X'inhuma l-istatus attwali u x-xejriet ta 'żvilupp tal-materjali komposti tal-fibra fil-farings tal-vetturi tal-varar?

Il-fairing tas-satellita huwa wieħed mill-aktar komponenti importanti ta 'vettura tal-varar, li jippossjedi forma aerodinamika tajba, massa strutturali ħafifa, u kapaċità ta' separazzjoni affidabbli. Il-funzjoni ewlenija tagħha hija li żżomm il-forma aerodinamika tal-vettura tal-varar waqt it-tnedija ta' qabel-u titjira, tipproteġi t-tagħbija ta 'ġewwa mill-influwenza tal-ambjent naturali estern u l-erożjoni aerodinamika, u tissepara b'mod affidabbli mir-rokit wara li toħroġ mill-atmosfera. Il-Figura 1 turi l-fairing tal-vettura tal-varar fl-istat tas-separazzjoni. Il-fairing jinsab fuq quddiem tal-vettura tal-varar, jipproteġi s-satellita u strumenti ta 'preċiżjoni oħra ġewwa l-vettura tal-varar mill-korrużjoni tas-sħana waqt il-ħruġ atmosferiku. Ladarba l-vettura tal-varar tkun ħarġet mill-atmosfera, il-fairing ma jibqax iservi l-iskop tiegħu, u f'dan il-punt, biex jitnaqqas il-piż tar-rokit, il-fairing jissepara mill-vettura tal-varar. Biex tiġi żgurata t-trażmissjoni tad-dejta bejn il-payload ġewwa l-fairing u d-dinja ta 'barra qabel is-separazzjoni, il-fairing ġeneralment ikollu kapaċitajiet ta' trażmissjoni ta 'mewġ elettromanjetiku. Bħalissa, il-farings tas-satellita kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment jaqgħu prinċipalment f'żewġ kategoriji: strutturi tal-metall irbattuti u strutturi ta 'materjal kompost. L-istrutturi tal-metall irbattuti komunement jużaw ligi tal-aluminju, filwaqt li strutturi ta' materjal kompost jużaw materjali komposti tal-fibra bbażati fuq ir-reżina-b'kapaċitajiet ta' trażmissjoni tal-mewġ-. Fairings iddisinjati u manifatturati minn materjali komposti tal-fibra bbażati fuq ir-reżina-jistgħu effettivament inaqqsu l-piż strutturali b'20%-30%, iżidu l-kapaċità tat-tagħbija tar-rokits u jnaqqsu l-konsum tal-fjuwil tal-magna taħt l-istess tagħbija, u b'hekk inaqqsu l-ispejjeż tal-varar rokit. Barra minn hekk, materjali komposti tal-fibra bbażati fuq ir-reżina-offerta flessibbiltà akbar tad-disinn minn materjali metalliċi, li jippermettu disinn u manifattura integrati, inaqqsu n-numru ta 'komponenti strutturali u jtejbu l-affidabbiltà strutturali. Ir-reżistenza għall-korrużjoni eċċellenti, reżistenza għas-sħana niedja, reżistenza għar-radjazzjoni, u reżistenza għall-għeja ta 'materjali komposti tal-fibra bbażati fuq ir-reżina jestendu l-ħajja tas-servizz tal-istruttura tal-fairing, u b'hekk jippermettu l-irkupru tal-fairing.

2.1 Materjali tal-pannelli L-istruttura tal-pannelli tipprovdi l-forma aerodinamika tal-fairing. Il-materjal tal-pannell huwa materjal kompost tal-fibra bbażat fuq ir-reżina-, magħmul minn materjal ta 'matriċi u materjali ta' rinfurzar. Materjali komposti tal-fibra bbażati fuq ir-reżina-huma ħfief,-qawwa għolja, u reżistenti għas--sħana, bi flessibbiltà għolja tad-disinn, u jistgħu jiksbu funzjonalità tat-trażmissjoni tal-mewġ-fuq firxa wiesgħa, u tagħmilhom materjali ideali għall-farings. Dan il-kapitlu jirrevedi materjali tal-fairing ibbażati fuq fibra u reżina-kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment.

