航天器复合材料结构与成型技术
飞行器复合材料构件制造技术
飞行器复合材料构件制造技术飞行器复合材料构件制造技术，听起来就像是高大上的黑科技，对吧？其实说白了，就是利用一些特别的材料来做飞机的零件。
这可不是随便找块铁皮就能搞定的，得讲究很多，真是个复杂的活儿。
咱们先说说复合材料，顾名思义，就是由两种或两种以上的材料混合而成，简直像是个“材料大杂烩”。
这东西的好处多得很，轻便、强度高、耐腐蚀，简直就是飞行器的“绝配”。
说到制造技术，哎呀，那可就更复杂了。
你想想，飞机上每一个小零件都得经过精密的设计和加工，稍微一不小心就可能出现问题。
就像打麻将，出错一张牌，整个局都得乱套。
制造复合材料构件，首先要准备好原材料，这可不是随便找些树叶和泥巴就能凑合的。
材料的选择可是一门大学问，得考虑强度、韧性、耐温、耐腐蚀性等等，简直像是在挑对象，不能马虎。
然后，材料要经过特殊的处理，像是要进行浸渍、铺层，甚至有时候还要加热、加压，确保每一层都能完美结合。
哎，听上去是不是有点像在做蛋糕？把各种材料一层一层地叠加起来，最后烤个三五十分钟，哇，出来的就是个“航空级”的零件，简直是技艺与科技的完美结合。
再说说这制造过程中的细节，真是个繁琐的活。
得有专门的设备，像是大型的热压罐、真空设备等等，这些都不是普通人家能摆得下的。
就像你去大饭店吃的每道菜，都得有专业的厨师，咱们这也是请了“高人”来操作，确保每个零件都能无懈可击。
这其中，还得注重环保，很多材料的处理都要尽量减少对环境的伤害，毕竟咱们可不想在天上飞，还给地球添麻烦，对吧？好啦，聊了那么多，大家可能会问，为什么非要用复合材料呢？嘿，这就得说说飞行器的性能了。
复合材料的轻量化特性可以大大提高飞行器的燃油效率，简单来说，就是飞得更快，耗得更少，像是给飞机加了“省油王”的标签。
同时，强度和韧性又保证了飞行器在各种环境下的安全性。
想象一下，飞机在空中翻滚，像个小鸟一样灵活，真是太酷了！制造这类材料的技术也在不断进步，科技日新月异，没个十年八年可追不上。
航天复合材料
航天复合材料航天复合材料是指用于航天器的结构材料，具有轻质、高强度、高刚度和耐高温等特点，能够满足航天器在高速、高温、高压等极端环境下的使用要求。
航天复合材料由多种不同种类的材料通过复合工艺制成。
其中最常用的材料是碳纤维、玻璃纤维和复合树脂。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度的特点，可以有效减轻航天器的重量。
玻璃纤维则具有良好的抗热膨胀性能，能够适应航天器在高温环境下的使用要求。
复合树脂作为粘合剂，能够有效固定纤维，提高复合材料的整体性能。
航天复合材料的制造过程通常包括预浸料、层叠和热固化等步骤。
预浸料是将纤维和树脂预先混合，形成一种类似薄膜状的材料。
层叠是将多层预浸料叠加在一起，通过粘合剂将它们粘合在一起。
热固化是将层叠好的复合材料放入热压机中，经过高温和高压的作用，使树脂固化，最终形成坚固的航天复合材料。
航天复合材料具有许多优点。
首先，它们具有轻质的特点，可以减轻航天器的重量，降低发射成本。
其次，航天复合材料具有高强度和高刚度，能够抵抗外界环境对航天器的冲击和振动，提高航天器的抗疲劳性能。
此外，航天复合材料还具有良好的抗高温和抗热膨胀性能，能够适应航天器在高温环境下的使用要求。
然而，航天复合材料也存在一些缺点。
首先，航天复合材料的制造成本较高，制造工艺也较为复杂，需要较高技术水平和设备投入。
其次，航天复合材料对环境的适应性较差，容易受到氧化、紫外线等外界因素的影响，导致材料的性能下降。
总之，航天复合材料是航天器的关键结构材料，具有轻质、高强度、高刚度和耐高温等特点，可以满足航天器在极端环境下的使用要求。
随着科技的发展和制造工艺的改进，航天复合材料的性能和应用范围将得到进一步提升。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势航空航天先进复合材料是用于航空航天领域的高性能材料，由于其优
异的机械、物理和化学性能，在现代航空航天技术中得到了广泛应用。
这
种材料通常由纤维增强聚合物基体组成，具有高强度、低密度、高刚度、
耐热性和抗腐蚀性等特点，因此被广泛用于制造飞机、导弹、航天器等。
