聚合基復(fù)合材料緒論

1、會計學(xué)1聚合基復(fù)合材料緒論聚合基復(fù)合材料緒論2材料材料 密度密度（g/cm) 拉伸強度拉伸強度（GPa）彈性模量彈性模量（102GPa）比強度比強度（106cm）比模量比模量（106cm）鋼鋼鋁合金鋁合金鈦合金鈦合金玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料環(huán)氧復(fù)合材料碳纖維碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料環(huán)氧復(fù)合材料有機纖維有機纖維/環(huán)氧復(fù)合材料環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維硼纖維/鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料7.82.84.52.01.451.61.42.12.651.030.470.961.061.501.071.401.381.02.10.751.140.41

2、.42.40.82.12.01.31.72.15.310.36.71.06.63.82.72.62.52.09.7155.7107.5 表表1-1 一些常用材料及纖維復(fù)合材料的比強度、比模量一些常用材料及纖維復(fù)合材料的比強度、比模量3碳纖維樹脂基復(fù)合材料表現(xiàn)了較高的比碳纖維樹脂基復(fù)合材料表現(xiàn)了較高的比模量和比強度。模量和比強度。 作用：作用：在強度和剛度相同的情況下，結(jié)在強度和剛度相同的情況下，結(jié)構(gòu)質(zhì)量可以減輕，或尺寸減小。這在節(jié)構(gòu)質(zhì)量可以減輕，或尺寸減小。這在節(jié)省能源，提高構(gòu)件的使用性能方面，是省能源，提高構(gòu)件的使用性能方面，是現(xiàn)有其他材料所不能比擬的。現(xiàn)有其他材料所不能比擬的。4碳纖維復(fù)合

3、材料與鋼、鋁材料性能比較碳纖維復(fù)合材料與鋼、鋁材料性能比較5671.5.2 1.5.2 耐疲勞性能好，破損安全性能高耐疲勞性能好，破損安全性能高8共振的危害共振的危害1.5.3阻尼減振性好阻尼減振性好91.5.3阻尼減振性好阻尼減振性好101.5.4 1.5.4 具有多種功能性具有多種功能性111213 當(dāng)飛行器在稠密大氣中作超音速飛行時，受激波與機體間高溫壓縮當(dāng)飛行器在稠密大氣中作超音速飛行時，受激波與機體間高溫壓縮氣體的加熱和機體表面與空氣強烈摩擦的影響，飛行器蒙皮的溫度會氣體的加熱和機體表面與空氣強烈摩擦的影響，飛行器蒙皮的溫度會隨隨M數(shù)的提高而急劇上升。飛行數(shù)的提高而急劇上升。飛行 M

4、數(shù)為數(shù)為 2.0時，機頭處的溫度略超過時，機頭處的溫度略超過100。而當(dāng)。而當(dāng) M數(shù)等于數(shù)等于3.0時，飛行器表面的溫度則升至?xí)r，飛行器表面的溫度則升至350左右，已左右，已超過了鋁合金的極限溫度，使其強度大大削弱。超過了鋁合金的極限溫度，使其強度大大削弱。 航空界把飛行器作高速飛行時所遭遇到的這種高溫情況稱之為航空界把飛行器作高速飛行時所遭遇到的這種高溫情況稱之為“熱障熱障”。一般把。一般把M數(shù)數(shù) 2.5作為作為“熱障熱障”的界線，低于這一值，氣動加熱的界線，低于這一值，氣動加熱不嚴(yán)重，可用常規(guī)的方法和材料設(shè)計、制造飛機；高于該值，則必須不嚴(yán)重，可用常規(guī)的方法和材料設(shè)計、制造飛機；高于該值，

5、則必須采取克服氣動加熱問題的措施，如用耐高溫的鋼或鈦合金制造飛機的采取克服氣動加熱問題的措施，如用耐高溫的鋼或鈦合金制造飛機的蒙皮和框架等。蒙皮和框架等。 宇宙飛船和返回式衛(wèi)星在重返大氣層時，宇宙飛船和返回式衛(wèi)星在重返大氣層時，M數(shù)更高，它們的外表數(shù)更高，它們的外表溫度可達(dá)溫度可達(dá) 1000多度。多度。 為保證其不致被燒毀，飛船和返回式衛(wèi)星的頭為保證其不致被燒毀，飛船和返回式衛(wèi)星的頭部得用燒蝕材料包上一層，讓它在高溫時燒掉，以吸收氣動加熱時產(chǎn)部得用燒蝕材料包上一層，讓它在高溫時燒掉，以吸收氣動加熱時產(chǎn)生的熱能。生的熱能。 14 ，馬赫數(shù)的命名是為了紀(jì)念奧地利學(xué)者馬，馬赫數(shù)的命名是為了紀(jì)念奧地利

6、學(xué)者馬赫赫(Ernst Mach, 1838-1916) 馬赫就是聲速，馬赫就是聲速，1馬赫馬赫=340M/s. 1馬赫馬赫=每小時每小時1126公里公里,大概是一倍音速大概是一倍音速 . 馬赫數(shù)，氣流速度馬赫數(shù)，氣流速度V與當(dāng)?shù)芈暎ㄒ簦┧倥c當(dāng)?shù)芈暎ㄒ簦┧賏之比，簡稱之比，簡稱Ma數(shù)。飛機的飛行速度常以馬赫數(shù)表示，當(dāng)其飛行速度數(shù)。飛機的飛行速度常以馬赫數(shù)表示，當(dāng)其飛行速度小于當(dāng)?shù)匾羲贂r，則馬赫數(shù)小于小于當(dāng)?shù)匾羲贂r，則馬赫數(shù)小于1，反之，飛行速度大于，反之，飛行速度大于當(dāng)?shù)匾羲贂r，馬赫數(shù)則大于當(dāng)?shù)匾羲贂r，馬赫數(shù)則大于1。一般把馬赫數(shù)小于或等于。一般把馬赫數(shù)小于或等于0.4的飛行稱為低速飛行，馬赫

7、數(shù)在的飛行稱為低速飛行，馬赫數(shù)在0.75至至1.2（或（或1.4）之）之間稱為亞音速飛行，馬赫數(shù)在間稱為亞音速飛行，馬赫數(shù)在1.2（或（或1.4）至）至5之間稱為之間稱為超音速飛行，馬赫數(shù)大于超音速飛行，馬赫數(shù)大于5時則稱為高超音速飛行。時則稱為高超音速飛行。 15在晴朗的夜晚，仰望燦爛星空，有時會看到耀眼的隕星，倏忽即逝在晴朗的夜晚，仰望燦爛星空，有時會看到耀眼的隕星，倏忽即逝。它為什么會發(fā)光呢？。它為什么會發(fā)光呢？ 原來，這是高速飛行的隕星進入大氣層與空氣原來，這是高速飛行的隕星進入大氣層與空氣劇烈摩擦，猛烈燃燒而發(fā)出的光亮。當(dāng)宇宙航天器完成任務(wù)返回地球劇烈摩擦，猛烈燃燒而發(fā)出的光亮。當(dāng)宇

