Beth yw statws presennol a thueddiadau datblygu deunyddiau cyfansawdd ffibr mewn ffeiriau cerbydau lansio?

Mae'r ffair lloeren yn un o gydrannau pwysicaf cerbyd lansio, yn meddu ar siâp aerodynamig da, màs strwythurol ysgafn, a gallu gwahanu dibynadwy. Ei brif swyddogaeth yw cynnal siâp aerodynamig y cerbyd lansio yn ystod cyn-lansio a hedfan, gan amddiffyn y llwyth tâl y tu mewn rhag dylanwad yr amgylchedd naturiol allanol ac erydiad aerodynamig, a gwahanu'n ddibynadwy oddi wrth y roced ar ôl gadael yr atmosffer. Mae Ffigur 1 yn dangos y cerbyd lansio yn ffair yn y cyflwr gwahanu. Mae'r ffair wedi'i leoli o flaen y cerbyd lansio, gan amddiffyn y lloeren ac offerynnau manwl eraill y tu mewn i'r cerbyd lansio rhag cyrydiad gwres yn ystod allanfa atmosfferig. Unwaith y bydd y cerbyd lansio wedi gadael yr awyrgylch, nid yw'r ffair bellach yn ateb ei ddiben, ac ar y pwynt hwn, er mwyn lleihau pwysau'r roced, mae'r ffair yn gwahanu oddi wrth y cerbyd lansio. Er mwyn sicrhau trosglwyddiad data rhwng y llwyth tâl y tu mewn i'r ffair a'r byd y tu allan cyn gwahanu, yn gyffredinol mae gan y ffair alluoedd trosglwyddo tonnau electromagnetig. Ar hyn o bryd, mae ffeiriau lloeren yn ddomestig ac yn rhyngwladol yn bennaf yn perthyn i ddau gategori: strwythurau rhybedog metel a strwythurau deunydd cyfansawdd. Mae strwythurau rhybedog metel yn aml yn defnyddio aloion alwminiwm, tra bod strwythurau deunydd cyfansawdd yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd ffibr resin â galluoedd trosglwyddo tonnau. Gall fairings sydd wedi'u dylunio a'u gweithgynhyrchu o ddeunyddiau cyfansawdd ffibr resin leihau pwysau strwythurol 20%-30% yn effeithiol, gan gynyddu capasiti llwyth tâl roced a lleihau'r defnydd o danwydd injan o dan yr un llwyth tâl, a thrwy hynny leihau costau lansio rocedi. At hynny, mae deunyddiau cyfansawdd ffibr wedi'u seilio ar resin yn cynnig mwy o hyblygrwydd dylunio na deunyddiau metelaidd, gan ganiatáu ar gyfer dylunio a gweithgynhyrchu integredig, gan leihau nifer y cydrannau strwythurol a gwella dibynadwyedd strwythurol. Mae ymwrthedd cyrydiad rhagorol, ymwrthedd gwres llaith, ymwrthedd ymbelydredd, a gwrthiant blinder deunyddiau cyfansawdd ffibr sy'n seiliedig ar resin yn ymestyn oes gwasanaeth y strwythur fairing, gan alluogi adferiad teg.

2.1 Deunyddiau Panel Mae strwythur y panel yn darparu siâp aerodynamig y ffair. Mae deunydd y panel yn ddeunydd cyfansawdd ffibr wedi'i seilio ar resin, sy'n cynnwys deunydd matrics a deunyddiau atgyfnerthu. Mae deunyddiau cyfansawdd ffibr wedi'u seilio ar resin yn ysgafn, yn gryf ac yn gallu gwrthsefyll gwres, gyda hyblygrwydd dylunio uchel, a gallant gyflawni swyddogaeth trawsyrru tonnau dros ystod eang, gan eu gwneud yn ddeunyddiau delfrydol ar gyfer tegwch. Mae'r bennod hon yn adolygu defnyddiau teg ffibr a resin a ddefnyddir yn gyffredin yn ddomestig ac yn rhyngwladol.

2.1.1 Deunyddiau Ffibr Mae gan gyfansoddion ffibr sy'n seiliedig ar resin fanteision megis cryfder penodol uchel a modwlws penodol uchel. Mae deunyddiau atgyfnerthu perfformiad uchel a ddefnyddir yn gyffredin mewn paneli teg yn ddomestig ac yn rhyngwladol yn cynnwys ffibr carbon, ffibr gwydr, a ffibr aramid.