目前，航空航天先进复合材料的研究主要集中在以下几个方面：
1.复合材料制备技术：包括预浸料、热成型、自动化制造等多种技术，目的是提高复合材料的质量和生产效率。
2.复合材料性能研究：包括复合材料的强度、刚度、热膨胀系数、热
传导率、阻燃性等多个方面的研究，以满足不同的使用需求。
3.复合材料的形态和结构控制：包括复合材料的制备、表面处理、氧
化层控制、纤维方向控制等多个方面的研究，以控制复合材料的性能和使
用寿命。
4.复合材料的性能评估：通过实验测试和数学建模，评估复合材料的
机械、物理和化学性能，并为材料的应用提供理论依据和技术支持。
未来，航空航天先进复合材料的研究将继续在以上几个方面进行深入
探索，同时还将面临新的挑战和机遇。
例如，需要开发更高性能的复合材料，实现更低成本的生产技术，探索新的材料组合和形态，以适应不断发
展的航空航天技术的需求。
航天器的材料与工艺技术
航天器的材料与工艺技术航天器是人类探索宇宙、开展太空探索的重要工具。
在航天器的设计与制造中，材料与工艺技术起着至关重要的作用。
本文将探讨航天器所采用的材料类型与特点，以及相关的工艺技术。
一、材料类型与特点航天器所采用的材料分为金属材料、复合材料以及其他特殊材料。
1. 金属材料金属材料是航天器中最常用的一类材料，其特点为高强度、高刚度和良好的导热性。
常用的金属材料包括铝合金、钛合金和不锈钢等。
铝合金具有重量轻、强度高、可塑性好等特点，被广泛应用于航天器的结构件制造中。
钛合金具有优良的强度、刚度和耐腐蚀性能，常用于航天器的耐热结构和发动机零部件制造。
不锈钢则主要用于航天器的耐高温结构，具有良好的抗氧化性能和耐热性。
2. 复合材料复合材料由两种或两种以上的不同材料组合而成，具有较高的强度和刚度，同时重量轻、耐腐蚀、耐磨损等特点。
航天器中常用的复合材料包括碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有重量轻、高强度和刚度的特点，因此广泛应用于航天器的结构部件制造中。
玻璃纤维复合材料则主要用于航天器的绝热和隔热层，具有良好的绝热性能和热稳定性。
3. 其他特殊材料除了金属材料和复合材料外，航天器还会采用其他特殊材料，如陶瓷材料、特殊聚合物等。
陶瓷材料具有良好的耐磨损、耐高温和耐腐蚀性能，常用于航天器的热防护和摩擦副部件制造。
特殊聚合物则主要用于航天器的密封件和绝缘材料，具有优良的耐高温和抗辐射性能。
二、工艺技术航天器制造过程中涉及到的工艺技术十分复杂，包括结构设计、成型加工、表面处理和装配等。
1. 结构设计航天器的结构设计需考虑载荷、环境和使用寿命等因素，以确保其安全可靠。
设计过程中，需要采用合理的材料选择和优化的结构形式，以满足各项要求。
2. 成型加工航天器的成型加工主要包括铸造、锻造、拉伸和冲压等工艺。
金属材料可通过热加工或冷加工进行成型，而复合材料则需采用复杂的层叠和压制工艺来实现。
3. 表面处理航天器的表面处理旨在提高材料表面的耐腐蚀性、耐磨损性和附着性等。
航天复合材料成型工艺概述
《航天复合材料成型工艺概述》课程大作业题目：__碳纤维缠绕成型航天器储罐的工艺过程____________姓名：________王志强_________学号：_____1120830218________授课教师：_______刘俊岩___________哈尔滨工业大学航空宇航制造系2016年4 月2 日1、引言碳纤维复合材料在航天、军工、电子、等等诸多领域都有着很广泛的应用。
尤其是碳纤维复合材料杆件是航空航天结构中最重要的组成部分，常用于飞机和航天器的内部骨架以及发动机等零件的固定支架等。
碳纤维复合材料的强度要高于铜，自身重量却小于铝，在与玻璃纤维相比，碳纤维还有高强度、高模量的特点，是非常优秀的增强型材料。
它不仅可以对塑料、金属、陶瓷等材料进行增强。
还可以作为新型的非金属材料进行应用，它的组要特点有；高强度、耐疲劳、抗蠕变、导电、高模量、抗高温、抗腐蚀、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能。
此外，缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维或布带、预浸纱按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品的工艺过程，具有比强度高、可靠性高、生产效率高、成本低等优点。
