现阶段,碳纤维复合材料及复合结构已经在包括航空航天在内的各个领域中得到了广泛的应用,并且根据用量的多少已经成为衡量其先进性的重要标志之一。
目前,航天器发送成本较大,将一公斤物体送入太空的成本约为1-2万美元。因此,在保证其结构满足承载力学要求的前提下,针对结构开展的整体轻量化研究越来越被人们所关注,其有着重大的实际工程意义及经济意义。
与此同时,航天器的工作状态复杂,承载过程条件恶劣,由于其工作环境的特殊性(发射环境和空间环境),对于航天器结构材料的要求与常规机械产品的要求有较大区别,主要包括一下两个方面:
一、轻量化要求
考虑到航天器较高的发射成本、精准的控制策略、复杂的工作环境等因素,均需要提高各方面的性能。其中对总体质量,尤其是结构的质量有着严格的限制条件。因此在航天结构材料选取方面,必须选用如碳纤维蜂窝结构的轻型材料。
二、机械性能要求
考虑到航天器在发射时可能产生较大的动态响应载荷,为了尽量避免或减小这一动应力效应,需要提高结构及机构的固有频率,与此同时,考虑到航天器轻型薄壁结构材料在发射压缩载荷下的稳定性问题,需要提高结构及机构的刚度。
解决上述两方面性能要求,最有效的途径是选用弹性模量较高的材料。考虑到航天器在空调环境工作中承载性能的要求,为了使其能够承载受尽量高的载荷条件,需要选用强度值较高的材料,而碳纤维复合材料均符合以上要求,并且相对所有结构材料性能出众。比如,江苏博实碳纤维科技有限公司为某航天研究所研制的卫星太阳翼、卫星承力筒、遮光罩等,均采用了碳纤维复合材料及碳纤维蜂窝夹层结构。《产品浏览:卫星太阳翼碳纤维铝蜂窝板(图)》
碳纤维蜂窝夹层结构作为多孔类复合材料中研究最多的一种,以其轻型结构材料所特有的最优比强度、比刚度、最大抗疲劳性能、表面平整光滑等特点,已经在航天器上得到了大量的应用。