8、宙航天器完成任務(wù)返回地球時，面臨著與隕星同樣的殘酷生存環(huán)境。研究表明，時，面臨著與隕星同樣的殘酷生存環(huán)境。研究表明， 當(dāng)宇宙飛行器的當(dāng)宇宙飛行器的飛行速度達(dá)到飛行速度達(dá)到3倍聲速時，其前端溫度可達(dá)倍聲速時，其前端溫度可達(dá)330；當(dāng)飛行速度為；當(dāng)飛行速度為6倍聲倍聲 速時，可達(dá)速時，可達(dá)1480 。宇宙飛行器遨游太空歸來，到達(dá)離地面宇宙飛行器遨游太空歸來，到達(dá)離地面60-70千米時，速度仍然保千米時，速度仍然保持在聲速的持在聲速的20多倍，溫多倍，溫 度在度在10000以上，這樣的高溫足以把航天器化以上，這樣的高溫足以把航天器化作一團烈火。高速導(dǎo)致高溫這似乎是一道不可逾越的障礙，人們把這作一團烈

9、火。高速導(dǎo)致高溫這似乎是一道不可逾越的障礙，人們把這種障礙稱為熱障。顯然熱障并沒有阻擋住人類種障礙稱為熱障。顯然熱障并沒有阻擋住人類挺進宇挺進宇 宙的步伐，宙的步伐， 那么科那么科學(xué)家們是如何服熱障，使航天器安全回家的呢？學(xué)家們是如何服熱障，使航天器安全回家的呢？16 隕石穿越太空到達(dá)地球的神奇經(jīng)歷給了科學(xué)家們以特殊的啟迪。分隕石穿越太空到達(dá)地球的神奇經(jīng)歷給了科學(xué)家們以特殊的啟迪。分析隕石的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)析隕石的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn) ，隕石表面雖然已經(jīng)熔融，但內(nèi)部的化學(xué)成，隕石表面雖然已經(jīng)熔融，但內(nèi)部的化學(xué)成分沒有發(fā)生變化。這說明隕石在下落過程中，分沒有發(fā)生變化。這說明隕石在下落過程中， 表面因摩擦

10、生熱達(dá)到幾表面因摩擦生熱達(dá)到幾千度高溫而熔融，但由于穿過大氣層的時間很短，熱量來不及傳到隕石千度高溫而熔融，但由于穿過大氣層的時間很短，熱量來不及傳到隕石內(nèi)部。給宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒蝕材料制成內(nèi)部。給宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒蝕材料制成“盔甲盔甲”，把摩擦產(chǎn)，把摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣化等一系列物理和化學(xué)變化中，生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣化等一系列物理和化學(xué)變化中，“丟卒保車丟卒保車”就能達(dá)到保護宇宙飛行器的目的。就能達(dá)到保護宇宙飛行器的目的。一位宇航員描述了宇宙飛船闖過熱障的壯觀景象：飛船進入大氣層一位宇航員描述了宇宙飛船闖過熱障的壯觀景象：飛船進入大氣層，首先從舷

11、窗中，首先從舷窗中 看到煙霧，然后出現(xiàn)五彩繽紛的火焰，同時發(fā)出噼噼看到煙霧，然后出現(xiàn)五彩繽紛的火焰，同時發(fā)出噼噼啪啪的聲音。這是飛船頭部的燒蝕材料在燃燒啪啪的聲音。這是飛船頭部的燒蝕材料在燃燒 ，它們犧牲了自己，把，它們犧牲了自己，把飛船內(nèi)的溫度始終維持在常溫范圍，保護飛船平安返回地面。飛船內(nèi)的溫度始終維持在常溫范圍，保護飛船平安返回地面。作為燒蝕材料，要求氣化熱大，熱容量大，絕熱性好，向外界輻射作為燒蝕材料，要求氣化熱大，熱容量大，絕熱性好，向外界輻射熱量的本領(lǐng)強。熱量的本領(lǐng)強。17（2 2）優(yōu)異的電絕緣性能和高頻介電性能；）優(yōu)異的電絕緣性能和高頻介電性能； 18 雷達(dá)是利用無線電波來測定物

12、體位置的無線電設(shè)備。雷達(dá)是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備。電磁波遇到障礙物要發(fā)生反射，雷達(dá)就是利用電磁波的反電磁波遇到障礙物要發(fā)生反射，雷達(dá)就是利用電磁波的反射來工作的射來工作的. .波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強，因此雷達(dá)用的是微波波段的無線電波性能越強，因此雷達(dá)用的是微波波段的無線電波. . 雷達(dá)有一個特制的可以轉(zhuǎn)動的天線，它能向一定的方向雷達(dá)有一個特制的可以轉(zhuǎn)動的天線，它能向一定的方向發(fā)射不連續(xù)的無線電波發(fā)射不連續(xù)的無線電波. .每次發(fā)射的時間約為百萬分之一秒每次發(fā)射的時間約為百萬分之一秒，兩次發(fā)射的時間間隔大約是發(fā)射時間

13、的一百倍，兩次發(fā)射的時間間隔大約是發(fā)射時間的一百倍. .發(fā)射出去發(fā)射出去的無線電波遇到障礙物時，可以在這個時間間隔內(nèi)反射回的無線電波遇到障礙物時，可以在這個時間間隔內(nèi)反射回來為天線接收來為天線接收. . 19202122232425復(fù)合材料與金屬等材料比較，顯示出較大的優(yōu)越性。復(fù)合材料與金屬等材料比較，顯示出較大的優(yōu)越性。2627復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在火箭中的應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在火箭中的應(yīng)用1.6 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用28復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在人造衛(wèi)星中的應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在人造衛(wèi)星中的應(yīng)用29 東方紅一號衛(wèi)星是我國于東方紅一號衛(wèi)星是我國于1970年年4月月24日發(fā)射的第一顆日發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星。按

14、當(dāng)時時間先人造地球衛(wèi)星。按當(dāng)時時間先后后,我國是繼蘇、美、法、日之我國是繼蘇、美、法、日之后后,世界上第五個用自制火箭發(fā)世界上第五個用自制火箭發(fā)射國產(chǎn)衛(wèi)星的國家射國產(chǎn)衛(wèi)星的國家 30 人造地球衛(wèi)星與空間探測器的結(jié)構(gòu)材料人造地球衛(wèi)星與空間探測器的結(jié)構(gòu)材料大多采用鋁合金和鎂合金，要求高強大多采用鋁合金和鎂合金，要求高強度的零部件則采用鈦合金和不銹鋼。為了提高剛度和減輕重量，已開始采用高模量石度的零部件則采用鈦合金和不銹鋼。為了提高剛度和減輕重量，已開始采用高模量石墨纖維增強的新型復(fù)合材料。墨纖維增強的新型復(fù)合材料。 衛(wèi)星體和儀器設(shè)備表面衛(wèi)星體和儀器設(shè)備表面常覆有溫控涂層，利用熱輻射或熱吸收特性來調(diào)

15、節(jié)溫度常覆有溫控涂層，利用熱輻射或熱吸收特性來調(diào)節(jié)溫度。 航天器上的大面積太陽翼航天器上的大面積太陽翼初期為鋁合金加筋板或夾層板結(jié)構(gòu)，后來改用石墨纖初期為鋁合金加筋板或夾層板結(jié)構(gòu)，后來改用石墨纖維復(fù)合材料作面板的鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，更先進的輕型太陽翼則以石墨纖維復(fù)合材料作維復(fù)合材料作面板的鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，更先進的輕型太陽翼則以石墨纖維復(fù)合材料作框架，蒙上聚酰胺薄膜。框架，蒙上聚酰胺薄膜。面積更大的柔性太陽翼面積更大的柔性太陽翼全部由薄膜材料制成。全部由薄膜材料制成。 大型拋物面天線大型拋物面天線是現(xiàn)代衛(wèi)星的重要組成部分，原來多采用鋁合金或玻璃鋼制造，是現(xiàn)代衛(wèi)星的重要組成部分，原來多采用鋁合金或玻璃

