Mô đun của sợi carbon mô đun cao là gì và ứng dụng của nó trong hàng không vũ trụ là gì?

Sợi carbon được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Về mặt thành phần, sợi carbon là một thuật ngữ chung cho một loại sợi có hơn 95% carbon, với mô đun cụ thể và sức mạnh cụ thể rất cao. Trong số này, sợi carbon cường độ cao đề cập đến sợi có cường độ cao (cường độ lớn hơn 4,5GPa) và mô đun trung bình (mô đun thường từ 230GPa đến 310GPa), trong khi sợi carbon mô đun cao có hàm lượng carbon trên 98%, mô đun ít nhất là 370GPa, nhưng có xu hướng thấp hơn. Nếu bạn không có khái niệm về mô đun và sức mạnh, bạn có thể hiểu nó theo cách này: một cây gậy có cùng độ dày, được cố định theo chiều ngang ở cả hai bên và một trọng lượng được treo ở giữa, khi trung tâm của cây gậy cong xuống. Đối với cùng một trọng lượng, mô đun thanh cao hơn, thanh uốn nhỏ hơn. Sức mạnh được hiểu như thế nào? Vẫn là cây gậy này, trọng lượng ở giữa tăng lên 50 kg, cây gậy bị gãy. Sau đó, 50kg chia cho diện tích mặt cắt ngang của que là sức mạnh của que.

Vật liệu mạnh hơn có mạnh hơn không?  

Đối với vật liệu xây dựng, điều này không đơn giản. Ví dụ, nếu một tòa nhà đã được sử dụng trong một thời gian dài và một số dầm và cột bị hư hỏng, độ cứng của tòa nhà trở nên tồi tệ hơn, ở đây tương ứng với mô đun. Nếu độ cứng của cấu trúc kém, dưới cùng một rung động bên ngoài, tần số cộng hưởng của vật thể sẽ thấp hơn, do đó dễ dàng cộng hưởng với nguồn rung bên ngoài, rung động cộng hưởng ở một mức độ nào đó có hại. Để tăng độ cứng của tòa nhà, một cách tương đối đơn giản là gia cố, làm dày các cột và tăng độ cứng.

Điều này cũng đúng với tàu vũ trụ.  

Để tên lửa, tên lửa và máy bay không người lái tiếp cận mục tiêu một cách chính xác và ổn định, cần đảm bảo sự ổn định của máy bay trong suốt chuyến bay. Đó là, "Cơ thể phải cứng nhắc." Vậy làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Một trong những phương pháp này là làm cho cấu trúc dày hơn và vật liệu của thân đạn nên chọn vật liệu có mô đun cao và dày để làm cho nó có khả năng chống biến dạng mạnh. Tuy nhiên, có một nghịch lý là tàu vũ trụ cần phải nhẹ. Tại thời điểm này, nó là cần thiết để chọn vật liệu nhẹ, mạnh mẽ, chẳng hạn như bột sợi carbon. Hiện nay, nhiều mô hình vẫn đang sử dụng sợi carbon có độ bền cao, tức là sợi carbon có độ bền cao và mô đun thấp. Bởi vì loại sợi carbon này có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, sợi carbon cường độ cao quá mạnh và không đủ mô đun. Ví dụ, dây lớn có một điểm chung hơn cả cánh và cấu trúc hỗ trợ tàu vũ trụ. Cấu trúc có tỷ lệ chiều dài và mảnh rất cao và dễ rung khi bị xáo trộn trong quá trình bay. Sự cộng hưởng xảy ra khi tần số rung gần với tần số vốn có của cấu trúc, điều này rõ ràng sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của máy bay. Để hạn chế cộng hưởng, cần phải tăng tần số vốn có bậc thấp của cấu trúc để không có hoặc hiếm khi xảy ra cộng hưởng trong suốt chuyến bay. Để tăng tần số vốn có, cần phải tăng độ cứng của cấu trúc. Do đó, các ứng dụng này đặt ra yêu cầu cao về độ cứng của cấu trúc cũng như giới hạn trọng lượng và khối lượng nghiêm ngặt. Tại thời điểm này, các nhà thiết kế kết cấu sẽ "mời" sợi carbon mô đun cao xuất hiện. Bằng cách sử dụng sợi carbon mô đun cao, độ cứng của cấu trúc có thể được cải thiện trong khi vẫn đảm bảo sức mạnh ở trọng lượng cấu trúc hạn chế, giúp máy bay ổn định hơn. Do đó, chúng ta có thể nói rằng đó là sợi carbon mô đun cao đã cho tàu vũ trụ "xương thép".