de fibra de carbono de alto módulo é o melhor material para atender aos requisitos de rigidez estrutural de satélites e outras naves espaciais.

(2) Os materiais compósitos de fibra de carbono podem atender aos requisitos da estabilidade dimensional da espaçonave

O principal problema das naves espaciais operando no ambiente espacial é a alternância de altas e baixas temperaturas. Por exemplo, quando um satélite está operando em uma órbita geoestacionária, ele enfrenta uma temperatura máxima de 120°C e uma temperatura mínima de menos 160°C. As peças estruturais de satélite têm requisitos extremamente altos para a alta precisão e estabilidade dimensional da estrutura no ambiente alternado de alta e baixa temperatura. Com fibra de carbono como material de reforço, um composto com coeficiente de expansão térmica quase zero pode ser obtido através de um design de camada razoável. Material, de modo a cumprir os requisitos de estabilidade dimensional da espaçonave em ambientes alternados de alta e baixa temperatura.

(3) Materiais compósitos de fibra de carbono podem atender aos requisitos de espaçonave leve

O combustível usado por uma nave espacial custa cerca de 5 milhões de dólares americanos por tonelada. Transportar uma grande quantidade de combustível aumentará o peso de decolagem e voo da espaçonave, e aumentará muito o custo de fabricação e o custo de voo da espaçonave. Estima-se que para cada 1 kg de massa economizada pelo satélite, o veículo lançador pode economizar 500 kg de combustível e reduzir os custos de lançamento em US$ 20.000. Comparado com materiais metálicos, os materiais compósitos de fibra de carbono não só atendem à alta rigidez e estabilidade dimensional da nave espacial, mas também têm um efeito leve significativo, o que ajuda a reduzir os custos de lançamento e operação.

Comparado com o excelente desempenho acima mencionado, a fibra de carbono também tem certos fatores restritivos. A tabela a seguir mostra os indicadores de desempenho mecânico de fibras de carbono comerciais comuns.

De acordo com o módulo de tração, seus produtos de fibra de carbono são divididos em módulo padrão (230 GPa), módulo médio (294 GPa) e alto módulo (>350 GPa). Não é difícil encontrar da tabela que, em comparação com T800H, T800S e outras fibras de carbono de módulo médio, a resistência à tração das fibras de carbono de alto módulo é geralmente menor. Por exemplo, a maior resistência da fibra de carbono M40J é de apenas 4400 MPa, resultando em fibra de carbono de alto módulo baseada em PAN. O alongamento na ruptura é menor ou igual a 1,2%, o que reduzirá ainda mais o alongamento na ruptura e a tenacidade ao impacto do material composto de fibra de carbono de alto módulo. Nos últimos anos, pesquisas estrangeiras e avanços no campo de fibras de carbono de alto módulo baseadas em PAN concentraram-se principalmente em melhorar a resistência da fibra e o alongamento na ruptura.