16、鋼制造，但隨著天線指向精度的提高，已改用熱膨脹系數(shù)極小的輕質(zhì)材料。石墨和芳綸在一定但隨著天線指向精度的提高，已改用熱膨脹系數(shù)極小的輕質(zhì)材料。石墨和芳綸在一定的溫度范圍內(nèi)具有負(fù)膨脹系數(shù)，可通過材料的鋪層設(shè)計制造出膨脹系數(shù)接近于零的復(fù)的溫度范圍內(nèi)具有負(fù)膨脹系數(shù)，可通過材料的鋪層設(shè)計制造出膨脹系數(shù)接近于零的復(fù)合材料，從而成為制造天線的基本材料。超大型天線需制成可展開的傘狀，其骨架由合材料，從而成為制造天線的基本材料。超大型天線需制成可展開的傘狀，其骨架由鋁合金或復(fù)合材料制成，反射面為涂有特殊涂層的聚酯纖維網(wǎng)或鎳鋁合金或復(fù)合材料制成，反射面為涂有特殊涂層的聚酯纖維網(wǎng)或鎳-鉻金屬絲網(wǎng)。鉻金屬絲網(wǎng)。 衛(wèi)星

17、體內(nèi)還使用多層材料、工程塑料、玻璃鋼等作為衛(wèi)星體內(nèi)還使用多層材料、工程塑料、玻璃鋼等作為隔熱材料隔熱材料，用二硫化鉬固體，用二硫化鉬固體潤滑劑等作為運動部件的潤滑材料，用硅橡膠等作為艙室的潤滑劑等作為運動部件的潤滑材料，用硅橡膠等作為艙室的密封材料密封材料。3132 2009年年8月月25日當(dāng)?shù)貢r間日當(dāng)?shù)貢r間17時，時，韓國首枚運載火箭韓國首枚運載火箭“羅老號羅老號”發(fā)射上發(fā)射上天，但其所搭載的衛(wèi)星并未進入預(yù)定天，但其所搭載的衛(wèi)星并未進入預(yù)定軌道，盡管韓聯(lián)社引述韓、俄兩國相軌道，盡管韓聯(lián)社引述韓、俄兩國相關(guān)專家的話稱，因為關(guān)專家的話稱，因為“火箭發(fā)射本身火箭發(fā)射本身是成功的是成功的”，所以，所

18、以“此次發(fā)射算是成此次發(fā)射算是成功了一半功了一半”，但站在客觀立場上評論，但站在客觀立場上評論，這應(yīng)該算是一次失敗。，這應(yīng)該算是一次失敗。道理是明擺著的，火箭發(fā)射的目道理是明擺著的，火箭發(fā)射的目的是把衛(wèi)星送進預(yù)定軌道，按照韓國的是把衛(wèi)星送進預(yù)定軌道，按照韓國教育科技部此前的說法，是借此次成教育科技部此前的說法，是借此次成功，令韓國功，令韓國“成為第成為第10個用本土技術(shù)個用本土技術(shù)、從本國國土上發(fā)射衛(wèi)星入軌、從本國國土上發(fā)射衛(wèi)星入軌”的國的國家，而這個目的顯然業(yè)已落空。家，而這個目的顯然業(yè)已落空。羅老號：拿來主義的苦辣酸甜羅老號：拿來主義的苦辣酸甜 發(fā)射失敗發(fā)射失敗33哥倫比亞號所用的復(fù)合材料

19、哥倫比亞號所用的復(fù)合材料1981年年4月月12日，美國第日，美國第一架航天飛機一架航天飛機“哥倫比亞哥倫比亞”號在肯尼迪航天中心首號在肯尼迪航天中心首次升空。次升空。2003年年2月月1日，美國日，美國“哥倫比亞哥倫比亞”號航天號航天飛機在返回地面時在飛機在返回地面時在得克薩斯州中北部地得克薩斯州中北部地區(qū)上空解體并墜毀，區(qū)上空解體并墜毀，機上名宇航員全部機上名宇航員全部遇難。遇難。 34載人飛船各艙段的結(jié)構(gòu)材料載人飛船各艙段的結(jié)構(gòu)材料大多是鋁合金、鎂合金和鈦合金。大多是鋁合金、鎂合金和鈦合金。再入艙段的側(cè)壁采取輻射防熱措施，外蒙皮為耐高溫的鎳基合金，再入艙段的側(cè)壁采取輻射防熱措施，外蒙皮為耐

20、高溫的鎳基合金，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為耐熱鈦合金。外蒙皮與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間填以石英纖維等各內(nèi)部結(jié)構(gòu)為耐熱鈦合金。外蒙皮與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間填以石英纖維等各種隔熱材料。再入艙靠外蒙皮的高輻射特性和隔熱層的良好的隔熱種隔熱材料。再入艙靠外蒙皮的高輻射特性和隔熱層的良好的隔熱特性，保持艙內(nèi)有適宜的工作溫度。再入艙的頭部經(jīng)受的熱流高，特性，保持艙內(nèi)有適宜的工作溫度。再入艙的頭部經(jīng)受的熱流高，須采用與導(dǎo)彈頭部相似的燒蝕材料。須采用與導(dǎo)彈頭部相似的燒蝕材料。 航天飛機的軌道器航天飛機的軌道器大部分用鋁合金制造。大部分用鋁合金制造。 支承主發(fā)動機的推力結(jié)構(gòu)支承主發(fā)動機的推力結(jié)構(gòu)用鈦合金制造；用鈦合金制造；中機身的部分主框中機身的

21、部分主框采采用以硼纖維增強鋁合金的金屬基復(fù)合材料；用以硼纖維增強鋁合金的金屬基復(fù)合材料；貨艙艙門貨艙艙門用石墨纖維增用石墨纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作面板的特制紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作面板的特制紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。 航天飛機使用百次左右，再入大氣層時的防熱是一個重要的問航天飛機使用百次左右，再入大氣層時的防熱是一個重要的問題，因此使用了各類表面隔熱材料，其中主要是題，因此使用了各類表面隔熱材料，其中主要是新型陶瓷隔熱瓦新型陶瓷隔熱瓦。 35 哥倫比亞號航天飛機（哥倫比亞號航天飛機（STS Columbia OV-102）是美國的太空梭機隊中第一架正式服役的，它在）是美國的太空梭機隊中第一

22、架正式服役的，它在1981年年4月月12日首次執(zhí)行代號日首次執(zhí)行代號STS-1的任務(wù)，正式開啟了的任務(wù)，正式開啟了NASA的太空運輸系統(tǒng)計劃（的太空運輸系統(tǒng)計劃（Space Transportation System program，STS）之序章。）之序章。 然而很不幸的，哥倫比亞號在然而很不幸的，哥倫比亞號在2003年年2月月1日，在代號日，在代號STS-107的第的第28次任務(wù)重返大氣層的階段中與次任務(wù)重返大氣層的階段中與控制中心失去聯(lián)系，并且在不久后被發(fā)現(xiàn)在控制中心失去聯(lián)系，并且在不久后被發(fā)現(xiàn)在德克薩斯州德克薩斯州上空爆炸解體，機上上空爆炸解體，機上7名太空人全數(shù)罹難。名太空人全數(shù)罹難