2.1.1 Materjali tal-Fibra Il-komposti tal-fibra bbażati fuq ir-raża-possedu vantaġġi bħal saħħa speċifika għolja u modulu speċifiku għoli. Materjali ta'-rinfurzar ta' prestazzjoni għolja komunement użati fil-pannelli tal-fairing kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment jinkludu fibra tal-karbonju, fibra tal-ħġieġ, u fibra aramid.

Il-fibra tal-karbonju tippossjedi ħafna proprjetajiet eċċellenti, inklużi qawwa axjali għolja u modulu, densità baxxa, ebda creep, reżistenza tajba għall-għeja, koeffiċjent baxx ta 'espansjoni termali, u konduttività elettrika tajba u prestazzjoni ta' lqugħ elettromanjetiku. Ġie użat ħafna fil-qasam aerospazjali.fibreglasshuwa l-aktar materjal ta 'rinfurzar użat komunement għall-mewġ-ġlud ta' fairing trasparenti, li jippossjedi vantaġġi bħal qawwa għolja, proprjetajiet dielettriċi eċċellenti, assorbiment baxx ta 'umdità, u stabbiltà dimensjonali. Kwarzfibreglassjippossjedi l-aħjar proprjetajiet dielettriċi tal-fibri tal-ħġieġ kollha, li jibqgħu essenzjalment mhux mibdula fuq medda ta 'frekwenza wiesgħa, li tippermetti t-trażmissjoni tal-mewġ tal-broadband fil-farings. Barra minn hekk, il-fibra tal-kwarz turi prestazzjoni eċċellenti tat-trażmissjoni tal-mewġ f'temperaturi għoljin, u l-biċċa l-kbira tal-farings avvanzati barra mill-pajjiż bħalissa jutilizzaw il-fibra tal-kwarz bħala materjal ta 'rinfurzar. Fibra Aramid, fibra ta 'speċjalità ta'-teknoloġija għolja, tippossjedi qawwa għolja u modulu għoli, reżistenza eċċellenti tas-sħana u ritardanza tal-fjammi, u tintuża f'applikazzjonijiet aerospazjali bħal vests u elmi li ma jagħmlux balal tal-aramid. Madankollu, in-natura igroskopika tal-fibra aramid taffettwa l-proprjetajiet dielettriċi tagħha, u tillimita l-applikazzjoni tagħha f'farings trasparenti tal-mewġ-.

2.1.2 Materjali tar-reżina Fairings ġeneralment jużaw-reżini termosetting ta 'prestazzjoni għolja bħala l-materjal tal-matriċi tal-pannelli, inkluż reżina epoxy (EP), reżina bismaleimide (BMI), u raża ester ċjanat (CE), eċċ. Ir-reżina epoxy hija l-materjal tar-reżina l-aktar użat komunement. Hija tiftaħar proprjetajiet termodinamiċi eċċellenti, proċessabilità qawwija, u proprjetajiet elettriċi superjuri, li jagħmilha staple fil-matriċi tar-reżina komposti. Madankollu, ir-reżina epossidika tbati minn reżistenza fqira għall-impatt u tnaqqis sinifikanti fil-proprjetajiet mekkaniċi taħt kundizzjonijiet umdi u sħan. F'dawn l-aħħar snin, ir-riċerkaturi ffukaw fuq iż-żieda ta 'gruppi flessibbli għal sistemi epossidiċi biex itejbu t-toughness tagħhom u r-reżistenza għas-sħana. Ir-reżina Bismaleimide (BMI), bħala materjal polyimide aromatiku, tippossjedi reżistenza eċċellenti ta 'temperatura għolja u baxxa, qawwa għolja u modulu, koeffiċjent baxx ta' espansjoni termali, kostanti u telf dielettriċi baxxi, volatili baxx ta 'vakwu, u condensables volatili baxxi. Taqsam ukoll vantaġġi simili mar-reżina epoxy, bħall-faċilità tal-ipproċessar, u tintuża ħafna fil-qasam aerospazjali. Madankollu, l-iżvantaġġi tagħha jinkludu punt ta 'tidwib għoli, solubilità fqira, u fraġilità għolja. Ir-reżina ta 'l-ester taċ-ċjanat (CE) hija tip ġdid ta' raża żviluppata fis-snin tmenin. Hija karatteristika kostanti dielettrika baxxa, reżistenza għat-temperatura għolja, u reżistenza għas-sħana umda, u hija prinċipalment użata f'bordijiet ta 'ċirkwiti stampati ta'-prestazzjoni għolja u materjali strutturali trasparenti ta'-prestazzjoni għolja. L-iżvantaġġi tiegħu jinkludu fraġilità għolja u toughness fqira wara t-tqaddid. Biex tiżdied it-toughness tas-sistema tar-reżina, BMI u CE ġeneralment jużaw sistemi ta 'raża mħallta modifikati mwebbsa bħala l-matriċi tal-materjal kompost. Is-sistemi modifikati tar-reżina BMI u CE, filwaqt li jiżguraw reżistenza eċċellenti għas-sħana niedja u l-proprjetajiet dielettriċi, jistgħu jtejbu s-saħħa tal-impatt tal-istruttura.