本文对碳纤维缠绕成型航天器储罐的工艺过程进行介绍。
2、缠绕成型工艺过程缠绕成型是将连续纤维浸树脂胶后按照预定角度缠绕到芯模上，然后得到成品。
工艺优点是缠绕成形工艺效率高，可使制品最大限度地获得所要求的结构性能。
碳纤维缠绕成型航天器储罐的工艺过程如图1。
图1 缠绕成型工艺过程2.1缠绕成型碳纤维缠绕成型可分为湿法缠绕和干法缠绕，其中湿法缠绕由于其成本较低、工艺性好，因此应用较为广泛，图2为湿法缠绕体系工艺图。
湿法缠绕设备主要包括纤维架、张力控制设备、浸胶槽、吐丝嘴以及旋转芯模结构。
国际上较先进的六维缠绕技术能够很好地控制纤维走向，实现环向缠绕、旋向缠绕以及平面缠绕相结合。
实际生产中多采用旋向缠绕与环向缠绕相结合的方式，环向缠绕可消除气瓶受内压而产生的环向应力，旋向缠绕可提供纵向应力，提升气瓶整体性能。
复合材料航空航天
航空航天用复合材料的研究现状、制备方法、原理和运用摘要：本文主要从复合材料的特点出发，针对在航空工业应用广泛的预形件成形和结构成形各项技术进行了全面系统的介绍。
并对其在航空航天中的应用情况以及发展难点和研发现状作了简要概述。
关键词：复合材料、航空制造、航空运用0.前言：复合材料（Advabced Composite Materirals ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史，它具有比强度比模量高，可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点，显示出比传统钢、铝合金结构材料更优越的综合性能，在飞机上已获得大量应用，可实现飞机结构相应减重25%～30%，作为21世纪的主导材料，先进复合材料的用量已成为飞机先进性，乃至航空航天领域先进性的一个重要标志，是世界强国竞相发展的核心技术，也是我国的重点发展领域。
一．复合材料的概述1.1概念复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
1.2性能复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。
石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。
纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。
以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。
碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。
航空航天行业航空航天材料成型与加工方案
航空航天行业航空航天材料成型与加工方案第1章航空航天材料概述 (4)1.1 航空航天材料分类与功能 (4)1.1.1 金属合金材料 (4)1.1.2 复合材料 (4)1.1.3 陶瓷材料 (4)1.1.4 热塑性塑料与热固性塑料 (4)1.1.5 涂层材料 (4)1.2 航空航天材料的应用与发展趋势 (5)1.2.1 应用领域 (5)1.2.2 发展趋势 (5)第2章金属材料的成型与加工 (5)2.1 铝合金的成型与加工 (5)2.1.1 概述 (5)2.1.2 铝合金的成型 (5)2.1.3 铝合金的加工 (6)2.2 钛合金的成型与加工 (6)2.2.1 概述 (6)2.2.2 钛合金的成型 (6)2.2.3 钛合金的加工 (6)2.3 高温合金的成型与加工 (6)2.3.1 概述 (6)2.3.2 高温合金的成型 (6)2.3.3 高温合金的加工 (6)第3章复合材料的成型与加工 (7)3.1 纤维增强复合材料的成型与加工 (7)3.1.1 引言 (7)3.1.2 干法成型 (7)3.1.3 湿法成型 (7)3.1.4 热压成型 (7)3.1.5 自动铺带技术 (7)3.2 树脂基复合材料的成型与加工 (7)3.2.1 引言 (7)3.2.2 模压成型 (7)3.2.3 注射成型 (8)3.2.4 拉挤成型 (8)3.2.5 