航空航天·复合材料：航天产品上的“新宠儿”
本文摘要：（由ai生成）
2022年7月24日，长征五号B遥三运载火箭成功发射问天实验舱。复材公司为问天实验舱提供了轻质高强的碳纤维复合材料部件，包括压紧桁架和桁架结构，使产品减重约30%，提升了携带有效载荷能力。碳纤维复合材料凭借强度高、密度低等优势，在航天、高铁等领域得到广泛应用，成为时代的“新宠儿”。
2022年7月24日14时22分，长征五号B遥三运载火箭在海南文昌的海边划过一道“烈焰”，成功将问天实验舱送入预定轨道。为了能装得下更多物资，“问天”就需要“瘦身”，这就要求各部件发挥着自己的特点，通过不同形式进行“减重”来实现。其中，公司所属复材公司打造的连接柔性太阳电池翼的复合材料桁架，包括压紧桁架和桁架结构两部分，使产品减重达到约30%，提升了实验舱携带有效载荷的能力。
如今，越来越多的复合材料被运用到了航天领域，它们凭借哪些优势成为了时代的“新宠儿”呢？接下来，就让我们一起去探索其中的奥秘。
“压”稳了，让飞行更稳妥
作为问天实验舱的“能量来源”，柔性太阳电池翼在飞行过程中需要承受来自火箭发射带来的振动和压力。为此，复材公司研制生产了一套“问天”专属的复合材料“压紧”装置，它们不仅为柔性太阳电池翼在实验舱两侧打造安全稳妥的“地基”，还能给予“婴儿”般的呵护。
别看这小小的“压紧”装置，它是由一种碳纤维增强体与树脂基体混合在一起的复合材料，具有强度高、密度低、质量轻等优点。从外观上看去，它是由压紧桁架、端部压紧座、扶手压紧桁架组成，就好比在柔性太阳电池翼和问天实验舱的资源舱之间“垒”起了扎实的“地基”，将柔性太阳电池翼牢牢的固定在资源舱上。
同时，为了有效地保护复合材料产品免受空间中原子氧的侵蚀，设计师在外露碳纤维结构上整体包覆了一层铝箔“保护衣”。“穿衣”的过程中，工艺团队通过复合材料的特种工艺与轻型多点的加压方式让铝箔平整的覆合在产品上，使得“保护衣”能够如丝绸般保护好每一寸复合材料，从而确保了复合材料自身的产品质量，为问天实验舱展“翅”做好充足准备。
“撑”住了，让“对日”更可靠
桁架结构可以被称作连接20多米的柔性太阳电池翼和对日定向装置的“桥梁”。在设计之初，设计师也曾考虑过常规金属材料，但它在增强产品强度的同时，也增长了“体重”，有可能导致“超负荷”运作。为此，轻量化的复合材料又一次被青睐。
由此，由碳纤维复合材料和蜂窝板组成的桁架结构应运而生，它不仅实现了舱外设备与对日定向装置的刚性连接，还承载着电源分系统舱外设备、实现设备与对日定向装置的同步转动，以及满足上升段和在轨工作的承载要求。
为了有效减轻产品重量，桁架结构的多个零件采用了结构复杂、成型难度大的五通等多通类零件。“五通”零件就好比五根“管道”交汇在一起，不仅要“管壁”坚实可靠，还要“管道”精准连接。
复材公司通过多轮迭代研究，逐步攻克了复合材料加热加压的技术难题，通过选用柔性加压精确控制的方法，保证了产品内部成型的质量。同时，工艺团队还采用高精度胶接装配技术配合机加工补偿方法，并通过全新空间检测方法表征产品空间尺寸，保证了安装面的空间相对关系，使得产品连接更为可靠。
随着航天器对轻量化要求的不断提升，轻质高强的碳纤维复合材料为我国空间站建设发挥着重大力量。如今，碳纤维复合材料不仅运用在航天领域，还在我国高铁和谐号前头锥得以运用，成为了能上天、能登山的“新宠儿”。
来源：中国航天
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