2.2 Materjali Sandwich L-istruttura sandwich tal-fairing għandha rwol ta 'appoġġ għall-materjal tal-pannell, u l-parametri tal-prestazzjoni tagħha jaffettwaw ħafna l-proprjetajiet mekkaniċi tas-sezzjoni tat-trażmissjoni tal-mewġ tal-fairing tas-satellita-. Il-materjal tas-sandwich għandu jissodisfa r-rekwiżiti li ġejjin: densità baxxa, modulu kompressiv għoli, modulu ta 'shear għoli, qawwa flexural għolja, u proprjetajiet dielettriċi eċċellenti. Il-materjali ewlenin tas-sandwich tal-fairing li jissodisfaw dawn ir-rekwiżiti huma:fibreglassxehda tal-għasel, xehda tal-aluminju, xehda tal-karta Nomex, u xehda tal-fowm PMI (polymethyl methacrylate).

Ix-xehda tal-fibra tal-ħġieġ għandha effett ta 'tnaqqis tal-piż insinifikanti u proprjetajiet mekkaniċi foqra. Fil-qasam aerospazjali, xehda tal-karta Nomex u xehda tal-fowm PMI gradwalment issostitwixxewha; il-kombinazzjoni ta 'xehda tal-aluminju u pannelli tal-fibra tal-karbonju tista' tikkawża korrużjoni elettrokimika, li tonqos milli tissodisfa r-rekwiżiti tar-reżistenza għall-korrużjoni ta 'materjali komposti fl-ambjent ħarxa tal-vetturi spazjali; Xehda tal-karta Nomex hija magħmula minn aramid mimli b'reżina fenolika, u l-kombinazzjoni ta 'xehda Nomex u pannelli tal-fibra tal-karbonju ma tikkawżax korrużjoni elettrokimika, għandha modulu ta' shear ogħla minn fowm riġidu PMI, hija inqas fl-ispiża, għandha proċessabbiltà tajba, u tintuża ħafna fil-fuselage, konnetturi, u partijiet oħra, li jagħmilha użata ħafna fil-qasam aerospazjali; L-istruttura tas-sandwich tal-fowm PMI hija superjuri għal strutturi oħra tas-sandwich tax-xehda f'ħafna proprjetajiet mekkaniċi, u hija struttura riġida ta '-riġidità għolja. B'saħħa tat-tensjoni li taqbeż 0.5 MPa, densità taħt il-100 kg/m³, u temperatura ta 'distorsjoni tas-sħana li tilħaq 240 grad, PMI juri saħħa ta' twaħħil interfacial eċċellenti b'reżini termosetting bħal EP, BMI, u CE. Bħala struttura sandwich, hija inqas suxxettibbli għal distakkament mill-interface tal-pannell. Barra minn hekk, l-istrutturi PMI joffru prestazzjoni eċċellenti tat-trażmissjoni tal-mewġ, li jippermettu t-trażmissjoni tal-mewġ tal-broadband filwaqt li jissodisfaw ir-rekwiżiti tat-tagħbija. Huwa użat ħafna f'fairings barra mill-pajjiż, u domestikament, jintuża primarjament f'komponenti strutturali ta 'inġenji tal-ajru ċivili. Il-ġenerazzjoni l-ġdida ta' vetturi tal-varar-is-serje Long March 3A-adottat struttura sandwich PMI prodotta domestikament għall-kon ta' quddiem tal-fairing tagħha, tnaqqas l-ispejjeż tal-varar tas-satellita u wriet prospetti wesgħin ta' applikazzjoni.

