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          南通新通活性碳纖維有限公司
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          炭纖維復合材料在航空航天領域中的應用
          發布時間: 2022/6/20
            一百多年來,材料與航空航天工業一直在相互推動、不斷發展,各種宇宙飛行器、探測器、空間站和人造衛星等在太空軌道中飛行,航天飛機和戰略武器重返大氣層需經苛刻的高溫環境,研發大型火箭和人造衛星以及全面提升飛機性能,急需新型結構材料及耐燒蝕材料。隨著科學技術的進步和復合技術的不斷提高,炭纖維復合材料的性能El臻完善,成為高新科技發展的物質基礎組成部分。各種飛行器的使用環境與溫度如表1所示。
            表1 各種飛行器部件的使用環境、溫度與壽命對比

          部件

          熱循環/

          溫度/

          總熱壽命/s

          環境

          飛機剎車片

          固體火箭噴管喉襯

          導彈再入飛行器鼻錐

          環地軌道飛行器鼻錐

          超音速飛行器控制

          宇宙飛船散熱器

          航天發動機接力室

          燃氣部件

          1500-4000

          1

          1

          100

          50

          10000

          1000

          500

          825

          3200

          6600

          1500

          4

          1650

          1650

          1035

          30-50

          0.02

          O.01

          50-100

          25-100

          15

          2000-4000

          空氣

          燃氣

          離解氣體

          空氣

          空氣

          燃氣

          燃氣

            在航天領域,美國的三叉戟——2型導彈、侏儒導彈和大力神-4(直徑為3.2m)采用了高強中模炭纖維復合材料。我國第一顆實用通信衛星應用了炭纖維/環氧復合材料拋物面天線系統,第一顆太陽同步軌道“風云一號"氣象衛星采用了多折疊式炭纖維復合材料剛性太陽電池陣結構。炭纖維復合材料還可用來制造航天飛機的機翼、火箭的噴焰El、戰略導彈的末級助推器等。
            
            圖1波音787飛機所用結構
            材料的質量分數
            炭纖維復合材料可以提高凈載質量,縮短航行時間,高速化,節能降耗等,在航空領域同樣意義重大。早在19世紀70年代初期,美國軍用F14戰斗機就部分采用炭纖維復合材料作為主承力結構。在民用航空領域,如波音767和空中客車A310中,炭纖維復合材料也占到了結構質量的3%和5%左右。A380-800飛機中先進纖維復合材料用量高達30~35t,主要是炭纖維/環氧復合材料,也包括玻璃纖維增強鋁和玻璃纖維/環氧復合材料。表2列出了炭纖維復合材料在大飛機上用量逐年遞增的情況。顯然,炭纖維復合材料在空客A380和波音787上的用量已占到結構總質量的50%,可稱為復合材料飛機。圖1是波音787所用結構材料的質量分數F383,制造波音飛機通用的鋁合金、鈦合金分別降低到20%和15%,炭纖維復合材料成為制造大飛機的主體材料。
            表2 炭纖維復合材料在大飛機上的逐年用量對比

          年份

          飛機機型

          結構材料

          炭纖維復合材料用量/t

          炭纖維用量/t

          1982

          1995

          2006

          2008

          B767等

          B777

          A380

          B787

          二次結構材料

          一次結構材料;二次結構材料

          一次結構材料;二次結構材料

          一次結構材料;二次結構材料

          1.5

          10

          35

          35

          1

          7

          23

          23


           
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