Mae gan ffibr carbon lawer o briodweddau rhagorol, gan gynnwys cryfder echelinol uchel a modwlws, dwysedd isel, dim ymgripiad, ymwrthedd blinder da, cyfernod ehangu thermol isel, dargludedd trydanol da a pherfformiad cysgodi electromagnetig. Fe'i defnyddiwyd yn eang yn y maes awyrofod.gwydr ffibryw'r deunydd atgyfnerthu a ddefnyddir amlaf ar gyfer crwyn teg tonnau, sydd â manteision megis cryfder uchel, priodweddau deuelectrig rhagorol, amsugno lleithder isel, a sefydlogrwydd dimensiwn. Cwartsgwydr ffibryn meddu ar y priodweddau deuelectrig gorau o'r holl ffibrau gwydr, gan aros yn ddigyfnewid i bob pwrpas dros fand amledd eang, gan alluogi trawsyrru tonnau band eang mewn ffeiriau. Ar ben hynny, mae ffibr cwarts yn arddangos perfformiad trawsyrru tonnau rhagorol ar dymheredd uchel, ac mae'r ffairiau mwyaf datblygedig dramor ar hyn o bryd yn defnyddio ffibr cwarts fel deunydd atgyfnerthu. Mae ffibr Aramid, ffibr arbenigol technoleg uchel, yn meddu ar gryfder uchel a modwlws uchel, ymwrthedd gwres ardderchog ac arafu fflamau, ac fe'i defnyddir mewn cymwysiadau awyrofod fel festiau gwrth-bwled aramid a helmedau. Fodd bynnag, mae natur hygrosgopig ffibr aramid yn effeithio ar ei briodweddau deuelectrig, gan gyfyngu ar ei gymhwysiad mewn ffeiriau tryloyw tonnau.

2.1.2 Deunyddiau Resin Mae Fairings yn gyffredinol yn defnyddio resinau thermosetio perfformiad uchel fel y deunydd panel matrics, gan gynnwys resin epocsi (EP), resin bismaleimide (BMI), a resin ester cyanate (CE), ac ati. Resin epocsi yw'r deunydd resin a ddefnyddir amlaf. Mae ganddo briodweddau thermodynamig rhagorol, prosesadwyedd cryf, a phriodweddau trydanol uwchraddol, sy'n golygu ei fod yn stwffwl mewn matricsau resin cyfansawdd. Fodd bynnag, mae resin epocsi yn dioddef o wrthwynebiad effaith wael a dirywiad sylweddol mewn eiddo mecanyddol o dan amodau llaith a phoeth. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae ymchwilwyr wedi canolbwyntio ar ychwanegu grwpiau hyblyg at systemau epocsi i wella eu caledwch a'u gallu i wrthsefyll gwres. Mae resin Bismaleimide (BMI), fel deunydd polyimide aromatig, yn meddu ar wrthwynebiad tymheredd uchel ac isel rhagorol, cryfder uchel a modwlws, cyfernod ehangu thermol isel, cysonyn dielectrig isel a cholled, anweddolion gwactod isel, a chyddwysyddion anweddol isel. Mae hefyd yn rhannu manteision tebyg gyda resin epocsi, megis rhwyddineb prosesu, ac fe'i defnyddir yn eang yn y maes awyrofod. Fodd bynnag, mae ei anfanteision yn cynnwys pwynt toddi uchel, hydoddedd gwael, a brau uchel. Mae resin ester cyanate (CE) yn fath newydd o resin a ddatblygwyd yn yr 1980au. Mae'n cynnwys cyson dielectrig isel, ymwrthedd tymheredd uchel, a gwrthiant i wres llaith, ac fe'i defnyddir yn bennaf mewn byrddau cylched printiedig perfformiad uchel a-defnyddiau strwythurol tryloyw perfformiad uchel. Mae ei anfanteision yn cynnwys brittleness uchel a gwydnwch gwael ar ôl halltu. Er mwyn cynyddu caledwch y system resin, mae BMI a CE yn gyffredinol yn defnyddio systemau resin cymysg caled wedi'u haddasu fel matrics deunydd cyfansawdd. Gall y systemau resin BMI a CE wedi'u haddasu, tra'n sicrhau ymwrthedd rhagorol i wres llaith ac eiddo dielectrig, wella cryfder effaith y strwythur.

2.2 Deunyddiau Brechdanau Mae'r strwythur brechdanau fairing yn chwarae rhan gefnogol ar gyfer deunydd y panel, ac mae ei baramedrau perfformiad yn effeithio'n fawr ar briodweddau mecanyddol ton y ffair lloeren-adran drawsyrru. Dylai'r deunydd rhyngosod fodloni'r gofynion canlynol: dwysedd isel, modwlws cywasgol uchel, modwlws cneifio uchel, cryfder hyblyg uchel, a phriodweddau dielectrig rhagorol. Y prif ddeunyddiau brechdanau fairing sy'n bodloni'r gofynion hyn yw:gwydr ffibrdiliau, diliau alwminiwm, diliau papur Nomex, a diliau ewyn PMI (polymethyl methacrylate).

