Hexcel公司:碳纤维在航天国防领域有哪些应用?

  一、Hexcel碳纤维复合材料在防空飞机中应用
 
  美国Hexcel公司作为碳纤维复合材料领域的合格供应商,已经为超过100多个军用飞机与旋翼飞机项目提供原材料,这些项目包括C-17、F/A-18E/F黄蜂、F-22猛禽战斗机、F-35联合攻击战斗机、欧洲台风战斗机、空客A400M军用运输机等。
 
  欧洲台风战机采用了全复合材料结构,包括机翼、前机身及机尾部分均是由碳纤维复合材料加工,且以Hexcel公司的HexPly® 8552 环氧预浸料为主。此外,在部分高温部件采用的先进双马来酰亚胺(BMI)以及用在夹层结构中的HexWeb® 蜂窝,Hexcel公司为每驾飞机提供碳纤维复合材料总贡献超过一吨。
 
  Hexcel公司的碳纤维预浸料、压热器产品、增强材料及蜂窝结构也适合无人机(UAV)的制造;如公司的HexTowHM63高模量碳纤维(UD或编织格式)可以为无人机提供卓越的刚度。Hexcel公司碳纤维及预浸料在防空飞机领域的具体应用包括:
 
  ※雷达透明天线罩:采用环氧树脂或BMI预浸料;或RTM树脂和由玻璃纤维或石英纤维制成的编织预制件;
 
  ※ 前缘舵面翼:碳纤维/环氧预浸料;
 
  ※ 机身壁板:碳纤维/环氧预浸料、非金属蜂窝核心及 HexBond®胶粘剂;
 
  ※ 前缘装置:碳纤维/玻纤环氧预浸料;
 
  ※ 翼整流罩:碳纤维/玻纤环氧预浸料;
 
  ※ 翼皮和翼肋:碳纤维/玻纤环氧预浸料;
 
  ※ 翼尖:石英纤维/环氧预浸料;
 
  ※ 方向舵:碳纤维/环氧预浸料;
 
  ※ 翼:碳纤维/玻纤环氧预浸料;
 
  ※飞行操纵面:碳纤维/玻璃纤维增强环氧预浸料、蜂窝核心材料及 HexBond®胶粘剂。
 
  Hexcel公司产品在防空飞机中的典型应用
 
  二、Hexcel碳纤维复材在太空和发射器中应用
 
  2.1 发射器领域应用
 
  将卫星发射到太空是对复合材料性能的终极挑战。除了要减轻重量外,材料还必须承受极端的温度波动。Hexcel公司生产系列产品能够满足该苛刻的性能要求。Hexcel公司碳纤维及其复合材料的具体应用领域包括:
 
  ·整流罩:碳纤维预浸料、铝质蜂窝;
 
  ·外部有效负载载体组件:碳纤维预浸料、铝蜂窝和粘合剂;
 
  ·EPS环:碳纤维/环氧预浸料或RTM工艺;
 
  ·前沿:碳纤维预浸料;
 
  ·轭:碳纤维环氧树脂缠绕工艺;
 
  ·隔热罩:碳纤维预浸料/耐高温玻纤织物;
 
  ·火箭助推器:碳纤维预浸料。
 
  2.2 卫星结构领域应用
 
  外层空间的独特环境对制造军事和商业卫星的材料提出了严格的要求。相比之下,卫星遭受碰撞损坏的风险相对较小。但剧烈的温度变化会导致普通材料变形,随温度扩张或收缩。
 
  HexPly® M18 作为 180°C (350°F) 固化环氧树脂系统,在欧洲型号中获得广泛应用,可在最高 170°C(340°F) 温度下操作,室温下的烧毁寿命为 30 天。此外,该材料可提供出色的低吸湿性,M18树脂结合高模量HexTow®HM63(UD或超轻量织物)可提高尺寸的稳定性和所需应用的结构性能。
 
  HexPly® 954 系列 350 °F 固化增韧氰酸酯树脂预浸料产品,因其优异的低吸湿性能以确保尺寸稳定,还拥有比环氧树脂更好的透气性能,因而被广泛用于太空硬件设备的设计制造。它与超高模量沥青基碳纤维和 PAN 基高模量碳纤维纤维结合,可提升尺寸稳定性和结构性能,满足美国NASA苛刻的应用需求。
 
  Hexcel的HexAM™增材制造是空间应用的绝佳解决方案,它具有低放气性能,无需焊接或锻造,能够承受+/-300°C的温度,HexPEKK™3D打印部件非常适合卫星和太空运输。HexAM™增材制造工艺已获得空间应用资格,波音Starliner Space Taxi上使用了600多个HexPEKK™零件。
  美国波音公司Starliner“太空出租车”
 
  三、Hexcel碳纤维复材在旋翼直升机中应用
 
  最近几年中,欧直EC175和美国西科斯基S-76D中等双引擎直升机都已实现了首飞,每架飞机设计中均采用了全复合材料主旋翼桨叶。UH-60M黑鹰同样直升机也通过采用一种新的复合材料宽弦旋翼桨叶和更强劲的引擎进行升级,从而展示出额外500磅的升力。美国V-22鱼鹰倾转旋翼现在被成功部署并进行全面生产。
 
  Hexcel公司作为上述项目以及其他项目的供应商,为旋翼直升机提供了大量的碳纤维、增强材料、环氧预浸料以及蜂窝夹芯等结构材料。此外,Hexcel工程产品团队创新的桨叶生产概念从Sikorsky赢得了合同,并为 S-76D™ 制造二级组装部件甚至是完整的主旋翼桨叶。Hexcel公司碳纤维复合材料产品在直升机上典型的应用包括:
 
  ·旋翼叶片:碳纤维或碳纤维织物预浸料;
 
  ·旋翼毂/转子轮毂:碳纤维或碳纤维编织物/环氧预浸料;
 
  ·玻璃条:碳纤维和玻璃纤维/环氧预浸料;
 
  ·引擎/机身整流罩/罩板:碳纤维/玻璃纤维/芳纶纤维增强环氧树脂和BMI树脂;
 
  ·机身:碳纤维和玻璃连续预浸料;
 
  ·主门和货舱门:碳纤维、玻纤/环氧预浸料;
 
  ·水平稳定器:玻璃纤维、碳纤维和芳纶预浸料
 
  ·机身面板︰碳纤维、玻纤/环氧预浸料。
 
  (文章转载“碳纤维及其复合材料技术”公众号,参考来源:美国Hexcel)