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NASA研发碳纳米管增强型复合材料 可使航天器重量减轻30%
王强 2017-07-11
导语

NASA计算机模拟分析显示,使用碳纳米管增强体的复合材料可使运载火箭总重量减轻30%。

编者按:本文来源“国防科技要闻”(ID:CDSTIC),作者中国国防科技信息中心冯云皓

碳纳米管是一种直径0.7~50纳米、长度通常几十微米的小型空心管。虽然尺寸极小,但性能非常出众。例如,可利用碳纳米管制造出具有超高强度和极轻重量的材料,其强度和弹性可分别达到钢材的200倍和5倍,而且还具有高效的导电导热性能。

大幅减轻重量

NASA太空技术任务理事会(STMD)非常重视纳米技术,因为这种技术能够减轻航空航天系统的重量并提高其性能。例如,NASA计算机模拟分析显示,使用碳纳米管增强体的复合材料可使运载火箭总重量减轻30%。NASA格伦研究中心负责轻质材料与制造的项目经理迈克尔·米德表示,其他技术都不能对减轻运载火箭重量产生如此大的影响。

飞行试验

5月16日,基于碳纳米管纤维制成的“复合材料压力容器”(COPV)搭载探空火箭从NASA瓦罗普斯基地发射升空。该硬件测试了基于碳纳米管纤维的复合材料燃料箱相对于传统碳纤维环氧树脂复合材料燃料箱的拉伸性能。

米德表示,该试验使用COPV作为冷气体推进器系统的一部分,后者用于在飞行过程中移动火箭有效载荷的位置,并在下降到地球的过程中使有效载荷旋转以改进火箭空气动力学性能。这是基于碳纳米管的复合材料首次应用于结构部件的飞行试验。

NASA与工业界的合作

NASA格伦研究中心、兰利研究中心、马歇尔航天飞行中心以及工业界参与了COPV项目。NASA与Nanocomp公司合作制造纳米管纱线和薄膜,NASA研发了专门的加工方法来制造COPV。

米德表示,NASA不仅希望使用碳纳米管纱线研发高强度复合材料,还希望通过建造真实部件和开展飞行试验来演示验证其性能。COPV飞行试验可为这些材料用于未来NASA任务奠定基础。

未来工作

NASA兰利研究中心材料研究工程师艾米利·西奥奇表示,COPV的亚轨道火箭飞行试验是迈出的第一步,COPV是NASA在将纳米管纱线变为复合材料方面的第一个大件成品。西奥奇早在项目之初就表示,碳纳米管纤维材料仅能小批量制备,这种情况需要改变。西奥奇指出,NASA必须改进性能,提高质量和产量。NASA与工业界的合作对于扩大该材料在NASA的应用而言非常重要,并且准予COPV进行飞行试验还有助于技术成熟化。碳纳米管材料有潜力实现比碳纤维复合材料更强的结构特性,是当前最先进的结构材料,有助于NASA建造更轻质的结构体,为探索太空提供便利。

NASA还有更多工作要做,比如改进该材料的力学性能,以及大批量制造纳米管纱线纤维,从而使其比起传统碳纤维更具竞争力。

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  • 复合材料
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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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