复合材料在航空发动机、卫星和宇航器上的应用

目前，复合材料已成为与金属材料、高分子材料、无机非金属材料并列的四大材料体系之一。一个国家的复合材料工业水平已经成为衡量其科技与经济实力的主要标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。

复合材料在涡轮发动机上的应用

由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性，复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大，使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。

美国针对航空发动机实施的IHPTET和VAATE计划，以及欧洲实施的ACME和AMET计划，均将复合材料在航空发动机上的应用列为重点内容予以验证和突破，包括:风扇宽弦复合材料叶片、纤维增强树脂基复合材料机匣、350℃热塑性复合材料中介机匣、SiC长纤钛基复合材料的叶环、叶鼓和低压涡轮轴、陶瓷基复合材料全环燃烧室、CMC碳化硅复合材料浮壁燃烧室、CMC碳化硅复合材料涡轮导向器、CMC和C/C复合材料涡轮转子等相关结构，由此可见，复合材料在航空发动机上的大量使用已成为必然。

复合材料在导弹和火箭发动机上的应用火箭外壳纤维缠绕成型

以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料的发展推动了航天整体技术的发展。碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上，碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料，C/C 最早用作其喷管喉衬，并由二维、三向发展到四向及更多向编织。碳纤维复合材料在美国侏儒、民兵、三叉载等战略导弹上均已成熟应用，美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料，如美国三叉 -2 导弹、战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国的阿里安 -2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为5.3GPa 的IM-7碳纤维，性能最高的是东丽T-800纤维，抗拉强度5.65GPa，杨氏模量300GPa。

俄罗斯海上导弹系统中的佼佼者是“圆锤”(布拉瓦) 型潜发射导弹，该导弹发射机动性好，同时拥有海基和陆基两种打击版本，可以携带 610 分导式核弹头，配备在海军“台风”级，以及未来新型“北风之神”级核潜艇上，可以突破敌方导弹防御系统，有效摧毁全球任何地方的敌方目标。这些新型导弹的发动机喷管及大面积防热层均使用黏胶基碳纤维增强的酚醛复合材料。

目前为解决固体火箭发动机结构承载问题，美国和法国正在进行陶瓷纤维混合碳纤维而编织的多向(6 向)基质、以热稳定氧化物为基体填充的陶瓷复合材料。SiC陶瓷制成的喉衬、内衬已进行多次点火试验。今天作为火箭锥体候选材料的有Al2O3、ZrO2、ThO2等陶瓷，而火箭尾喷管和燃烧室采用的高温结构材料有SiC、石墨、高温陶瓷涂层等。

我国各类战略和战术导弹上也大量采用碳纤维复合材料作为发动机喷管、整流翠防热材料。我国20世纪90年代后期开展了纤维增强复合材料材料壳体的研究，进行了T300 CFRP固体火箭发动机壳体的基础试验、壳体结构强度试验、点火试车等全程考核中完成了12K-T700-CFRP壳体结构强度试验，开展了T800碳纤维CFRP多种壳体的预研试验。

复合材料在卫星和宇航器上的应用

碳纤维增强树脂基复合材料被用作航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。美国“发现号”航天飞机的阻热瓦十分关键，可以保证其能安全地重复飞行。一共有 8 种低温重复使用表面绝热材料LRSI；高温重复使用表面绝热材料HRSI；柔性重复使用表面绝热材料 FRSI；高级柔性重复使用表面绝热材料 AFRI；高温耐熔纤维复合材料FRIC-HRSI；增强碳/碳材料 RCC；金属；二氧化硅织物。其中增强碳/碳材料 RCC，最为重要的，它可以使航天飞机承受大气层所经受的最高温度 1700°C。

卫星结构的轻型化对卫星功能及运载火箭的要求至关重要，所以对卫星结构的质量要求很严。国际通信卫星VA中心推力简用碳纤维复合材料取代铝后质量减轻23kg(约占30%),可使有效载荷舱增加 450 条电话线路，仅此一项盈利就接近卫星的发射费用。美国、欧洲卫星结构质量不到总质量的10%，其原因就是广泛使用了复合材料。目前卫星的微波通信系统、能源系统(太阳能电池基板、框架) 各种支撑结构件等已基本上做到复合材料化。

我国在“风云二号”气象卫星及“神舟”系列飞船上均采用了碳/环氧复合材料做主承力构件，大大减轻了整星的质量，降低了发射成本。从 2008 年 9 月 25 日的“神舟七号”升空开始到 2016 年 10 月17 日的“神舟十一号”上天，中国在八年多的时间里五次飞天。在飞船、卫星、返回舱中大量使用的碳纤维复合材料，为这一举世瞩目的成就立下了汗马功劳。

版权声明：复材云集尊重版权并感谢每一位作者的辛苦付出与创作；除无法溯源的文章，我们均在文末备注了来源；如文章视频、图片、文字涉及版权问题，请第一时间联系我们，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容！