23、。 1981年年4月月12日，在卡納維拉爾角日，在卡納維拉爾角肯尼迪航天中心肯尼迪航天中心聚集著上百萬人，參觀第一架航天飛機哥倫比亞聚集著上百萬人，參觀第一架航天飛機哥倫比亞號航天飛機發(fā)射。宇航員翰號航天飛機發(fā)射。宇航員翰楊（楊（John WYoung）和克里平（）和克里平（Robert LCrippen）揭開了航天史上新的）揭開了航天史上新的一頁。這架航天飛機總長約一頁。這架航天飛機總長約56米，翼展約米，翼展約24米，起飛重量約米，起飛重量約2040噸，起飛總推力達(dá)噸，起飛總推力達(dá)2800噸，最大有效載噸，最大有效載荷荷29.5噸。它的核心部分軌道器長噸。它的核心部分軌道器長37.2米，大

24、體上與一架米，大體上與一架DC9客機的大小相仿。每次飛行最多可載客機的大小相仿。每次飛行最多可載8名名宇航員，飛行時間宇航員，飛行時間7至至30天，軌道器可重復(fù)使用天，軌道器可重復(fù)使用100次。次。 航天飛機集火箭，衛(wèi)星和飛機的技術(shù)特點于一身，能像火箭那樣垂直發(fā)射進入空間軌道，又能像航天飛機集火箭，衛(wèi)星和飛機的技術(shù)特點于一身，能像火箭那樣垂直發(fā)射進入空間軌道，又能像衛(wèi)星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。衛(wèi)星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。 1981年初，經(jīng)過十年的研制開發(fā)，年初，經(jīng)過十年的研制

25、開發(fā)，“哥倫比亞哥倫比亞”號終于建造成功，它是第一架用于在太空和地面之號終于建造成功，它是第一架用于在太空和地面之間往返運送宇航員和設(shè)備的航天飛機。它第一次飛行的任務(wù)只是測試它的軌道飛行和著陸能力。在太空間往返運送宇航員和設(shè)備的航天飛機。它第一次飛行的任務(wù)只是測試它的軌道飛行和著陸能力。在太空飛行飛行54小時，環(huán)繞地球飛行小時，環(huán)繞地球飛行36周之后航天飛機安全著陸。周之后航天飛機安全著陸。 “哥倫比亞哥倫比亞”號是以號是以18世紀(jì)初第一艘環(huán)繞地球航行的美國輪船的名字命名的，在下一架航天飛機，世紀(jì)初第一艘環(huán)繞地球航行的美國輪船的名字命名的，在下一架航天飛機，“挑戰(zhàn)者挑戰(zhàn)者”號建成之前，號建成之

26、前，“哥倫比亞哥倫比亞”號又進行了四次飛行。號又進行了四次飛行。 哥倫比亞號航天飛機失事哥倫比亞號航天飛機失事36美國宇航局確認(rèn)，美國美國宇航局確認(rèn)，美國“哥倫比亞哥倫比亞”號航天飛機外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷號航天飛機外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷，是造成整起事故的禍?zhǔn)住?，是造成整起事故的禍?zhǔn)住！案鐐惐葋喐鐐惐葋啞碧柡教祜w機事故調(diào)查委員會去年公布的調(diào)查報告稱，外部燃號航天飛機事故調(diào)查委員會去年公布的調(diào)查報告稱，外部燃料箱表面脫落的一塊料箱表面脫落的一塊泡沫材料泡沫材料擊中航天飛機熱保護系統(tǒng)，是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因。擊中航天飛機熱保護系統(tǒng)，是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因

27、。事故發(fā)生后，由于無法迅速找回事發(fā)時的泡沫材料和燃料箱進行檢驗，宇航局和事故調(diào)查委員會事故發(fā)生后，由于無法迅速找回事發(fā)時的泡沫材料和燃料箱進行檢驗，宇航局和事故調(diào)查委員會一直沒對事故原因作出最終定論。目前，一直沒對事故原因作出最終定論。目前，“哥倫比亞哥倫比亞”號外部燃料箱約號外部燃料箱約50萬塊碎片已被找到并重新拼萬塊碎片已被找到并重新拼在一起。宇航局負(fù)責(zé)在一起。宇航局負(fù)責(zé)“哥倫比亞哥倫比亞”號外部燃料箱工程的首席工程師尼爾號外部燃料箱工程的首席工程師尼爾奧特說，宇航局經(jīng)多次試驗確奧特說，宇航局經(jīng)多次試驗確定，定，泡沫材料安裝過程有缺陷泡沫材料安裝過程有缺陷是造成事故的主要原因。是造成事故的

28、主要原因。奧特說，泡沫材料本身的化學(xué)成分沒有問題，問題在于用噴槍在燃料箱外敷設(shè)泡沫材料的過程。奧特說，泡沫材料本身的化學(xué)成分沒有問題，問題在于用噴槍在燃料箱外敷設(shè)泡沫材料的過程。試驗表明，目前的敷設(shè)工藝會在各塊泡沫材料之間留下縫隙，液態(tài)氫能夠滲入其間。航天飛機起飛后試驗表明，目前的敷設(shè)工藝會在各塊泡沫材料之間留下縫隙，液態(tài)氫能夠滲入其間。航天飛機起飛后，氫氣受熱膨脹，最終導(dǎo)致大塊泡沫材料脫落。撞擊，氫氣受熱膨脹，最終導(dǎo)致大塊泡沫材料脫落。撞擊“哥倫比亞哥倫比亞”號的泡沫材料有手提箱大小，重約號的泡沫材料有手提箱大小，重約0.75公斤。它幾乎是被整塊公斤。它幾乎是被整塊“撕下撕下”后，高速撞擊到

29、航天飛機左翼前緣的熱保護系統(tǒng)，并形成裂隙。后，高速撞擊到航天飛機左翼前緣的熱保護系統(tǒng)，并形成裂隙。航天飛機重返大氣層時，超高溫氣體得以從裂隙處進入航天飛機重返大氣層時，超高溫氣體得以從裂隙處進入“哥倫比亞哥倫比亞”號機體，造成航天飛機解體。號機體，造成航天飛機解體。奧特說，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)對燃料箱進行檢測是目前擺在美國宇航局面前的最大障礙。新標(biāo)準(zhǔn)要求，不奧特說，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)對燃料箱進行檢測是目前擺在美國宇航局面前的最大障礙。新標(biāo)準(zhǔn)要求，不允許有允許有0.5盎司（盎司（14.17克）以上的克）以上的燃料箱外泡沫材料燃料箱外泡沫材料脫落。美國宇航局目前準(zhǔn)備對所有航天飛機的脫落。美國宇航局目前準(zhǔn)備對所有航天

