復合材料在航天器結(jié)構(gòu)上的運用-文庫吧
2025-07-17 19:39 本頁面
【正文】 保護增強體，保持復合材料形狀等作用；界面層是包覆在增強體外面的涂層，其功能是傳遞載荷，同時防止基體對增強體的損傷，確保增強體作用發(fā)揮。這類復合材料稱為纖維復合材料。在航天器中廣泛應(yīng)用的有以下幾種纖維：玻璃纖維、碳纖維、凱芙拉纖維、硼纖維。基體材料主要有環(huán)氧樹脂和金屬。根據(jù)復合材料的各種優(yōu)異性能，如輕質(zhì)高強，耐高溫等，被廣泛應(yīng)用航天器結(jié)構(gòu)中，載航天器結(jié)構(gòu)應(yīng)用中所起的作用可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。主要應(yīng)用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、航天飛機以及導彈的各種機構(gòu)中。2 復合材料在航天器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀 在導彈與火箭結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用 對導彈與火箭，質(zhì)量輕重直接影響其航程與成本，通常, 固體洲際導彈的第三級發(fā)動機每減輕質(zhì)量1kg就可增加近60km的射程,火箭的質(zhì)量每減輕1kg, 其發(fā)射費用可以節(jié)約15000美元，由此可見減小其質(zhì)量的重要性。洲際導彈和遠程導彈由于高速飛行彈頭處于高溫，所以燒蝕嚴重，必須采用防燒蝕的材料。碳纖維增強碳基復合材料，主要用在洲際導彈或遠程導彈頭部燒蝕防熱頭錐。碳纖維三個方向或多個方向編織，作為復合材料的增強體，然后用化學沉淀或浸漬瀝青的方法填充織物空隙，最后在一定壓力下高溫石墨化而成，具有十分優(yōu)異的力學性能，與其它高性能纖維相比具有最高比強度和最高比模量。特別是在2000℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強度不下降的物質(zhì)。此外，其還兼具其他多種得天獨厚的優(yōu)良性能：低密度、高升華熱、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、高震動衰減性、低熱膨脹系數(shù)、導電導熱性、電磁屏蔽性、紡織加工性均優(yōu)良等。因而被廣泛應(yīng)用于火箭殼體、導彈頭錐、火箭噴管等耐高溫結(jié)構(gòu)中。主要用于次受力結(jié)構(gòu),如彈頭燒蝕防熱層,隨著火箭和導彈技術(shù)的發(fā)展,以及復合材料的進展,先進的復合材料已廣泛用于承載結(jié)構(gòu),如火箭發(fā)動機殼體等，石墨/ 環(huán)氧復合材料大大減輕了導彈或火箭的質(zhì)量。例如1987 年美國飛馬運載火箭竟研制出完全復合材料的火箭,它的各級發(fā)動機、殼體、機翼尾翼、整流罩全部都使用了復合材料。美國、日本、法國的固體發(fā)動機殼體主要采用碳纖維復合材料，如美國三叉戟2 導彈、戰(zhàn)斧式巡航導彈、大力神一4 火箭、法國的阿里安一2 火箭改型、日本的M5火箭等發(fā)動機殼體， 的IM7 碳纖維，性能最高的是東麗T800 纖維，、楊氏模量300GPa[3]。圖1美國大力神戰(zhàn)略彈道導彈（轉(zhuǎn)載 林德春等碳纖維復合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用）另外，我國各類戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)導彈上也大量采用碳纖維復合材料作為發(fā)動機噴管、整流罩防熱材料。我國九十年代后期開展了纖維增強復合材料材料殼體的研究，進行了T300 CFRP（凱芙拉纖維）固體火箭發(fā)動機殼體的基礎(chǔ)試驗、殼體結(jié)構(gòu)強度試驗、點火試車等全程考核。完成了12K T700 CFRP殼體結(jié)構(gòu)強度試驗，開展了T800 碳纖維CFRP多種殼體的預研實驗。 圖 2 我國東風系列地地導彈（轉(zhuǎn)載 林德春等碳纖維復合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用） 在人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上應(yīng)用衛(wèi)星在
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