Mae gan diliau gwydr ffibr effaith lleihau pwysau ansylweddol ac eiddo mecanyddol gwael. Yn y maes awyrofod, mae diliau papur Nomex a diliau ewyn PMI wedi ei ddisodli'n raddol; gall y cyfuniad o diliau alwminiwm a phaneli ffibr carbon achosi cyrydiad electrocemegol, gan fethu â bodloni gofynion ymwrthedd cyrydiad deunyddiau cyfansawdd yn amgylchedd llym llongau gofod; Mae diliau papur Nomex wedi'i wneud o aramid wedi'i drwytho â resin ffenolig, ac nid yw'r cyfuniad o diliau Nomex a phaneli ffibr carbon yn achosi cyrydiad electrocemegol, mae ganddo fodwlws cneifio uwch nag ewyn anhyblyg PMI, yn is mewn cost, mae ganddo brosesadwyedd da, ac fe'i defnyddir yn helaeth mewn ffiwslawdd, cysylltwyr, a rhannau eraill, gan ei gwneud yn cael ei ddefnyddio'n helaeth yn y maes awyrofod; Mae strwythur rhyngosod ewyn PMI yn well na strwythurau rhyngosod diliau eraill mewn llawer o briodweddau mecanyddol, ac mae'n strwythur anhyblyg anhyblygedd uchel. Gyda chryfder tynnol yn fwy na 0.5 MPa, dwysedd o dan 100 kg/m³, a thymheredd ystumio gwres yn cyrraedd 240 gradd, mae PMI yn arddangos cryfder bondio rhyngwynebol rhagorol gyda resinau thermosetting megis EP, BMI, a CE. Fel strwythur rhyngosod, mae'n llai tueddol o ddatgysylltu oddi wrth ryngwyneb y panel. At hynny, mae strwythurau PMI yn cynnig perfformiad trawsyrru tonnau rhagorol, gan alluogi trawsyrru tonnau band eang wrth fodloni gofynion llwyth. Fe'i defnyddir yn eang mewn ffeiriau dramor, ac yn ddomestig, fe'i defnyddir yn bennaf mewn cydrannau strwythurol awyrennau sifil. Mabwysiadodd y genhedlaeth newydd o gerbydau lansio-cyfres Long March 3A-strwythur brechdanau PMI a gynhyrchwyd yn ddomestig ar gyfer ei gôn blaen teg, gan leihau costau lansio lloeren a dangos rhagolygon cymhwysiad eang.

Statws Presennol Datblygiad Deunydd Tegu Domestig

Er mwyn diwallu anghenion datblygu ffeiriau yn y dyfodol ar gyfer cerbydau lansio fy ngwlad a llongau gofod eraill, mae gwahanol brifysgolion a sefydliadau ymchwil yn Tsieina wedi canolbwyntio ar addasu deunyddiau cyfansawdd ffibr i ddylunio a datblygu deunyddiau cyfansawdd ffibr perfformiad uchel, cost isel. Mae hyn wedi gwella gallu'r cerbyd lansio i gael mynediad i le ac wedi lleihau cylchoedd lansio a chostau.