L-Istatus kurrenti tal-Iżvilupp tal-Materjal tal-Faring Domestiku

Biex jintlaħqu l-ħtiġijiet futuri ta 'żvilupp ta' fairings għall-vetturi tal-varar ta 'pajjiżi u vetturi spazjali oħra, diversi universitajiet u istituti ta' riċerka fiċ-Ċina ffukaw fuq il-modifika ta 'materjali komposti tal-fibra biex jiddisinjaw u jiżviluppaw materjali komposti tal-fibra ta'-prestazzjoni għolja,-prezz baxx. Dan tejjeb il-kapaċità tal-vettura tal-varar li taċċessa l-ispazju u naqqas iċ-ċikli u l-ispejjeż tal-varar.

Fir-riċerka ta' materjali bbażati fuq ir-reżina-għall-farings tal-vetturi tal-varar, Yang Shiyong et al. mill-Istitut tal-Kimika, l-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi, żviluppaw serje ta 'matriċi tar-reżina tal-poliimide, inklużi l-ewwel ġenerazzjoni reżistenti għal 316 grad, it-tieni ġenerazzjoni reżistenti għal 371 grad, u t-tielet ġenerazzjoni reżistenti għal 426 grad. Żviluppaw ukoll metodi ta 'molding differenti għal komposti ta' matriċi tar-reżina rinfurzati b'fibra tal-karbonju reżistenti għat-temperatura għolja, inkluża teknoloġija awtoklavi vakwu, teknoloġija RTM ta 'temperatura għolja ta' vakwu-, u teknoloġija reattiva tal-iffurmar bis-sħana. Huwa Guowen wettaq studji ta 'analiżi mikroskopiċi dwar il-preparazzjoni u s-saħħa tat-twaħħil interfacial ta' komposti tal-polyimide, li pprovda referenza għall-applikazzjoni ta 'kompożiti tal-poliimide f'farings tal-inġenji tal-ajru. Rao Xianhua mill-Università ta 'Jilin wettaq riċerka dwar il-matriċi tar-reżina tal-fenilaċetilene-terminati ta'-prestazzjoni għolja tal-poliimide u l-komposti tal-fibra tal-karbonju tagħhom, u wessgħu l-orizzonti għall-iżvilupp ta 'farings komposti tal-fibra tal-karbonju polyimide reżistenti-temperatura għolja. L-Istitut tar-Riċerka dwar il-Materjali u l-Proċessi Aerospazjali żviluppa materjal kompost ta' polyimide rinfurzat tal-kwarz-li jista' jintuża-fit-tul f'temperaturi sa 370 grad . Dan il-materjal juri wkoll kostanti dielettrika baxxa u telf dielettriku, prestazzjoni stabbli, u proprjetajiet dielettriċi u mekkaniċi eċċellenti, li jagħmilha kandidat adattat għal materjal funzjonali tal-mewġ-trasparenti/-għoli-li jġorr. Zhang Xing et al. iddisinjat mewġ sħiħ-fairing bis-satellita trasparenti bl-użu ta 'pannell tal-fibra tal-ħġieġ-struttura tas-sandwich tax-xehda tal-karta aramid. Riżultati sperimentali vverifikaw li jikseb kapaċità ta' trażmissjoni tal-mewġ ta'-effiċjenza għolja b'rata ta' trażmissjoni ta' mewġ omnidirezzjonali medja ta' 90%. Anke bi tnaqqis fil-piż ta' aktar minn 20%, il-kapaċità ta' ġarr ta' tagħbija-għadha tissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn, u tikseb kapaċità ta' ġarr ta' tagħbija-ħfief, għolja, u funzjonalità ta' trażmissjoni tal-mewġ omnidirezzjonali, li ġiet ivverifikata fit-testijiet tat-titjir. Qu Guangyan ta' l-Istitut tar-Riċerka FRP ta' Harbin iddisinja struttura ta' fairing ta' materjal kompost ikkontrollabbli -għoli, ħfief, u ħxuna-bl-użu ta' proċess ta' ikkurar ta' materjal kompost tal-fibra tal-karbonju ta'-saħħa għolja-. Dan jegħleb l-isfidi tad-disinn tal-moffa miġjuba mit-teknoloġija tal-iffurmar integrata fuq skala kbira-. Il-fairing tal-materjal kompost tal-fibra tal-karbonju ta'-saħħa għolja jżomm il-forma aerodinamika tiegħu filwaqt li jiżgura dimensjonijiet kbar, u jipproteġi t-tagħbija interna minn influwenzi ambjentali esterni.