30、飛機的11個燃料箱進行檢測，檢查每個燃料箱需要個燃料箱進行檢測，檢查每個燃料箱需要4千萬美元。千萬美元。 哥倫比亞號航天飛機失事哥倫比亞號航天飛機失事37300km動車組動車組動車組車頭動車組車頭司機臺內(nèi)飾司機臺內(nèi)飾動車組車頭動車組車頭300km/h動車組動車組動車組衛(wèi)生間動車組衛(wèi)生間3839波音波音-767用復(fù)合材料用復(fù)合材料中國大飛機總裝中心掛牌中國大飛機總裝中心掛牌40 目前，國外新一代軍機和民用運輸機已普遍采用高性能樹脂基碳纖維復(fù)目前，國外新一代軍機和民用運輸機已普遍采用高性能樹脂基碳纖維復(fù)合材料，第四代戰(zhàn)機復(fù)合材料用量占飛機結(jié)構(gòu)重量的合材料，第四代戰(zhàn)機復(fù)合材料用量占飛機結(jié)構(gòu)重量的20

31、50，干線客機，干線客機約為約為10%50。 以波音以波音777為例，在其機體結(jié)構(gòu)中，鋁合金占為例，在其機體結(jié)構(gòu)中，鋁合金占70%、鋼、鋼11%、鈦、鈦7%，復(fù)，復(fù)合材料僅占到合材料僅占到11%，而且復(fù)合材料主要用于飛機輔件。但到波音，而且復(fù)合材料主要用于飛機輔件。但到波音787時，復(fù)時，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其用量已占到結(jié)構(gòu)重量的合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其用量已占到結(jié)構(gòu)重量的50%，不僅數(shù)量激，不僅數(shù)量激增，而且已用于飛機的主承力構(gòu)件。增，而且已用于飛機的主承力構(gòu)件。 我國復(fù)合材料制造技術(shù)經(jīng)過我國復(fù)合材料制造技術(shù)經(jīng)過30多年的研究和發(fā)展，已形成了一定的規(guī)多年的研究和發(fā)展，已形成了

32、一定的規(guī)模，達(dá)到了一定的水平。各主機生產(chǎn)廠均已建設(shè)了生產(chǎn)手段，完成了相應(yīng)模，達(dá)到了一定的水平。各主機生產(chǎn)廠均已建設(shè)了生產(chǎn)手段，完成了相應(yīng)的設(shè)備改造和技術(shù)改造。各研究院所及重點高校培養(yǎng)了大量人才。國內(nèi)從的設(shè)備改造和技術(shù)改造。各研究院所及重點高校培養(yǎng)了大量人才。國內(nèi)從設(shè)計、材料到工藝有了一支配套的研發(fā)隊伍。但與國外相比，還存在應(yīng)用設(shè)計、材料到工藝有了一支配套的研發(fā)隊伍。但與國外相比，還存在應(yīng)用規(guī)模和水平、材料基礎(chǔ)、制造工藝、設(shè)計方法與手段嚴(yán)重落后等問題，且規(guī)模和水平、材料基礎(chǔ)、制造工藝、設(shè)計方法與手段嚴(yán)重落后等問題，且差距有進一步拉開的趨勢。差距有進一步拉開的趨勢。 41各種風(fēng)格的玻璃鋼建筑各種風(fēng)

33、格的玻璃鋼建筑4243玻璃鋼軸流風(fēng)機玻璃鋼軸流風(fēng)機 屋頂離心風(fēng)機屋頂離心風(fēng)機 酚醛玻璃鋼管道泵酚醛玻璃鋼管道泵玻璃鋼管道玻璃鋼管道玻璃鋼貯罐玻璃鋼貯罐玻璃鋼耐腐蝕設(shè)備玻璃鋼耐腐蝕設(shè)備44雪橇探險車雪橇探險車 休閑船休閑船復(fù)合材料運動與娛樂器件復(fù)合材料運動與娛樂器件45漁船漁船 敞開式機動救生艇敞開式機動救生艇 海洋應(yīng)用海洋應(yīng)用6m敞開艇敞開艇 摩托艇摩托艇46圖圖1-17 風(fēng)力發(fā)電機葉片風(fēng)力發(fā)電機葉片47層壓板層壓板覆銅板覆銅板48復(fù)合材料復(fù)合材料學(xué)術(shù)界開始使用學(xué)術(shù)界開始使用“復(fù)合材料復(fù)合材料”（composite materials ）一詞大約是在一詞大約是在20世紀(jì)世紀(jì)40年代，當(dāng)時出現(xiàn)了

34、年代，當(dāng)時出現(xiàn)了玻璃纖維增強不玻璃纖維增強不飽和聚酯飽和聚酯，開辟了，開辟了的新紀(jì)元。的新紀(jì)元。1.7 復(fù)合材料的進展復(fù)合材料的進展49從從20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始，開發(fā)出多種年代開始，開發(fā)出多種。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代以后，由于人們豐富了年代以后，由于人們豐富了設(shè)計設(shè)計、制造制造和和測試測試等方面的知識和經(jīng)驗，加上各類作為等方面的知識和經(jīng)驗，加上各類作為復(fù)合材料基體的材料的使用和改進，使復(fù)合材料基體的材料的使用和改進，使的發(fā)展達(dá)到了更高的水平，即進入的發(fā)展達(dá)到了更高的水平，即進入的發(fā)展階段。的發(fā)展階段。50復(fù)合材料的復(fù)合材料的可表示為：可表示為：古代古代近代近代先進復(fù)合材料先進復(fù)合材料51自

35、然界中存在許許多多的天然復(fù)合材料。例如，自然界中存在許許多多的天然復(fù)合材料。例如，和和是是和和的復(fù)合體；的復(fù)合體；則由則由和和復(fù)合而成。復(fù)合而成。52人類很早就人類很早就各種天然復(fù)合材料，并各種天然復(fù)合材料，并自自然界制作各種各樣的復(fù)合材料。例如然界制作各種各樣的復(fù)合材料。例如陜西半坡人草梗合泥筑墻，且延用至今；陜西半坡人草梗合泥筑墻，且延用至今； 漆器麻纖維和土漆復(fù)合而成，至今已四千多年；漆器麻纖維和土漆復(fù)合而成，至今已四千多年； 敦煌壁畫泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。敦煌壁畫泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。53近代近代，復(fù)合材料的發(fā)展始于，復(fù)合材料的發(fā)展始于20世紀(jì)世紀(jì)40年代，

36、年代，第二次世界大戰(zhàn)中，第二次世界大戰(zhàn)中，復(fù)合復(fù)合材料被美國空軍用于制造飛機構(gòu)件開始算起。材料被美國空軍用于制造飛機構(gòu)件開始算起。50年代得到了迅速發(fā)展。年代得到了迅速發(fā)展。我國我國從從1958年開始發(fā)展復(fù)合材料年開始發(fā)展復(fù)合材料54的制作成功則要從的制作成功則要從1942年，第年，第二次世界大戰(zhàn)中，二次世界大戰(zhàn)中，復(fù)合材復(fù)合材料被美國空軍用于制造飛機構(gòu)件開始算起。料被美國空軍用于制造飛機構(gòu)件開始算起。材料科學(xué)家們認(rèn)為，就世界范圍而論，從材料科學(xué)家們認(rèn)為，就世界范圍而論，從1940年到年到1960年這年這20年間，是玻璃纖維增強塑料時代，年間，是玻璃纖維增強塑料時代，可以稱為可以稱為。第一代：