缠绕成型 (8)3.3 陶瓷基复合材料的成型与加工 (8)3.3.1 引言 (8)3.3.2 粉末注射成型 (8)3.3.4 化学气相沉积 (8)3.3.5 粘接剂粘接 (8)第4章新型航空航天材料的研发与应用 (8)4.1 纳米材料在航空航天领域的应用 (8)4.1.1 纳米陶瓷涂层 (9)4.1.2 纳米复合材料 (9)4.2 智能材料与结构的研究与应用 (9)4.2.1 形状记忆合金 (9)4.2.2 压电材料 (9)4.2.3 磁致伸缩材料 (9)4.3 生物基复合材料的研究与发展 (9)4.3.1 天然纤维增强复合材料 (9)4.3.2 生物基聚合物基复合材料 (9)4.3.3 生物基纳米复合材料 (9)第5章成型工艺技术 (10)5.1 塑性成型技术 (10)5.1.1 概述 (10)5.1.2 常见塑性成型方法 (10)5.1.3 塑性成型技术在航空航天领域的应用 (10)5.2 粉末冶金成型技术 (10)5.2.1 概述 (10)5.2.2 常见粉末冶金成型方法 (10)5.2.3 粉末冶金成型技术在航空航天领域的应用 (10)5.3 3D打印成型技术 (11)5.3.1 概述 (11)5.3.2 常见3D打印成型方法 (11)5.3.3 3D打印成型技术在航空航天领域的应用 (11)第6章加工工艺技术 (11)6.1 机械加工技术 (11)6.1.1 切削加工 (11)6.1.2 压力加工 (11)6.2 特种加工技术 (11)6.2.1 电火花加工 (11)6.2.2 激光加工 (11)6.2.3 电子束加工 (12)6.3 表面处理技术 (12)6.3.1 镀层技术 (12)6.3.2 热喷涂技术 (12)6.3.3 表面改性技术 (12)第7章航空航天结构件的连接技术 (12)7.1 焊接技术 (12)7.1.1 激光焊接 (12)7.1.2 电子束焊接 (12)7.2 胶接技术 (13)7.2.1 结构胶粘剂 (13)7.2.2 胶接工艺 (13)7.2.3 胶接质量的检测与评估 (13)7.3 机械连接技术 (13)7.3.1 螺栓连接 (13)7.3.2 键连接 (13)7.3.3 卡箍连接 (13)7.3.4 扣件连接 (13)第8章航空航天材料功能检测与评估 (13)8.1 力学功能检测 (13)8.1.1 拉伸功能检测 (13)8.1.2 压缩功能检测 (14)8.1.3 弯曲功能检测 (14)8.1.4 冲击功能检测 (14)8.2 疲劳与断裂功能评估 (14)8.2.1 疲劳功能评估 (14)8.2.2 断裂功能评估 (14)8.3 环境适应性检测与评估 (14)8.3.1 高温环境适应性检测 (14)8.3.2 低温环境适应性检测 (14)8.3.3 湿热环境适应性检测 (14)8.3.4 氧化环境适应性检测 (14)8.3.5 空间环境适应性检测 (15)第9章航空航天材料在典型应用中的案例分析 (15)9.1 飞机结构材料应用案例 (15)9.1.1 高功能铝合金在飞机结构中的应用 (15)9.1.2 复合材料在飞机结构中的应用 (15)9.1.3 高温合金在飞机发动机中的应用 (15)9.2 航天器结构材料应用案例 (15)9.2.1 碳纤维复合材料在航天器结构中的应用 (15)9.2.2 硼纤维复合材料在航天器热防护系统中的应用 (15)9.2.3 金属基复合材料在航天器结构中的应用 (15)9.3 发动机材料应用案例 (16)9.3.1 单晶高温合金在航空发动机叶片中的应用 (16)9.3.2 陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用 (16)9.3.3 粉末高温合金在航天发动机中的应用 (16)第10章航空航天材料成型与加工技术的发展趋势 (16)10.1 绿色制造与可持续发展 (16)10.1.1 低能耗、高效成型技术 (16)10.1.2 材料回收与再利用技术 (16)10.1.3 生态友好型材料研发与应用 (16)10.1.4 清洁生产与环保法规的遵循 (16)10.2.1 智能化成型工艺参数优化 (17)10.2.2 自动化生产线设计与布局 (17)10.2.3 机器视觉与智能检测技术 (17)10.2.4 数字孪生与虚拟仿真技术在航空航天材料成型中的应用 (17)10.3 跨学科交叉与协同创新 (17)10.3.1 航空航天与力学、材料科学、信息技术等领域的深度融合 (17)10.3.2 新型航空航天材料研发与应用 (17)10.3.3 先进成型与加工技术在航空航天领域的推广与应用 (17)10.3.4 国际合作与交流，推动航空航天材料成型与加工技术的创新发展 (17)第1章航空航天材料概述1.1 航空航天材料分类与功能航空航天材料是航空宇航工程领域的核心组成部分，其功能直接影响着飞行器的安全、经济及可靠性。
