从二次世界大战到海湾战争的隐身技术

为了改进作战生存能力,近代美国军用飞机应用隐身技术以缩小飞机的雷达散射截面积(RCS)。本文从结构设计和雷达吸波材料研制两方面对隐身技术进行评述。

碳纤维／聚酰亚胺复合材料的表面特性和高温粘接

碳纤维／聚酰亚胺复合材料的表面特性和高温粘接１引言碳纤维复合材料正越来越多地被应用于民用和军用飞机以及航天器的主结构件和次结构件。在许多应用中，要求在复合材料间或在复合材料与金属间进行连接，但复合材料的有效使用可能会受到所使用的连接方法的可靠性和效率...

导电聚合物的性能和潜在宇航应用述评

在本报告中,作者希望对当前的导电聚合物的研究工作作一概述。重点是用于航空和航天领域材料的研制。从1970年初聚乙炔的发现就开始了有机导电聚合物的研究工作。自那时起,已经制备出了多种导电的与聚乙炔有着共同结构特性的聚合物,特剐是在聚合物中加入适当的添加剂。聚合物的环境不稳定性、难加工、机械性能差和成本高等问题减慢了导电聚合物的发展。但是,基于对聚合物如何导电最新的进一步的了解,和在研制新材料及对加工和性能作重大改进所使用的更为系统的方法,这些材料的实际使用已为期不远。

空间站材料应用的关键及其解决途径

为满足空间站工作寿命30年的需要,空间站对空间材料提出了新的要求。本文评述了使材料性能降解的低地轨道环境,并提供了该环境下麦·道空间系统公司所选择的解决途径。文中还明确了关键材料的问题,如各种构件应用的材料,特别强调了空间站计划采用的复合材料桁架结构。最后,文中总结了为支持空间站计划而进行的未来材料研制工作和由公司资助的应用于普通大型空间结构的研究工作。

实际飞行环境中的航天器材料

在近20年里,通过地面模拟试验的方法,对空间环境中材料的衰变已经进行了很多实验研究。但是由于缺乏专项的飞行实验,很少有可能在实验室结果与轨道环境中获得的真实衰变之间进行比较。地面试验中有一些明显的限制,例如由太阳产生的远紫外线辐射在地面上很难复现;还有对在这一领域中有关氧原子对表面的影响及模拟方法的有限的了解并不可靠。为了研究一系列材料在实际空间环境中的表现,并评估实验室模拟试验的有效性,设计了两次空中试验。第一次安排在LDEF卫星中,该卫星在低地球轨道工作5.5年之后已经回收。另一次是在飞行器外活动过程中安排在MIR空间站的外部,1.1年之后回收,由宇航员带回地面。此两次试验的目的都在于获得有关热控制涂层、聚合物、复合材料和光学元件的衰变的情报资料。将60种材料的大约200个试样曝露在低地球轨道环境条件中,实验室对它们在曝露前后的性能进行了测量。大多数试样在空间环境中保持在静置状态,有些试样在飞行期间维持在机械应力条件之下(聚合物薄膜受拉;复合材料受弯曲)。提供了4个相同的试样的几组试验,用来研究氧原子和紫外线辐射的叠加作用的影响,并将它们与单独受太阳紫外线辐射作用的试样进行了比较。结果获得了有关在轨道上形成的破坏机理的有价值的资料,并导致了更为有效的模拟方法,这些方法在今后将用来更好地预测航天器材料的特性。

复合材料的损伤容限

本文讨论了低速冲撞对先进的热固性树脂基复合材料结构所产生的损伤容限,并提供了相应的背景、冲击试验结果、设计要求、某些设计方案、分析工作、结论和建议。最重要的观测結果是:低速冲撞比已研究的任何其它类型的损伤要更严重;面内压缩是冲击损伤试样的临界负荷;100英尺-磅冲击损伤减少高温湿应变15％;在周期负荷下冲击损伤的增长并不一致;S-N曲线比较平缓,静态条件可能支配设计;如果峰值负荷不超过损伤的静态抗压强度的60％,试样寿命可能超过(R=10)10~6循环;在室温干燥条件下压合是有利的。设计要求规定假设的起始损伤是一个4英寸长和0.02英寸深的表面划伤;相当于直径2英寸的剥离,以及由或是100英尺-磅能量或是0.1英寸深最小凹痕所产生的冲击损伤。就相同的冲击能量来说,较大的和较为复杂的试样与平的简单的试样相比呈现较大的损伤容限。建议使冲击试验标准化,建立能量释放速率和后冲击强度之间的关系,并且研究和验证适用于复合材料结构的损伤容限广谱的预测能力。

