碳纖維複合材料在無人機等航空航天領域的應用

2020-09-10 復材網

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碳纖維是含碳量在90%以上的碳素材料，與其他高性能的纖維相比具有最高的比強度和比模量，因此，力學性能十分優異。此外，碳纖維還具有密度低、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導電導熱性、電磁屏蔽性、易加工性等優良性能。因此，碳纖維被廣泛的應用於軍事及民用工業的各個領域，在航空航天所作出的卓越貢獻尤其受矚目。

在軍用戰鬥機和直升機上，碳纖維複合材料應用於飛機主結構、次結構和戰機特殊部位的特種功能部件。國外的一些輕型飛機和無人機已經實現了結構的複合材料化，主要採用的是T300和T700小絲束碳纖維增強複合材料。

將碳纖維複合材料應用到戰機機身、主翼、垂尾翼、平尾翼、蒙皮等部位，可以起到很明顯的輕量化作用。

定製碳纖維機身部件時，根據最後的數據顯示，使用碳纖維複合材料結構的前機身段，比金屬結構減輕31.5%，零部件減少了61.5%，緊固件減少了61.3%，而且抗疲勞、耐腐蝕性能大大提高。

在民品領域，世界上最大的飛機A380有25%重量的配件採用的是複合材料製作，其中，22%的採用的是碳纖維增強複合材料，剩餘3%則採用的是GLARE纖維-金屬板（鋁合金和玻璃纖維超混雜複合材料的層狀結構）。

這些用碳纖維增強複合材料製成的零部件包括：減速板、垂直和水平穩定器（用作油箱）、升降舵、方向舵、起落架艙門、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、副翼等，由於碳纖維複合材料的減重明顯，大大減少了油耗和排放；而且在使用過程中不會因為疲勞或者外界腐蝕而受損

碳纖維複合材料因為質量輕、剛性高、強度高、尺寸穩定，導熱性好等優勢，很早就被應用到人造衛星結構體、太陽能電池板和天線上。現如今，人造衛星上展開式的太陽能電池大多採用的是碳纖維複合材料，太空站和天地往返運輸系統上一些比較關鍵的零部件也採用的是碳纖維複合材料。我國從「神州一號」到「神州六號」上天，八年多的時間實現六次升天。

隨著碳纖維技術研究深入，碳纖維的產量也會不斷增加，質量在不斷的提升，而整體價格會穩步下降。會有越來越多的高性能優質的碳纖維複合材料會被應用到航空行業領域中，為人類的航空航天事業作出巨大的貢獻。


