复合材料在航天器结构上的运用VIP免费

复合材料在航天器结构上的应用邹胜宇哈尔滨工业大学机电学院0608301班1060830126摘要：发展航天技术主要依靠先进的材料和技术,复合材料的出现使得航天器实现高性能、高可靠性、轻量化、低成本，以达到大量发射和应用航天器，提高效费比，从而实现新时期发展航天技术的战略目的。本文将介绍复合材料在多种航天器上的应用近况，以及复合材料结构未来发展前景。关键词：复合材料航天器结构ApplicationofCompositesinSpacecraftStructuresZouShengyuSchoolofMechanicalandElectronicinHITClass0608301NO.1060830126Abstract:Thedevelopmentofspacetechnologymainlydependsonadvancedmaterialsandadvancedtechnology,theemergenceofcompositematerialsmadespacecrafttoachievehighperformance,highreliability,lightweight,low-cost,toreachalargenumberofapplicationsandlaunchaspacecrafttoenhancecost-effective,toachieveastrategicpurposeofspacetechnologydevelopmentduringthenewtime.Thisarticlewillintroducethecompositematerialsinavarietyofspacecraftonthecurrentapplication,aswellasthedevelopmentofcompositestructureinfuture.Keywords:CompositematerialsSpacecraftStructures1引言复合材料是由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个材料。复合材料可保留组分材料的主要优点，克服或减少组分材料的缺点，还可能产生组分材料所没有的一些优异性能。因此，它们作为一类新型的工程材料，已得到了广泛的应用和发展。航天器结构所用复合材料，主要由增强作用的主要材料，影响着复合材料的主要性能，如密度、刚度、线膨胀系数和成本；基体可采用塑料（树脂材料）或金属材料，目前多采用树脂材料，它起着支撑增强体，保护增强体，保持复合材料形状等作用；界面层是包覆在增强体外面的涂层，其功能是传递载荷，同时防止基体对增强体的损伤，确保增强体作用发挥。这类复合材料称为纤维复合材料。在航天器中广泛应用的有以下几种纤维：玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉纤维、硼纤维。基体材料主要有环氧树脂和金属。根据复合材料的各种优异性能，如轻质高强，耐高温等，被广泛应用航天器结构中，载航天器结构应用中所起的作用可分为结构材料和功能材料两大类。主要应用在人造卫星、宇宙飞船、空间站、航天飞机以及导弹的各种机构中。2复合材料在航天器结构的应用现状2.1在导弹与火箭结构上的应用对导弹与火箭，质量轻重直接影响其航程与成本，通常,固体洲际导弹的第三级发动机每减轻质量1kg就可增加近60km的射程,火箭的质量每减轻1kg,其发射费用可以节约15000美元，由此可见减小其质量的重要性。洲际导弹和远程导弹由于高速飞行弹头处于高温，所以烧蚀严重，必须采用防烧蚀的材料。碳纤维增强碳基复合材料，主要用在洲际导弹或远程导弹头部烧蚀防热头锥。碳纤维三个方向或多个方向编织，作为复合材料的增强体，然后用化学沉淀或浸渍沥青的方法填充织物空隙，最后在一定压力下高温石墨化而成，具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、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、纺织加工性均优良等。因而被广泛应用于火箭壳体、导弹头锥、火箭喷管等耐高温结构中。主要用于次受力结构,如弹头烧蚀防热层,随着火箭和导弹技术的发展,以及复合材料的进展,先进的复合材料已广泛用于承载结构,如火箭发动机壳体等，石墨/环氧复合材料大大减轻了导弹或火箭的质量。例如1987年美国飞马运载火箭竟研制出完全复合材料的火箭,它的各级发动机、壳体、机翼尾翼、整流罩全部都使用了复合材料。美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料，如美国三叉戟-2导弹、战斧式巡航导弹、大力神一4火箭、法国的阿里安一2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的...