碳纤维表面处理及其对复合材料损伤容限特性的影响

将中等模量的TORAYCA T-800碳纤维进行不同等级的表面处理,用于BASF 5245C改性双-马来酰亚胺树脂体系的层压复合材料,以改进其损伤容限。研究了树脂-纤维界面及其对复合材料强度和断裂形态的影响。使用扫描电子显微镜检测横向拉伸试样中平行于纤维方向的断裂面,发现经标准的表面处理后的表面形态,出现了纤维拔出和纤维表面缺少基体粘附的区域。在较高等级表面处理的情况下,断裂的引发主要出现在树脂基体中,而不是在纤维-树脂基体的界面上。就复合材料损伤容限性能来说,由于增加了表面处理,测得的冲击后的压缩强度提高了20％。列出了复合材料的横向弯曲、横向拉伸和EDS性能。研究了用这些纤维增强的复合材料的ModeⅠ和ModeⅡ的微观力学性能,以便来说明层间断裂韧性的特性。根据对ModeⅠ或ModeⅡ断裂面的观察,表面处理的方法影响甚微;表面断裂与所获得的ModeⅠ/Ⅱ值有小的差异。

多层编织预成形件的制造

本文评述了当前通用的三向编织工艺程序,并讨论了为编织三向多层织物由北卡罗纳州大学的火星任务研究中心发展的工艺方法。从简单的层压板到T形截面和Ⅰ形截面的型梁以及大的刚性层压板,织体的体积和复杂性都可以变化。还讨论了诸如纤维走向、每一方向上所需纤维的容积百分数、纱距或密度等决定复合材料物理性能的参数。

空间运输系统对材料工艺的挑战

由于空间运输系统的任务范围很广,列出对材料的要求是很重要的。这些要求是由载人或不载人飞行、任务持续时间、是否周期性任务以及大气组成等飞行特性所决定的。为了满足这些要求,正在研制多种高温材料。按照材料的力学标准和化学标准(抗氧化性),对复合材料(C/C、C/SiC、SiC/SiC)和耐高温合金作了比较。这些材料已被推出用于当前的Hermes和Cassini计划,并指出了复合材料的潜在能力和对设计的影响。最后,进行了成本概算评估。

美国的空间计划ALS及先进复合材料的应用

自挑战者失事以来,重新评价如何完成美国空间探索任务目标已成为争论焦点。对于NASA来说,亟待解决的迫切任务是在一次和可重复使用的飞行器基础上确立一种有规律、有保证的去往空间的通道。目前使用的发射系统技术和部件都是25年以前设计出来的。对航天器、地面设备的加工工艺的改进是当前达到低成本、大载荷、高可靠性和频繁发射的必由之路。 NASA/USAF正共同努力设计一种先进发射系统ALS,它尤其重视对未来技术的开发,其中特别是先进复合材料将起着重要作用。文章从固体火箭发动机壳体、发动机喷管、小型卫星运载火箭、贮箱和级间舱等方面探讨了复合材料应用前景。先进发射系统计划的最终目标就是研制实用的低成本运载火箭,把发射成本从目前的3000美元/Ib有效载荷降到大约为300美元/lb。

结构粘合剂使用选择

随着高分子材料的发展,结构粘合剂性能不断得到提高,品种类型愈益繁多,使用也越来越广泛。它在航天军工等领域中的应用从效率和成本上看要优于软焊、焊接和机械连接,但使用成功与否,对粘合剂典型特性的了解和粘合剂使用类型的选择以及选择标准的确定具有重要意义。文章介绍了粘合剂分类、选择标准,并对多种粘合剂的典型性能、优缺点、使用局限性作了扼要的评价。