L-Istatus kurrenti tal-Iżvilupp tal-Materjal tal-Fairing Barra minn Malta

L-Istati Uniti tiftaħar bl-aktar teknoloġija avvanzata fid-disinn u l-manifattura tal-materjali tal-fairing tal-vettura tal-varar. Il-materjali tal-fairing jinkludu kemm materjali inorganiċi kif ukoll organiċi, u l-proċessi tal-iffurmar jinkludu l-ippakkjar bil-vakwu, l-iffurmar u l-ikkastjar. L-Istati Uniti għandha ttestjar komprensiv tal-prestazzjoni tal-faring u metodi sperimentali, kif ukoll teknoloġija tal-mina tar-riħ għall-ittestjar fid-dinja reali-. Fis-snin sebgħin, l-Istati Uniti żviluppaw il-materjal kompost Duroid 5870 u temmew it-testijiet dwar it-tagħbija termali tal-fairing, il-proprjetajiet elettriċi ta '-temperatura għolja, l-ablazzjoni, u r-reżistenza għall-erożjoni tax-xita. Żviluppa wkoll tagħmir għall-ittestjar tal-faring awtomatizzat għall-ittestjar tal-prestazzjoni elettrika. Bħalissa, fis-sistema ta' materjal kompost ibbażat fuq-reżina organika reżistenti għat-temperatura-għoli (HTPMCs), ir-reżini PI (PMR-15 u PMR{-50) żviluppati mill-Istati Uniti saru materjali fundamentali fl-industrija tal-ajruspazju, jippromwovu b'mod sinifikanti l-applikazzjoni ta 'komponenti komposti PI u jnaqqsu l-ispejjeż strutturali kbar. Il-proprjetajiet dielettriċi eċċellenti tal-fibra tal-kwarz jiffaċilitaw it-trażmissjoni tal-mewġ tal-broadband, u l-biċċa l-kbira tal-farings tal-vetturi tal-varar barranin issa huma magħmula minn materjali komposti tal-fibra tal-kwarz. L-Istati Uniti żviluppat fibra tal-kwarz-istruttura tal-fairing kompost tar-reżina PI rinfurzata b'temperatura operattiva li taqbeż il-538 grad. Ir-Russja għandha teknoloġija tal-manifattura tal-materjal kompost minn-l-aqwa fid-dinja. Waqt l-iżvilupp u l-applikazzjoni ta 'materjali avvanzati reżistenti għat-temperatura għolja, żviluppat ukoll materjali komposti ġodda adattati għal fairings broadband u fairings b'mod doppju elettromanjetiku/infra-aħmar. Fl-istess ħin, qed issaħħaħ ir-riċerka dwar it-teknoloġiji tal-ipproċessar u l-manifattura tal-farings, li tiffoka fuq id-disinn tal-prestazzjoni strutturali u elettrika tal-farings. Ir-reżina fenolika modifikata żviluppata mir-Russja kisbet livelli għoljin ħafna ta 'proċessar u prestazzjoni ta' trażmissjoni tal-mewġ, b'temperatura operattiva massima ta '600 grad, u ġiet applikata b'suċċess għal fairings broadband.