航空航天航空材料技术的复合材料与新材料
航空航天航空材料技术的复合材料与新材料航空航天是现代科技的重要领域之一，航空航天材料技术中的复合材料与新材料是其重要支柱。
其材料具有高温、高强度、高韧性和轻量化的特点，是制造新一代飞行器的基础。
一、航空航天中的复合材料复合材料即由两种或以上不同成分的材料组成的，它们的性能远超出单一组成材料的性能。
在航空航天领域，复合材料可以分为结构性复合材料和功能性复合材料。
1.结构性复合材料：由纤维增强基体材料和树脂基体材料组成。
纤维增强基体材料是以碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维及有机纤维为增强体，树脂为基体的复合材料。
性能方面，结构性复合材料主要表现为强度高、刚度高、抗冲击性能好、重量轻等特点。
目前，结构性复合材料广泛应用于各种先进的航空航天器件及机构构件、引擎、机翼等等。
2.功能性复合材料：是由复合材料和功能材料组成的。
性能方面，功能性复合材料主要表现为具有多种功用，如电、磁、光等性能，目前在飞机电子结构、控制结构、感应设备等方面已经应用到了实际生产中。
二、航空航天中的新材料为了满足更高的航空航天技术要求，研发新型材料成为了当务之急。
以下是未来航空航天将大量应用的几种新材料。
1. 钛合金冷凝颗粒增强复合材料这种材料将钛合金冷凝颗粒加入到基质中，在材料的结构性能上取得了可观的提升。
目前，在航空航天领域，钛合金冷凝颗粒增强复合材料主要用于发动机中压缩机叶轮以及加热器的制造。
2. 高温合金高温合金是指可以在高温条件下保持稳定了性能，且具有高强度、高热稳定性、耐腐蚀等特点的金属材料。
在航空航天领域，高温合金广泛应用于发动机的高压涡轮、航空轮机等部件制造。
3. 热塑性聚酰亚胺膜热塑性聚酰亚胺膜具有优异的耐高温性、机械性能以及阻燃性能等特点，广泛应用于制备各种复合材料、以及制备航空航天装置中的电气组件、线缆等。
4. 高功能复合材料最新开发的高功能复合材料主要分为抗热剥离复合材料、阻燃复合材料和超高强度复合材料。
在航空航天领域中，高功能复合材料主要应用于机体及机翼构件、涵道内壁、叶片等部件制造。
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航天科技集团公司五院五O八所 盛磊 研究员
2010-8-31 北京空间机电研究所
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1
引言
• 材料技术是经济发展的支撑性关键技术。 • 一代新材料，一代新装备 • 卫星运行轨道包括低、中轨道（几百公里），地球同步轨道 （36000公里），星际轨道（距离更远）等。在轨工作寿命几 个月至十五年不等。 • 卫星结构减重意义重大，地球同步轨道卫星若减重1公斤，运 载火箭推力可减轻1吨，卫星的发射费用约为8万美元/公斤。 国外卫星承力结构本体重量达到卫星在轨重量的4.5%，国内 6%~8%。 • 卫星结构塑料化（复合材料化）是减重的根本途径。国外卫星 结构中复合材料占90%以上，国内约为70%~80%，先进复合 材料是卫星结构新一代的材料。
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4.2 地面储存中的性能变化 吸水→聚合物塑性化、膨胀 吸水+较高温度→玻璃化温度、模量、强度降低 表 3树脂浇铸体环境性能保持率
性能 拉伸强度（MPa） 拉伸模量（GPa） 延伸率（％） 弯曲强度（MPa） 弯曲模量（GPa） 处理前 89.28 4.69 2.90 147.2 3.57 处理后 60.5 2.86 2.86 89.5 2.95 性能保持率（％） 67.8 61.0 98.6 60.8 82.6
