碳(tàn)纖維複(fù)合材料作為一種先進的結構材料(liào),從未來材料的發展趨勢看(kàn),碳纖維(wéi)複(fù)合材料開始(shǐ)逐步(bù)取代一些更多的金屬材料,尤其是在衛星上有明(míng)顯的體現。由於高性(xìng)能碳(tàn)纖維(wéi)不斷優化,尤其是兼具高強度高模量MJ係列碳纖維研發成功(gōng),衛星天線用(yòng)複合材料增強(qiáng)纖維逐漸從從凱夫(fū)拉纖維、中(zhōng)模碳(tàn)纖維轉(zhuǎn)變成了高模碳纖維,目前幾乎所有衛星天線均采用了(le)高模量(liàng)碳(tàn)纖維(wéi),有些(xiē)衛星(xīng)上碳纖維複(fù)合材料(liào)的應用率高達85%。
(圖示:碳纖維複合(hé)材料)
www.91複材認為首先是(shì)在比強度和比模量方麵,由於碳纖維複合(hé)材料的比強度、比模量比常用金屬鋁合金高,與鋁合金相比,碳纖維複合材料單向層材料比強度要高出3-4倍,而高模型碳纖維複合單向(xiàng)層材料的比模(mó)量要高出5-7倍。衛星結構對強度、剛度以及(jí)使用環境的要求與飛機結構和導彈結構的要求有(yǒu)著明顯(xiǎn)的差別。在衛星的實際(jì)使用中采用高模量的碳纖維材料,不僅可以滿足強(qiáng)度還能滿(mǎn)足剛度需求。
與此同時,高模量碳纖維具有優異導電性,在一定的頻率範圍內能夠完成天線電磁波的發射或接收(shōu),並能承受一定的(de)功率(lǜ)。碳纖維為導電材料,在一定的頻率範(fàn)圍內,其自身能夠完成天線的電磁波反射和接收功能,尤其是需要指出的是(shì),隨(suí)著碳纖維(wéi)石墨(mò)化(huà)程(chéng)度(dù)的提高,碳纖維導電性能也顯著增加,高模量碳纖維在導電性能上基本接近(jìn)金(jīn)屬的導電性(xìng)能。因此,高模量碳纖維製(zhì)作複合材料天線完全可以滿足衛星天(tiān)線電性(xìng)能指標,能承受高低(dī)溫循環(huán)、熱真空等嚴酷的(de)環境試驗的考核,使其(qí)成為星(xīng)載天線的優先選(xuǎn)擇材料。
www.91複材(cái)還認為由於碳纖維熱膨脹係(xì)數低,隨(suí)著纖維拉伸模量的增加,纖維熱膨脹係數會出現負值(zhí)。基於低膨脹的性能特點,在天線(xiàn)成型過程中通(tōng)過複合(hé)材料內碳(tàn)纖維鋪層設計,可以使天線在成型過程和實際工作環境中做到“零膨脹”。衛星運行在地(dì)球靜止軌道中的溫差變化很大,高溫約+120℃,低溫約-160℃,對於工作在熱交變劇烈的太空環境中的星載天線,采用這種“零膨脹”係(xì)數材料來使其結構和(hé)型麵精度保持穩定是非常有(yǒu)效的。
衛星的主承力結構目前多采用(yòng)承力筒。以往承力(lì)筒大多采用金屬材料輔以加強筋,現在則廣泛采用碳纖維複(fù)合材料製作,不僅(jǐn)剛度、強度滿足設計要求,且能大幅減輕質量。此外,複合材料在衛星結構外殼、衍架結(jié)構等上的應用,都極大提高了衛星結構的研製水平。
輕型化和高精度是衛星的發展趨勢,衛星結構質量占整個衛星的百分比(bǐ)一般(bān)要小(xiǎo)於7%甚(shèn)至4%。衛星結構材料的發展則趨(qū)向於高性(xìng)能、高功(gōng)能及多功能、複合化、智能化、低成(chéng)本以及高環境相容性。先進的碳纖維複合結(jié)構材(cái)料既是研製生產衛星產品(pǐn)的物質(zhì)保障,又是推動衛星產品更新換代的技術基礎。