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  • 高性能碳纖維複合材料在航空航天中的主要應用特點
    碳纖維複合材料具有質量輕，較好的延展性、較高的比強度、導熱、耐高低溫、抗腐蝕隔熱、減振以及獨特的透電磁波，吸波隱蔽性和易加工性等特點，在航空航天領域應用較為常見。 碳纖維複合材料在航空航天等軍事上的應用價值特別大。
  • 碳纖維複合材料在小型無人機上的應用優勢是什麼?
    碳纖維無人機碳纖維及其複合材料廣泛應用於航空航天等領域。其中，樹脂基碳纖維複合材料可用於製造飛機、衛星、火箭等飛行器的部件重量輕而且強度高抗疲勞性能優良。新一代民用客機如波音787， 其結構中複合材料的佔比超過了50%，機翼蒙皮等部位大量採用碳纖維複合材料。碳纖維複合材料的使用不僅降低了飛機的重量，還增加了使用壽命。因此，在小型無人機領域，碳纖維複合材料也得到了廣泛的應用。
  • 碳纖維複合材料應用領域是什麼？
    碳纖維複合材料是先進複合材料中重要的增強材料，被廣泛的應用用於國防工業領域，是軍用飛機、無人機、軍用箱體、火箭、飛彈、衛星、艦船等先進裝備不可缺少的戰略性材料。在風力發電、體育休閒、交通運輸、汽車工業、能源、化工、建築等民用領域也有著廣泛的應用。
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    碳纖維複合材料還具有良好的耐酸鹼鹽腐蝕性能，這個性能使其在某些領域有著無可比擬的競爭力，尤其是在電動汽車、無人機、機器人領域。碳纖維複合材料的應用首先興起是在航空航天領域，例如太空梭機頭、機翼、艙門等部件；衛星的構架、天纖維、太陽能翼片底板、太陽能電池板，包括太空站和天地往返運輸系統上一些比較關鍵的零部件也採用的是碳纖維複合材料。
  • 軍用碳纖維無人機的應用優勢
    碳纖維作為軍用無人機中應用較多的一種先進複合材料，擁有著眾多的應用優勢，本文博實碳纖維帶大家一起了解一下。碳纖維複合材料的密度僅有鋼的1/5，鋁的3倍，但其比強度卻是鋼的5倍，鋁的4倍，與金屬製件相比，碳纖維複合材料應用於軍用無人機上可有效地減輕機體重量，減少燃油消耗，增加續航能力，從而提高無人機的運載能力和機動性能。 二、抗震抗疲性 　　碳纖維複合材料具有較高的自振頻率和震動阻尼特性，所以其吸振能力也很強。
  • 使用碳纖維複合材料的無人機機身優勢分析
    碳纖維複合材料以其特有的性能，廣泛運用在國防航空領域。碳纖維質輕、強度大、剛度大、耐熱耐腐蝕，因此在無人機風靡的時候，科技研發人員也在考慮把碳纖維複合材料運用到無人機的外殼當中。可以更好地減輕質量。再加上無人機往往被用來執行空中偵察、監視、通信、反潛、電子幹擾等特殊任務，也使得碳纖維複合材料在多個方面都體現出了其應用優勢。可整體—體化成型無人機往往具有高度翼身融合的飛翼式總體氣動外形，需要在結構上採用大面積整體—體化成型技術。
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    從20世紀70年代開始，航空工業中複合材料的使用量正在不斷地增加。製造飛機結構的傳統材料包括鋁、鋼和鈦。複合材料的主要優點是減輕了重量，簡化了裝配。性能優勢和減輕飛機結構重量是軍用飛機複合材料發展的主要推動力。雖然商用飛機正日漸關注燃油經濟性，但是複合材料發展的主要推動力，是不斷減少生產和維護成本。
  • 碳纖維複合材料的優缺點有哪些?
    與樹脂等基質混合後可製成碳纖維複合材料，由於其質量輕、強度剛度高、可塑性強等優點，目前上至航空航天，下至工業生產中都可以見到它的身影。碳纖維複合材料在無人機中可以以機臂、外殼、起落架等形式存在。不但可以讓無人機看起來更加美觀，而且可以減輕無人機的自重，保持飛行平穩，延長續航時間。
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  • 碳纖維複合材料阻燃性能的應用意義
    碳纖維複合材料是具有輕質、高強度等特點的新一代結構材料，在汽車、航空航天、工業軌道交通等領域有著良好的應用，但由於碳纖維複合材料中最常見的環氧樹脂具有耐高溫性差、點火點低等最大缺點，因此碳纖維複合材料的應用受到限制，使得碳纖維複合材料具有阻燃性能，不僅可以提高產品的安全性，而且還可以拓寬碳纖維在未來的應用局限。
  • 碳纖維複合材料能夠幫助飛機實現輕量化
    以其獨特、卓越的理化性能,廣泛應用在火箭、飛彈和高速飛行器等航空航天業。例如採用碳纖維與塑料製成的複合材料製造的飛機、衛星、火箭等宇宙飛行器,不但推力大、噪音小；而且由於其質量較輕、能量消耗少，可節約大量燃料。據報導，航天飛行器的質量每減少lkg，就可使運載火箭減輕500kg。
  • 應用在軍事裝備中的碳纖維複合材料
    比頭髮絲還細幾倍的碳纖維與樹脂、碳、陶瓷、金屬等基體，經過特殊複合成型工藝製造，即可獲得性能優異的碳纖維複合材料，能夠廣泛應用於航空、航天、能源、交通、軍用裝備等眾多領域，是國防軍工和民用生產生活的重要材料。
  • 碳纖維複合材料與鋼材的對比
    它通過與聚合物基體複合，而被廣泛用於製造輕質高強的複合材料零件。碳的物理性質使碳纖維非常堅固且堅硬，通常而言PAN基碳纖維的彈性模量（材料抗變形的度量）在150-700GPa之間。碳纖維力學性能範圍之所以廣泛，是因為可以通過其製造過程工藝調控來調整剛度和強度。碳纖維的拉伸強度是所有已知可用材料中最高的。
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    增強纖維主要有碳纖維（CF）、硼纖維（BF)、凱芙拉縴維（KF)、碳化矽纖維（SF）和氧化鋁纖維（AF）五大類，就綜合性能而言，碳纖維位居五大增強纖維之首。碳纖維複合材料的主體性能是高的比強度（強度/密度）和比模量（模量/密度），可以用來製造輕而強、薄而剛的結構件，如無人機、醫療床板、體育器材等。
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    復材網Collins航空航天公司認為帝人的Tenax碳纖維熱塑性機織織物和固結層壓材料適合大規模生產結構部件，美國麻薩諸塞州沃爾瑟姆）旗下科林斯航空航天公司（Collins Aerospace，美國愛荷華州錫達拉皮茲市）的認證。
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  • 熱塑性碳纖維複合材料是否值得推進?
    江蘇博實科技：從上世紀80年代開始，碳纖維作為先進的複合材料之一在全球掀起了應用熱潮，隨著T300、T700等型號碳纖維原絲開始量產，熱固性的碳纖維複合材料應用快速發展，尤其是環氧樹脂基碳纖維複合材料。