O que é módulo e a aplicação de fibra de carbono de alto módulo no espaço aéreo?

A fibra de carbono é amplamente utilizada no campo aeroespacial. Em termos de componentes, fibra de carbono é um termo geral para um tipo de fibra com um teor de carbono superior a 95%, que tem um módulo específico muito alto e resistência específica. Entre eles, a fibra de carbono de alta resistência refere-se a fibras com alta resistência (resistência maior que 4,5GPA) e módulo moderado (módulo é geralmente 230GPa a 310GPa), enquanto a fibra de carbono de alto módulo tem um teor de carbono de mais de 98% e um módulo de pelo menos 370GPa, mas a resistência tende a ser baixa. Se você não tem conceito de módulo e força, você pode entendê-lo assim: uma vara da mesma espessura, com ambos os lados fixados horizontalmente, com um peso de pesagem pendurado no meio, neste momento, o meio da vara se dobrará. Para o mesmo peso de pesagem, quanto maior o módulo da vara, menos a vara dobra para baixo. Como entender a força? Ainda é esta vara, o peso no meio é adicionado a 50kg, e a vara é quebrada. Então, 50kg dividido pela área de seção transversal da vara é a força da vara.

Os materiais mais fortes são mais fortes?  

Para materiais estruturais não é tão simples. Por exemplo, se um edifício foi usado por um longo tempo e algumas vigas e colunas são danificadas, a rigidez do edifício será pobre, e a rigidez aqui corresponde ao módulo. Se a rigidez de uma estrutura é pobre, sob a mesma vibração externa, a frequência de ressonância do objeto se tornará mais baixa, por isso é fácil ressonar com a fonte de vibração externa, e a vibração da ressonância é prejudicial em certa medida. Para melhorar a rigidez do edifício, um método relativamente simples é reforçar, engrossar as colunas e aumentar a rigidez.

O mesmo se aplica aos veículos aeroespaciais.

Para que mísseis, foguetes e drones atinjam seus alvos com precisão e estabilidade, é necessário garantir a estabilidade da aeronave durante o voo. Ou seja, "o corpo deve ser rígido". Então, como resolvê-lo? Um dos métodos é tornar a estrutura mais espessa, e o material do corpo do projétil deve ser selecionado com alto módulo e material grosso, de modo que a resistência à deformação seja forte. No entanto, as naves espaciais devem ser leves, o que é uma contradição. Neste momento, é necessário escolher materiais leves e fortes, como pó de fibra de carbono. Atualmente, muitos modelos ainda usam fibra de carbono de alta resistência, ou seja, fibra de carbono com alta resistência e baixo módulo. Porque este tipo de fibra de carbono pode atender aos requisitos de projeto. No entanto, em alguns casos, as fibras de carbono de alta resistência têm excesso de resistência e módulo insuficiente. Por exemplo, asas de grande proporção e estruturas de suporte de veículos espaciais têm uma coisa em comum. A relação de esbeltez da estrutura é muito alta, e é fácil vibrar quando é perturbado durante o voo. Quando a frequência da vibração é próxima da frequência natural da estrutura, a ressonância ocorrerá, o que obviamente afetará a estabilidade da aeronave. Para limitar a ressonância, é necessário aumentar a frequência natural de baixa ordem da estrutura, de modo que nenhuma ou menos ressonância ocorra durante o voo. A fim de aumentar a frequência natural, é necessário aumentar a rigidez da estrutura. Essas aplicações, portanto, colocam demandas muito altas sobre rigidez estrutural, bem como restrições rigorosas de peso e volume. Neste momento, os designers estruturais "convidarão" a fibra de carbono de alto módulo para aparecer. Usando fibra de carbono de alto módulo, a rigidez da estrutura pode ser melhorada, garantindo a força sob o peso estrutural limitado, tornando a aeronave mais estável. Portanto, podemos dizer que é a fibra de carbono de alto módulo que dá à nave espacial seus "ossos de aço".