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全氟乙丙烯共聚物（太阳峰年）
LEO LDEF STS-6，STS-8， STS41-C STS-5，STS-8 LDEF LDEF 超声原子氧源 STS-8 LEO STS-8 -
1.0 0.130 2.1 3.0 <2.0 ≤0.0008 ≤0.0008 1.5±0.5 4.0 4.6±2.4 3.4 3.56 2.7~3.9 3.3~3.7 3.7 3.69 2.8
2.7 复合材料的缺点：脆性大、材料性能分散性大、层间强度低等。
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3 先进复合材料在卫星中的应用：
3.1取其比强度高、比模量高的特点制造星体结构，以减轻卫星重量。
图 1 通信卫星平台蜂窝夹层承力筒
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图 4 通信卫星平台
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图 5 太阳翼基板
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3.2 取其膨胀系数小的特点制造高低温交变环境下变形小的部件
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聚碳酸酯 聚苯乙烯 聚砜 聚砜 聚砜 聚酰亚胺 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯 有抗氧化层的聚酯 聚四氟乙烯 全四氟乙烯共聚物 忒得拉 白色忒得拉 忒得拉 硅氧烷－亚胺黑色共聚物 STS-5，STS-8 STS-8 LDEF LEO STS-8 STS-8 LEO STS-8 STS-8 STS-8 STS-8 LDEF LEO LEO 2.9~6.09 1.7 2.4 2.3 2.41 3.3 3.1 3.04 严重侵蚀 <0.05 <0.05 3.2 0.29 3.19 0.3
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4.3.3 带电粒子辐照 空间带电粒子辐照，对于聚合物材料来说，可 能产生的主要化学变化有：（1）辐射交联，树脂固 化网状结构增加；（2）辐照降解，聚合物发生主链 断裂，分子量下降，生成低分子物；（3）在常压下 发生氧化反应；（4）异构化和歧化反应等。这些变 化都可能反映到复合材料物性的改变。 4.3.4 高低温交变 卫星在轨运行期间要经受（-180℃～+120℃） 激烈高低温热循环作用。由于碳纤维复合材料中纤 维和树脂基体的热膨胀系数差异大，会产生较大的 热应力，若应力过大可导致基体产生裂纹，材料内 部分层，以及纤维与基体界面粘结力减弱，致使材 料力学性能、物理性能发生变化。
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表2 蜂窝夹层结构性能示意图
结构
相对刚度
100
700
3700
相对强度
100
350
925
相对重量
100
103
106
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北京空间机电研究所 4 卫星特殊工作环境及其对复合材料的影响
4.1 卫星工作的环境条件
卫星在发射阶段要经受很大加速度过载、振动、噪声； 返回式航天器在再入阶段：过载、动力学环境、气动热环境； 航天器在轨阶段：高真空、电子、质子、紫外线、原子氧等强辐射、 高低温激烈交变和微重力环境，上述空间环境对材料性能产生较大 影响。 对于空间结构，其环境条件主要包括： • 发射前的地面存储（吸湿）； • 发射中的振动、噪声、冲击及可能的加热； • 低地球轨道上原子氧的侵蚀； • 空间同步轨道上真空排气、带电粒子辐照、极强的高低温 （-180℃～+120℃）冷热交变循环； • 再入飞行器穿过大气层的烧蚀等。