37、第一代：1940年到年到1960年，玻璃纖維增強塑料年，玻璃纖維增強塑料；551965年英國科學(xué)家研制出碳纖維；年英國科學(xué)家研制出碳纖維；1971年美國杜邦公司開發(fā)出年美國杜邦公司開發(fā)出Kevler-49 （凱芙拉（凱芙拉-49 ）；1975年先進復(fù)合材料年先進復(fù)合材料“碳纖維增強、及碳纖維增強、及Kevler纖維增纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料”已用于飛機、火箭的主承力件上。已用于飛機、火箭的主承力件上。這一時期被稱為這一時期被稱為第二代：第二代：1960年到年到1980年，先進復(fù)合材料的發(fā)展時期年，先進復(fù)合材料的發(fā)展時期561980年到年到1990年間，是年間，是的時代，其中以

38、鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用最為廣的時代，其中以鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用最為廣泛，這一時期是泛，這一時期是。571990年以后則被認(rèn)為是年以后則被認(rèn)為是，主要，主要發(fā)展發(fā)展，如，如和和。隨著新型復(fù)合材料的不斷涌現(xiàn)，復(fù)合材料不僅應(yīng)用在隨著新型復(fù)合材料的不斷涌現(xiàn)，復(fù)合材料不僅應(yīng)用在導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等尖端工業(yè)中，在航空、汽車、造導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等尖端工業(yè)中，在航空、汽車、造船、建筑、電子、橋梁、機械、醫(yī)療和體育等各個部門都船、建筑、電子、橋梁、機械、醫(yī)療和體育等各個部門都得到應(yīng)用。得到應(yīng)用。58 縱觀復(fù)合材料的發(fā)展過程，可以看到：縱觀復(fù)合材料的發(fā)展過程，可以看到：早期發(fā)展出現(xiàn)的復(fù)合材料，由于性能相對比較低，

39、生產(chǎn)早期發(fā)展出現(xiàn)的復(fù)合材料，由于性能相對比較低，生產(chǎn)量大，使用面廣，可稱之為量大，使用面廣，可稱之為。后來隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出性能后來隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出性能高的高的。59 60年代，為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制年代，為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強材料的復(fù)合材料，其比強度大于等）為增強材料的復(fù)合材料，其比強度大于4106厘米（厘米（cm），比模），比模量大于量大于108cm。為了與第一代玻

40、璃纖維增強樹脂復(fù)合材料相區(qū)別，。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進復(fù)合材料。將這種復(fù)合材料稱為先進復(fù)合材料。 按基體材料不同，先進復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)按基體材料不同，先進復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)合材料。其使用溫度分別達(dá)250350、3501200和和1200以上。以上。先進復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù)合材先進復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù)合材料料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材

41、料合材料)、機敏復(fù)合材料（具有感覺、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變、機敏復(fù)合材料（具有感覺、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等?；墓δ軓?fù)合材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。 先進復(fù)合材料先進復(fù)合材料60中國新型遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈使中國新型遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈使用先進復(fù)合材料用先進復(fù)合材料 正六邊形的天然蜂窩是蜂正六邊形的天然蜂窩是蜂族的杰作，以蜂窩結(jié)構(gòu)作族的杰作，以蜂窩結(jié)構(gòu)作為夾層結(jié)構(gòu)的芯材是人類為夾層結(jié)構(gòu)的芯材是人類仿生學(xué)應(yīng)用的一大成果。仿生學(xué)應(yīng)用的一大成果。 隱身飛機隱身飛機61前蘇聯(lián)暴風(fēng)雨號前蘇聯(lián)暴風(fēng)雨號美挑戰(zhàn)者號美挑戰(zhàn)者號 美國美國正式使用的第二架正式使

42、用的第二架航天飛機航天飛機。并于并于1983年年4月月4日日正式進行任務(wù)首航正式進行任務(wù)首航。然而很不幸的，挑戰(zhàn)者號在。然而很不幸的，挑戰(zhàn)者號在1986年年1月月28日進行代號日進行代號STS-51-L的第的第10次太次太空任務(wù)時，因為右側(cè)固態(tài)火箭推進器空任務(wù)時，因為右側(cè)固態(tài)火箭推進器上面的一個上面的一個O形環(huán)失效，導(dǎo)致一連串形環(huán)失效，導(dǎo)致一連串的的連鎖反應(yīng)連鎖反應(yīng)，并且在升空后，并且在升空后73秒時，秒時，爆炸解體墜毀。機上的爆炸解體墜毀。機上的7名宇航員全在名宇航員全在該次意外中喪生。該次意外中喪生。62神州神州5號號2003.10.1563神州神州6號號2005年年10月月12日上午日上

43、午9:00在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空 64656667 在美國著名科幻電視劇在美國著名科幻電視劇星際旅行星際旅行中，物理學(xué)家弗中，物理學(xué)家弗里曼里曼戴森描寫了這樣一個場景，在銀河中旅行的星艦發(fā)現(xiàn)戴森描寫了這樣一個場景，在銀河中旅行的星艦發(fā)現(xiàn)了一個極度發(fā)達(dá)的文明社會，那里的人在自己星球的太空了一個極度發(fā)達(dá)的文明社會，那里的人在自己星球的太空中布滿了太陽能電池板，捕獲了幾乎恒星釋放出的所有能中布滿了太陽能電池板，捕獲了幾乎恒星釋放出的所有能量，解決了該星球的能源問題。然而這個科學(xué)幻想將很快量，解決了該星球的能源問題。然而這個科學(xué)幻想將很快變成現(xiàn)實。變成現(xiàn)實。 2 2、復(fù)合

44、材料為新能源開發(fā)提供了理想的材料、復(fù)合材料為新能源開發(fā)提供了理想的材料 68 利用衛(wèi)星，可在太空中把太陽能聚利用衛(wèi)星，可在太空中把太陽能聚集起來，然后把能量集中射向地面，再集起來，然后把能量集中射向地面，再轉(zhuǎn)變成電能供人類使用。人類的這個夢轉(zhuǎn)變成電能供人類使用。人類的這個夢想將可能走出科幻小說王國，更接近現(xiàn)想將可能走出科幻小說王國，更接近現(xiàn)實。實。這種衛(wèi)星，預(yù)計將于這種衛(wèi)星，預(yù)計將于2016年建成并年建成并給人類帶來一種叫做給人類帶來一種叫做“基于太空的太陽基于太空的太陽能能”（SBSP，Space-based Solar Power）的新能源，但面對的困難還十分巨大）的新能源，但面對的困難還

45、十分巨大。不過，有了氣候變化給人類帶來的壓。不過，有了氣候變化給人類帶來的壓力和低成本太陽能技術(shù)的誘惑力，越來力和低成本太陽能技術(shù)的誘惑力，越來越多的國家和企業(yè)認(rèn)為：人類很快就能越多的國家和企業(yè)認(rèn)為：人類很快就能看到能源革命的曙光?？吹侥茉锤锩氖锕狻Ｃ罃M建太空太陽能電站，美擬建太空太陽能電站， 用衛(wèi)星向地球供電，同步用衛(wèi)星向地球供電，同步衛(wèi)星將電力從太空發(fā)至地球衛(wèi)星將電力從太空發(fā)至地球69 太空中的陽光強度要比地面大太空中的陽光強度要比地面大5-10倍。倍。SBSP可提供恒定而沒有污染的能可提供恒定而沒有污染的能量，這與地面上斷斷續(xù)續(xù)、受云層遮蓋影響較大的太陽能利用方式有很大區(qū)量，這與地面上

