高模量碳纖維板材具有優(yōu)異導(dǎo)電性，在一定的頻率范圍內(nèi)能夠完成天線電磁波的發(fā)射或接收，并能承受一定的功率。碳纖維為導(dǎo)電材料，在一定的頻率范圍內(nèi)，其自身能夠完成天線的電磁波反射和接收功能，尤其是需要指出的是，隨著碳纖維石墨化程度的提高，碳纖維導(dǎo)電性能也顯著增加，高模量碳纖維在導(dǎo)電性能上基本接近金屬的導(dǎo)電性能。因此，高模量碳纖維制作復(fù)合材料天線完全可以滿足衛(wèi)星天線電性能指標(biāo)，能承受高低溫循環(huán)、熱真空等嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)的考核，使其成為星載天線的首選材料。
    
1.碳纖維鋪層設(shè)計(jì)

      由于碳纖維板材熱膨脹系數(shù)低，隨著纖維拉伸模量的增加，纖維熱膨脹系數(shù)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。基于低膨脹的性能特點(diǎn)，在天線成型過(guò)程中通過(guò)復(fù)合材料內(nèi)碳纖維鋪層設(shè)計(jì)，可以使天線在成型過(guò)程和實(shí)際工作環(huán)境中做到“零膨脹”。
        

      碳纖維復(fù)合材料作為一種先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料，從未來(lái)材料的發(fā)展趨勢(shì)看，碳纖維復(fù)合材料開始逐步取代一些更多的金屬材料，尤其是在衛(wèi)星上有明顯的體現(xiàn)。由于高性能碳纖維不斷優(yōu)化，尤其是兼具高強(qiáng)度高模量MJ系列碳纖維研發(fā)成功，衛(wèi)星天線用復(fù)合材料增強(qiáng)纖維逐漸從從凱夫拉纖維、中模碳纖維轉(zhuǎn)變成了高模碳纖維，目前幾乎所有衛(wèi)星天線均采用了高模量碳纖維，有些衛(wèi)星上碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用率高達(dá)85%。

2.衛(wèi)星應(yīng)用

      在比強(qiáng)度和比模量方面，由于碳纖維定制加工復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量比常用金屬鋁合金高，與鋁合金相比，碳纖維復(fù)合材料單向?qū)硬牧媳葟?qiáng)度要高出3-4倍，而高模型碳纖維復(fù)合單向?qū)硬牧系谋饶Ａ恳叱?-7倍。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度、剛度以及使用環(huán)境的要求與飛機(jī)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的要求有著明顯的差別。在衛(wèi)星的實(shí)際使用中采用高模量的碳纖維材料，不僅可以滿足強(qiáng)度還能滿足剛度需求。

      長(zhǎng)征五號(hào)火箭在火箭助推器、芯一級(jí)、芯二級(jí)殼體表面長(zhǎng)排罩上大量采用碳纖維泡沫夾層結(jié)構(gòu)材料，這種罩體能夠在高溫高壓下正常運(yùn)作。與金屬材料相比，可減重50%左右，與普通復(fù)合材料相比，可減重30%左右。對(duì)于一級(jí)半入軌的長(zhǎng)征五號(hào)B火箭來(lái)說(shuō)，這種減重效益更加鮮明。

      芯一級(jí)能減重多少，運(yùn)載能力就可以提升多少，助推器減重與運(yùn)載能力提高的比例更是高達(dá)1.25:1。為此，航天科技集團(tuán)一院703所把大直徑大厚度碳纖維定制加工復(fù)合材料”3+2”蜂窩夾層結(jié)構(gòu)整體成型技術(shù)，用在了長(zhǎng)征五號(hào)B火箭芯一級(jí)尾段的壁板和防熱板結(jié)構(gòu)中，替代原有的組合梁結(jié)合分瓣玻璃鋼底板的結(jié)構(gòu)方案，成功實(shí)現(xiàn)減重約400公斤。

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