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4.3 空间地球同步轨道环境的影响 4.3.1 真空排气 在真空条件下，复合材料结构中的高分子聚合物原来工艺中残 存的空气、吸收的低分子物会排出引起结构失重（TWL）、挥发 物中可冷凝的组分（CVCM）会沉积在卫星的表面产生污染，影响 性能。国外对用作结构的材料筛选标准定为TWL<1％、 CVCM<0.1%。 4.3.2 真空紫外辐照 真空紫外辐照，尤其是波长200nm～400nm的紫外辐照能使温 控层老化变色，导致吸收率增大；使硅太阳电池效率下降，甚至 完全失效；使复合材料的树脂、胶粘剂变色，甚至挥发掉，致使 材料性能改变；紫外辐照还可加速分子污染。卫星上使用的J-22胶 经过紫外辐照11500ESH（太阳常数h）后剪切强度由辐照前的 29.4MPa降低到22.0MPa，下降约22％。
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2 先进复合材料的突出特点：
2.1 比强度高、比模量高：单向碳/环氧复合材料的比强度是
钢的6倍、铝合金的4—7倍、钛合金的3—5倍；比刚度是钢的 5.5倍、铝合金的6倍、钛合金的5倍。 2.2 热膨胀系数小：一般值为（-0.3—1.00）X10-6/℃，分别是 钢和铝合金的1/10和1/13，其结构在高交变温度下尺寸稳定。 2.3 疲劳性能好：树脂基复合材料的界面能阻止裂纹的扩展， 它的疲劳强度很高，是拉伸强度的70—80% 。试验表明：石 墨/环氧复合材料经107次承载循环后的强度相当于铝合金经105 次循环后的强度。疲劳寿命与重量之比，金属中以钛合金最 高，而复合材料比钛合金还高两倍。 2.4 抗振性能好：结构的固有频率与材料的比模量平方根成正 比，纤维-基体界面吸震能力强、振动阻尼大等。
玻璃纤维 碳纤维/环氧树脂 Kapton Al2O3+Kapton SiO2+ Kapton ≥96% SiO2≤4%聚四氟乙烯+ Kapton 凯芙拉29 凯芙拉49 勤克森（聚碳酸酯纤维） 聚酯薄膜 聚酯薄膜 聚酯薄膜 聚乙烯 聚乙烯 聚乙烯 聚乙烯
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2.5 材料成型和结构成型一次完成，可实现复杂结构的整体成型。 2.6 材料的方向可设计，这就可以有效利用材料，优化结构设计。
不同纤维铺层顺序的层合板反射镜的自重变形
25.2 21. 18.0 14.4
C T E (1 0 -6 ℃-1 )
10.8 7.2 3.6 0 -3.6
高模量碳纤维/环氧层板热膨胀系数与纤维铺层角度关系
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图 2 导航卫星主结构
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图 3 导航卫星波纹承力筒
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表 5 湿热对复合材料压缩性能的影响
层板 0º、±45º 90º 温度 温度升高强度下降 50~80%，模量下降20％ 温度升高强度下降40％ 湿度 1％强度下降10％ 强度下降25％
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测试条件 LDEF STS-5，STS-8 STS-8 STS-8 LEO LDEF LEO
作用系数 0.92~2.3 1.7 2.1 2.6 1.97~2.53 1.7 0.037 0.35 7.7 <0.05
表 6 湿热对复合材料层间剪切性能的影响 T300/553E RT 96.6 层间剪切强度，MPa 150℃ 66.0 200℃ 51.4
表 7 原子氧对不同材料的作用系数
材料名称 碳纤维 环氧树脂 1034环氧树脂 T300/5208环氧树脂 环氧树脂 环氧树脂 全氟乙丙烯共聚物 全氟乙丙烯共聚物 全氟乙丙烯共聚物 全氟乙丙烯共聚物
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