46、斷斷續(xù)續(xù)、受云層遮蓋影響較大的太陽能利用方式有很大區(qū)別，而且別，而且 不會象燃料電廠那樣排放污染物，也不會象核電站那樣產(chǎn)生放射性不會象燃料電廠那樣排放污染物，也不會象核電站那樣產(chǎn)生放射性廢料。廢料。SBSP技術(shù)之所以能成為一項革命性技術(shù)，就在于這種技術(shù)所改變的將技術(shù)之所以能成為一項革命性技術(shù)，就在于這種技術(shù)所改變的將是能源的整體格局。是能源的整體格局。 2008年，美國和日本兩國的科研人員已跨越了年，美國和日本兩國的科研人員已跨越了SBSP技術(shù)的一個重要門檻技術(shù)的一個重要門檻，他們在夏威夷兩座相距，他們在夏威夷兩座相距90英里的海島上，成功實現(xiàn)了微波級能量的無線遠(yuǎn)英里的海島上，成功實現(xiàn)了微波級

47、能量的無線遠(yuǎn)距傳輸，這個距離相當(dāng)于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度距傳輸，這個距離相當(dāng)于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。近些年來，與近些年來，與SBSP技術(shù)有關(guān)的其他多種技術(shù)也取得了重大進展。大約技術(shù)有關(guān)的其他多種技術(shù)也取得了重大進展。大約十年前，光電效率（即光能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換率）只有十年前，光電效率（即光能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換率）只有10%，而現(xiàn)在已經(jīng)能，而現(xiàn)在已經(jīng)能達(dá)到達(dá)到40%。衛(wèi)星技術(shù)也得到了改進，其中的全自動計算機系統(tǒng)以及。衛(wèi)星技術(shù)也得到了改進，其中的全自動計算機系統(tǒng)以及先進的輕先進的輕質(zhì)建材質(zhì)建材也取得了飛躍性的進步。也取得了飛躍性的進步。7071日本航空宇

48、宙開發(fā)中心（日本航空宇宙開發(fā)中心（JAXAJAXA）也在研究類似的太空）也在研究類似的太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)(SSPS)，有望于，有望于20302030年前啟動。其基本原年前啟動。其基本原理和美國類同，但日本科學(xué)家不是用無線電波傳送能量，理和美國類同，但日本科學(xué)家不是用無線電波傳送能量，他們選擇了微波（微波比無線電波的波長短，并且只能直他們選擇了微波（微波比無線電波的波長短，并且只能直線傳播），試圖采用頻率為線傳播），試圖采用頻率為2.45 GHz2.45 GHz和和5.8GHz5.8GHz的微波傳送的微波傳送，這項技術(shù)日本已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備。，這項技術(shù)日本已經(jīng)應(yīng)用

49、于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備。 在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.42.4米米的儀器裝置進行了地面接收太空微波的實驗。的儀器裝置進行了地面接收太空微波的實驗。 JAXAJAXA的最終目標(biāo)是要建立一個約的最終目標(biāo)是要建立一個約3 3平方公里的地平方公里的地面接收站，生產(chǎn)面接收站，生產(chǎn)100100萬千瓦的電力，給萬千瓦的電力，給5050萬個家庭供電。萬個家庭供電。7273三峽大壩三峽大壩 74新華網(wǎng)宜昌新華網(wǎng)宜昌2010年年7月月30日電（記者江時強日電（記者江時強 李志暉）今年以來長江李志暉）今年以來長江最大洪峰抵達(dá)三峽壩區(qū)，最大洪峰抵達(dá)三峽壩區(qū)，30日日12時起，

50、經(jīng)過時起，經(jīng)過14年持續(xù)建設(shè)的三峽工年持續(xù)建設(shè)的三峽工程首次開始發(fā)揮防洪功能，為長江中下游攔蓄洪水。程首次開始發(fā)揮防洪功能，為長江中下游攔蓄洪水。 75美第一顆人造心臟獲批使用美第一顆人造心臟獲批使用 智能膝蓋智能膝蓋 仿生手臂仿生手臂 頸托頸托口腔科材料口腔科材料3 3、復(fù)合材料、復(fù)合材料761 1、復(fù)合材料、復(fù)合材料77 軍用新材料技術(shù)軍用新材料技術(shù)是新一代武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)，軍用新材料技術(shù)軍用新材料技術(shù)是新一代武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今世界軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。也是當(dāng)今世界軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。 先進復(fù)合材料是比通用復(fù)合材料有更高綜合性能的新型材料，它先進復(fù)合材料是比通用復(fù)合材料有更高綜合

51、性能的新型材料，它包括樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳基復(fù)合包括樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳基復(fù)合材料等，它在軍事工業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。材料等，它在軍事工業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。 先進復(fù)合材料具有高的比強度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、先進復(fù)合材料具有高的比強度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優(yōu)點，是抗核、抗粒子云、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優(yōu)點，是國防工業(yè)發(fā)展中最重要的一類工程材料。國防工業(yè)發(fā)展中最重要的一類工程材料。 復(fù)合材料在國防建設(shè)的地位和作用復(fù)合材料在國防建設(shè)的地位和作

52、用 1 1、 78 當(dāng)飛行器在稠密大氣中作超音速飛行時，受激波與機體間高溫壓縮氣體的當(dāng)飛行器在稠密大氣中作超音速飛行時，受激波與機體間高溫壓縮氣體的加熱和機體表面與空氣強烈摩擦的影響，飛行器蒙皮的溫度會隨加熱和機體表面與空氣強烈摩擦的影響，飛行器蒙皮的溫度會隨M數(shù)的提高而數(shù)的提高而急劇上升。飛行急劇上升。飛行 M數(shù)為數(shù)為 2.0時，機頭處的溫度略超過時，機頭處的溫度略超過100。而當(dāng)。而當(dāng) M數(shù)等于數(shù)等于3.0時，飛行器表面的溫度則升至?xí)r，飛行器表面的溫度則升至350左右，已超過了鋁合金的極限溫度，使其左右，已超過了鋁合金的極限溫度，使其強度大大削弱。強度大大削弱。 航空界把飛行器作高速飛行時

53、所遭遇到的這種高溫情況稱之為航空界把飛行器作高速飛行時所遭遇到的這種高溫情況稱之為“熱障熱障”。一般把一般把M數(shù)數(shù) 2.5作為作為“熱障熱障”的界線，低于這一值，氣動加熱不嚴(yán)重，可用常的界線，低于這一值，氣動加熱不嚴(yán)重，可用常規(guī)的方法和材料設(shè)計、制造飛機；高于該值，則必須采取克服氣動加熱問題的規(guī)的方法和材料設(shè)計、制造飛機；高于該值，則必須采取克服氣動加熱問題的措施，如用耐高溫的鋼或鈦合金制造飛機的蒙皮和框架等。措施，如用耐高溫的鋼或鈦合金制造飛機的蒙皮和框架等。 宇宙飛船和返回式衛(wèi)星在重返大氣層時，宇宙飛船和返回式衛(wèi)星在重返大氣層時，M數(shù)更高，它們的外表溫度可達(dá)數(shù)更高，它們的外表溫度可達(dá) 10

