高性能樹脂基復合材料在空天環境下的現狀
隨著飛行器結構中碳纖維增強樹脂基復合材料用量的迅速增加,其應用范圍從非主承力構件逐漸擴展到主承力構件,復合材料結構中的疲勞、低速沖擊和高速撞擊等動態力學問題已經引起了國內外研究者的廣泛關注。本文綜述了典型空天環境因素與碳纖維增強樹脂基復合材料的交互作用,重點探討了其在疲勞、低速沖擊和高速撞擊載荷作用下的行為,簡述了環境損傷與動態載荷耦合對碳纖維增強樹脂基復合材料動態力學性能的影響,以期為聚合物基復合材料在空天飛行器上的應用提供有益的參考。

高性能樹脂基復合材料可使飛行器結構減重25%-30%,在航空航天領域得到了大量應用,可用于制備機翼、前機身、尾翼、機用雷達天線罩、發動機外涵道機匣、管道等結構件。這些結構件大多直接裸露于空天環境下,經受各種空天環境因素的綜合作用??仗旖蛔儨囟葓鲆话阍?140-140℃范圍內變化。由于增強纖維與基體樹脂之間的熱膨脹系數相差一個數量級以上,在這種交變溫度場的作用下,復合材料內部會產生交變熱應力和熱應變,導致材料受到損傷??仗祜w行器運行環境的氣體壓力一般小于10-3Pa。真空環境導致復合材料產生析氣效應,使其力學性能降低。高溫、低溫和濕熱環境同樣會對聚合物基復合材料的性能產生明顯影響。

空天飛行器面臨的服役環境比普通飛機更加苛刻,環境損傷與動態載荷進行耦合后,會加劇復合材料構件變形、失效的進程,從而成為制約整機可靠性與壽命的瓶頸。為了提高空天飛行器的可靠性與壽命,必須對其主要的環境因素-真空、高低溫交變、濕熱與樹脂基復合材料的交互作用進行深入研究,探尋復合材料動態力學性能演化規律及損傷機理,為設計選材提供依據及指導,同時為建立我國的空天材料性能數據庫提供支撐。











































