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碳纤维复合材料航空航天应用(飞机)
碳纤维复合材料是生产武器装备的重要材料,起减重,提高抗疲劳、耐腐蚀等性能。用于飞行器上各个部件,包括:机身蒙皮、机翼、整流罩、减速板、油箱壳体、方向舵等。采用碳纤维复合材料结构的机身,比金属减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%。有效降低结构重量系数第四代战机的结构重量系数已达到27~28%。碳纤维复合材料作为主体材料在F-22用量比例为35%左右。 A380飞机25%部件由复合材料制造,其中22%为碳纤维复合材料(CFRP)。燃油的经济性要低13%左右,使每位乘客每百公里耗油少于三升。目前应用较多的小丝束碳纤维强度达:5.5GPa 多为:T300、T700、T800H高强度碳纤维。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维的含碳量在90%以上,力学性能优异,具有较高的比强度和比模量,在2000℃以上高温惰性环境中,强度保持不变。碳纤维的性能优良:低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加优良等。应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域。2005 年世界碳纤维的耗用量已超过2 万吨,约占总消耗量的20%左右。航空航天领域需求量有大幅度增加。2001 年航空航天领域对碳纤维的需求为2690t,2002 年和2003 年对碳纤维的需求量有所减少,2002 年约减少20%,2003 年则减少约9 %。2003 年以后航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长,2006 年与2001 年相比 将增长约40 %,2008 年将增长约76 %,到2010 年增长超过99%。
碳纤维复合材料航空航天应用(三)
高模量碳纤维质轻,刚性,尺寸稳定性和导热性好,很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天线中。目前卫星上的太阳能电池板多采用碳纤维复合材料制作,碳纤维树脂复合材料用于航天飞机舱门、机械臂和压力容器、隔热瓦等。为了保证飞行器能安全飞行,外壳共有8 种保护层,分别为:低温重复使用表面绝热材料LRSI;高温重复使用表面绝热材料HRSI;柔性重复使用表面绝热材料FRSI;柔性重复使用表面绝热材料AFRI;高温耐熔纤维复合材FRIC―HRSI;增强碳/碳材料RCC;金属;二氧化硅织物。其中增强碳/碳材料RCC,可使航天飞机承受高达温度1700℃。“哥伦比亚”号航天飞机事故也是碳/碳材料RCC连接处未承受大气摩擦产生的高温而引发的事故。碳纤维在航空航天方面应用更为成熟。
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