54、00多度。多度。 為保證其不致被燒毀，飛船和返回式衛(wèi)星的頭部得用燒蝕材料包為保證其不致被燒毀，飛船和返回式衛(wèi)星的頭部得用燒蝕材料包上一層，讓它在高溫時燒掉，以吸收氣動加熱時產(chǎn)生的熱能。上一層，讓它在高溫時燒掉，以吸收氣動加熱時產(chǎn)生的熱能。 2 2、復(fù)合材料保障了戰(zhàn)略武器突破熱障、復(fù)合材料保障了戰(zhàn)略武器突破熱障 79 ，馬赫數(shù)的命名是為了紀(jì)念奧地利學(xué)者馬赫，馬赫數(shù)的命名是為了紀(jì)念奧地利學(xué)者馬赫(Ernst Mach, 1838-1916) 馬赫就是聲速，馬赫就是聲速，1馬赫馬赫=340M/s. 1馬赫馬赫=每小時每小時1126公里公里,大概是一倍音速大概是一倍音速 . 馬赫數(shù)，氣流速度馬赫數(shù)，氣

55、流速度V與當(dāng)?shù)芈暎ㄒ簦┧倥c當(dāng)?shù)芈暎ㄒ簦┧賏之比，簡稱之比，簡稱Ma數(shù)。飛機數(shù)。飛機的飛行速度常以馬赫數(shù)表示，當(dāng)其飛行速度小于當(dāng)?shù)匾羲贂r，則馬的飛行速度常以馬赫數(shù)表示，當(dāng)其飛行速度小于當(dāng)?shù)匾羲贂r，則馬赫數(shù)小于赫數(shù)小于1，反之，飛行速度大于當(dāng)?shù)匾羲贂r，馬赫數(shù)則大于，反之，飛行速度大于當(dāng)?shù)匾羲贂r，馬赫數(shù)則大于1。一。一般把馬赫數(shù)小于或等于般把馬赫數(shù)小于或等于0.4的飛行稱為低速飛行，馬赫數(shù)在的飛行稱為低速飛行，馬赫數(shù)在0.75至至1.2（或（或1.4）之間稱為亞音速飛行，馬赫數(shù)在）之間稱為亞音速飛行，馬赫數(shù)在1.2（或（或1.4）至）至5之間稱為之間稱為超音速飛行，馬赫數(shù)大于超音速飛行，馬赫數(shù)大于5

56、時則稱為高超音速飛行。時則稱為高超音速飛行。 80在晴朗的夜晚，仰望燦爛星空，有時會看到耀眼的隕星，倏忽即逝在晴朗的夜晚，仰望燦爛星空，有時會看到耀眼的隕星，倏忽即逝。它為什么會發(fā)光呢？。它為什么會發(fā)光呢？ 原來，這是高速飛行的隕星進入大氣層與空氣原來，這是高速飛行的隕星進入大氣層與空氣劇烈摩擦，猛烈燃燒而發(fā)出的光亮。當(dāng)宇宙航天器完成任務(wù)返回地球劇烈摩擦，猛烈燃燒而發(fā)出的光亮。當(dāng)宇宙航天器完成任務(wù)返回地球時，面臨著與隕星同樣的殘酷生存環(huán)境。研究表明，時，面臨著與隕星同樣的殘酷生存環(huán)境。研究表明， 當(dāng)宇宙飛行器的當(dāng)宇宙飛行器的飛行速度達(dá)到飛行速度達(dá)到3倍聲速時，其前端溫度可達(dá)倍聲速時，其前端溫度

57、可達(dá)330；當(dāng)飛行速度為；當(dāng)飛行速度為6倍聲倍聲 速時，可達(dá)速時，可達(dá)1480 。宇宙飛行器遨游太空歸來，到達(dá)離地面宇宙飛行器遨游太空歸來，到達(dá)離地面60-70千米時，速度仍然保千米時，速度仍然保持在聲速的持在聲速的20多倍，溫多倍，溫 度在度在10000以上，這樣的高溫足以把航天器化以上，這樣的高溫足以把航天器化作一團烈火。高速導(dǎo)致高溫這似乎是一道不可逾越的障礙，人們把這作一團烈火。高速導(dǎo)致高溫這似乎是一道不可逾越的障礙，人們把這種障礙稱為熱障。顯然熱障并沒有阻擋住人類種障礙稱為熱障。顯然熱障并沒有阻擋住人類挺進宇挺進宇 宙的步伐，宙的步伐， 那么科那么科學(xué)家們是如何服熱障，使航天器安全回家

58、的呢？學(xué)家們是如何服熱障，使航天器安全回家的呢？81 隕石穿越太空到達(dá)地球的神奇經(jīng)歷給了科學(xué)家們以特殊的啟迪。分析隕石隕石穿越太空到達(dá)地球的神奇經(jīng)歷給了科學(xué)家們以特殊的啟迪。分析隕石的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn) ，隕石表面雖然已經(jīng)熔融，但內(nèi)部的化學(xué)成分沒有發(fā)生變化，隕石表面雖然已經(jīng)熔融，但內(nèi)部的化學(xué)成分沒有發(fā)生變化。這說明隕石在下落過程中，。這說明隕石在下落過程中， 表面因摩擦生熱達(dá)到幾千度高溫面熔融，但由于表面因摩擦生熱達(dá)到幾千度高溫面熔融，但由于穿過大氣層的時間很短，熱量來不及傳到隕石內(nèi)部。給宇宙飛行器的頭部戴一穿過大氣層的時間很短，熱量來不及傳到隕石內(nèi)部。給宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒

59、蝕材料制成頂用燒蝕材料制成“盔甲盔甲”，把摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣化，把摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣化等一系列物理和化學(xué)變化中，等一系列物理和化學(xué)變化中，“丟卒保車丟卒保車”就能達(dá)到保護宇宙飛行器的目的。就能達(dá)到保護宇宙飛行器的目的。一位宇航員描述了宇宙飛船闖過熱障的壯觀景象：飛船進入大氣層，首先一位宇航員描述了宇宙飛船闖過熱障的壯觀景象：飛船進入大氣層，首先從舷窗中從舷窗中 看到煙霧，然后出現(xiàn)五彩繽紛的火焰，同時發(fā)出噼噼啪啪的聲音。這看到煙霧，然后出現(xiàn)五彩繽紛的火焰，同時發(fā)出噼噼啪啪的聲音。這是飛船頭部的燒蝕材料在燃燒是飛船頭部的燒蝕材料在燃燒 ，它們犧牲了自己，把飛

60、船內(nèi)的溫度始終維持在，它們犧牲了自己，把飛船內(nèi)的溫度始終維持在常溫范圍，保護飛船平安返回地面。常溫范圍，保護飛船平安返回地面。作為燒蝕材料，要求氣化熱大，熱容量大，絕熱性好，向外界輻射熱量的作為燒蝕材料，要求氣化熱大，熱容量大，絕熱性好，向外界輻射熱量的本領(lǐng)強。本領(lǐng)強。 燒蝕材料有多種，陶瓷是其中的佼佼者，而纖維補強陶瓷材料是最佳燒蝕材料有多種，陶瓷是其中的佼佼者，而纖維補強陶瓷材料是最佳選擇。近年來，研制成功了許多具有高強度、用它們制成的碳化物、氮化物復(fù)選擇。近年來，研制成功了許多具有高強度、用它們制成的碳化物、氮化物復(fù)合陶瓷是優(yōu)異的燒蝕材料，合陶瓷是優(yōu)異的燒蝕材料， 成為航天飛行器的不破盔