Yn yr ymchwil i ddeunyddiau wedi'u seilio ar resin ar gyfer ffeiriau cerbydau lansio, mae Yang Shiyong et al. o'r Sefydliad Cemeg, Tseineaidd Academi y Gwyddorau, wedi datblygu cyfres o resin polyimide matricsau, gan gynnwys y genhedlaeth gyntaf sy'n gallu gwrthsefyll 316 gradd, yr ail genhedlaeth yn gallu gwrthsefyll 371 gradd, a'r drydedd genhedlaeth yn gallu gwrthsefyll 426 gradd. Maent hefyd wedi datblygu gwahanol ddulliau mowldio ar gyfer cyfansoddion resin matrics atgyfnerthu ffibr carbon sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel, gan gynnwys technoleg awtoclaf gwactod, technoleg RTM tymheredd uchel gwactod, a thechnoleg mowldio poeth adweithiol. Cynhaliodd Guowen astudiaethau dadansoddi microsgopig ar baratoi a chryfder bondio rhyngwyneb cyfansoddion polyimide, gan ddarparu cyfeiriad ar gyfer cymhwyso cyfansoddion polyimide mewn ffeiriau awyrennau. Mae Rao Xianhua o Brifysgol Jilin wedi cynnal ymchwil ar fatricsau resin polyimide terfynedig perfformiad uchel a'u cyfansoddion ffibr carbon, gan ehangu'r gorwelion ar gyfer datblygu ffaglau cyfansawdd ffibr carbon polyimide sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel. Mae'r Sefydliad Ymchwil Deunyddiau a Phrosesau Awyrofod wedi datblygu deunydd cyfansawdd polyimide atgyfnerthol cwarts y gellir ei ddefnyddio{{{.)dymor hir ar dymheredd hyd at 370 gradd . Mae'r deunydd hwn hefyd yn arddangos colled cyson deuelectrig isel a dielectric, perfformiad sefydlog, a phriodweddau deuelectrig a mecanyddol rhagorol, gan ei wneud yn ymgeisydd addas ar gyfer ton -tryloyw/uchel-llwyth-sy'n dwyn deunydd swyddogaethol. Dywedodd Zhang Xing et al. wedi dylunio ffair lloeren gwbl dryloyw gan ddefnyddio panel ffibr gwydr-strwythur brechdan diliau papur aramid. Mae canlyniadau arbrofol wedi cadarnhau ei fod yn cyflawni gallu trawsyrru tonnau effeithlonrwydd uchel gyda chyfradd trawsyrru tonnau omnidirectional o 90% ar gyfartaledd. Hyd yn oed gyda gostyngiad pwysau o dros 20%, mae'r capasiti cario llwyth yn dal i fodloni gofynion dylunio, gan gyflawni capasiti ysgafn, llwyth uchel, a swyddogaeth trawsyrru tonnau omnidirectional, sydd wedi'i wirio mewn profion hedfan. Dyluniodd Qu Guangyan o Sefydliad Ymchwil Harbin FRP strwythur tegu deunydd cyfansawdd ysgafn, uchel, uchel a thrwchus gan ddefnyddio proses halltu deunydd cyfansawdd ffibr carbon cryfder uchel. Mae hyn yn goresgyn yr heriau dylunio llwydni a achosir gan -dechnoleg fowldio integredig ar raddfa fawr. Mae'r deunydd cyfansawdd ffibr carbon cryfder uchel yn cynnal ei siâp aerodynamig tra'n sicrhau dimensiynau mawr, gan amddiffyn y llwyth tâl mewnol rhag dylanwadau amgylcheddol allanol.

Statws Presennol Tegu Datblygiad Deunydd Dramor

Mae gan yr Unol Daleithiau y dechnoleg fwyaf datblygedig wrth ddylunio a gweithgynhyrchu deunyddiau ffair cerbydau lansio. Mae deunyddiau teg yn cynnwys deunyddiau anorganig ac organig, ac mae prosesau mowldio yn cynnwys bagio gwactod, mowldio a chastio. Mae gan yr Unol Daleithiau ddulliau profi perfformiad teg cynhwysfawr a dulliau arbrofol, yn ogystal â thechnoleg twnnel gwynt ar gyfer-profi'r byd go iawn. Yn y 1970au, datblygodd yr Unol Daleithiau ddeunydd cyfansawdd Duroid 5870 a chwblhau profion ar lwytho thermol, priodweddau trydanol tymheredd uchel, abladiad, a gwrthsefyll erydiad glaw. Datblygodd hefyd offer profi tegwch awtomataidd ar gyfer profi perfformiad trydanol. Ar hyn o bryd, yn y system resin organig sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel (HTPMCs), mae'r resinau PI (PMR{15}}15 a PMR-50) a ddatblygwyd gan yr Unol Daleithiau wedi dod yn ddeunyddiau sylfaenol yn y diwydiant awyrofod, gan hyrwyddo'n sylweddol y defnydd o ddeunyddiau cyfansawdd DP mewn cydrannau strwythurol mawr a lleihau costau. Mae priodweddau dielectrig rhagorol ffibr cwarts yn hwyluso trosglwyddo tonnau band eang, ac mae'r rhan fwyaf o ffeiriau cerbydau lansio tramor bellach wedi'u gwneud o ddeunyddiau cyfansawdd ffibr cwarts. Mae'r Unol Daleithiau wedi datblygu strwythur tegu cyfansawdd resin PI wedi'i atgyfnerthu â ffibr cwarts gyda thymheredd gweithredu sy'n fwy na 538 gradd. Mae gan Rwsia dechnoleg gweithgynhyrchu deunydd cyfansawdd sy'n arwain y byd. Wrth ddatblygu a chymhwyso deunyddiau uwch sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel, mae hefyd wedi datblygu deunyddiau cyfansawdd newydd sy'n addas ar gyfer ffeiriau band eang a ffeiriau modd deuol electromagnetig/isgoch. Ar yr un pryd, mae'n cryfhau ymchwil ar dechnolegau prosesu a gweithgynhyrchu teg, gan ganolbwyntio ar ddyluniad perfformiad strwythurol a thrydanol teg. Mae'r resin ffenolig wedi'i addasu a ddatblygwyd gan Rwsia wedi cyflawni lefelau uchel iawn o berfformiad prosesu a thrawsyrru tonnau, gyda thymheredd gweithredu uchaf o 600 gradd, ac mae wedi'i gymhwyso'n llwyddiannus i ffeiriau band eang.