碳纤维复合材料在无人机等航空航天领域的应用

碳纤维是含碳量在90%以上的碳素材料,与其他高性能的纤维相比具有最高的比强度和比模量,因此,力学性能十分优异。此外,碳纤维还具有密度低、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电导热性、电磁屏蔽性、易加工性等优良性能。因此,碳纤维被广泛的应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天所作出的卓越贡献尤其受瞩目。

在军用战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于飞机主结构、次结构和战机特殊部位的特种功能部件。国外的一些轻型飞机和无人机已经实现了结构的复合材料化,主要采用的是T300和T700小丝束碳纤维增强复合材料。

将碳纤维复合材料应用到战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼、蒙皮等部位,可以起到很明显的轻量化作用。
定制碳纤维机身部件时,根据最后的数据显示,使用碳纤维复合材料结构的前机身段,比金属结构减轻31.5%,零部件减少了61.5%,紧固件减少了61.3%,而且抗疲劳、耐腐蚀性能大大提高。

在民品领域,世界上最大的飞机A380有25%重量的配件采用的是复合材料制作,其中,22%的采用的是碳纤维增强复合材料,剩余3%则采用的是GLARE纤维-金属板(铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构)。

这些用碳纤维增强复合材料制成的零部件包括:减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、升降舵、方向舵、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、副翼等,由于碳纤维复合材料的减重明显,大大减少了油耗和排放;而且在使用过程中不会因为疲劳或者外界腐蚀而受损。

碳纤维复合材料因为质量轻、刚性高、强度高、尺寸稳定,导热性好等优势,很早就被应用到人造卫星结构体、太阳能电池板和天线上。现如今,人造卫星上展开式的太阳能电池大多采用的是碳纤维复合材料,太空站和天地往返运输系统上一些比较关键的零部件也采用的是碳纤维复合材料。我国从“神州一号”到“神州六号”上天,八年多的时间实现六次升天。
随着碳纤维技术研究深入,碳纤维的产量也会不断增加,质量在不断的提升,而整体价格会稳步下降。会有越来越多的高性能优质的碳纤维复合材料会被应用到航空行业领域中,为人类的航空航天事业作出巨大的贡献。

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