《英国公司推出碳纤维增强铝基复合材料火箭 比同尺寸型号减重30%》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-03-03
  • 总部位于英国的私人低成本轨道发射服务公司Orbex正在制造一款名为Prime的商用轨道运载火箭。这款巧妙融合了碳纤维和铝合金的复合材料制品,可实现比同尺寸型号火箭减重30%。 Orbex公司为未来几年制定了一系列宏伟计划,包括从尚未建成的太空港(spaceport)发射小型卫星,及在2022年为新客户TriSept进行特别发射任务,该任务计划将搭载多个不同载荷的小型卫星。Orbex Prime火箭是实现这些计划的关键。 Orbex公司在其苏格兰总部安装了高速碳纤维缠绕机。这台18米长的机器可以自动完成复杂混合材料的快速编织,制造火箭主结构。同时还安装了一台全尺寸热压釜,可制造一级燃料箱等大型火箭零部件,这些零部件已为应对太空中的极端环境做好了准备,能承受高达500倍大气压的巨大压力。 由于采用了先进碳纤维增强铝基复合材料,每枚Orbex Prime火箭的重量仅为1.5吨,将比同尺寸类型火箭轻30%,并且能在60秒内将速度从0提升到1330km/h。 Orbex Prime火箭发动机采用3D打印技术一体制造,消除了因连接而产生缺陷的风险。该火箭选择生物丙烷为燃料,与煤油基火箭燃料相比,该生物燃料能实现清洁燃烧,可减少90%的碳排放。Orbex公司宣称,火箭可重复利用,不会留下轨道碎片。 Orbex首席执行官Chris Larmour表示:“我们正在以前所未有的方式制造火箭。在机器人装配线上花费数亿美元或雇用数以千计的员工来生产重型金属火箭是一种过时的方法。建立现代太空业务意味着‘更新制造’精神,使其更快、更敏捷、更灵活。

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    • 编译者:冯瑞华
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    • 碳复合材料结构,使Neutron(中子)成为世界上第一个碳复合材料大型运载火箭。 领先的发射和空间系统公司Rocket Lab USA, Inc.透露了有关下一代Neutron(中子)运载火箭的新细节。 借鉴Rocket Lab开发Electron(电子)小型运载火箭的成熟经验——这是自2019年以来每年发射次数第二多的美国火箭,先进的8吨有效载荷级Neutron运载火箭旨在通过为大型卫星星座、深空任务和载人航天提供可靠且具有成本效益的发射服务来改变太空访问。 世界上第一个碳复合材料中型运载火箭: Neutron将是世界上第一枚碳复合材料大型运载火箭。 此前,Rocket Lab 率先将碳复合材料用于轨道火箭的 Electron 火箭,自 2018年以来,该火箭一直为政府和商业小型卫星提供频繁和可靠的太空通道。Neutron 的结构将由一种新的、特殊配方的碳纤维复合材料组成,该材料重量轻、强度高,能够承受发射和重返大气层时的巨大热量和力量,以实现第一级的频繁重返飞行。为了实现快速可制造性,中子的复合材料结构将使用自动纤维铺设(AFP)制造,该系统可以在几分钟内建造数米的碳火箭弹壳。 “Neutron不是常规火箭。它是一种新型运载火箭,具有可靠性、可重用性和降低成本,从一开始就融入了先进的设计。Neutron 结合了过去最好的创新,并将它们与尖端技术和材料相结合,为未来提供火箭,”Rocket Lab 创始人兼首席执行官彼得贝克在活动期间说。“预计未来十年发射的卫星中有 80% 以上是星座,它们具有独特的部署需求,而 Neutron 是第一个专门解决的问题。就像我们对 Electron 所做的那样,我们不是从传统的火箭设计开始,而是专注于客户的需求并从那里开始工作。结果是火箭尺寸适合市场需求,并且可以快速、频繁且经济地发射。” 简化发射和着陆的独特结构: 可重用性是实现频繁和经济发射的关键,因此,从第一天起,再次发射、着陆和升空的能力就已经融入Neutron 设计的各个方面。Neutron 的锥形设计和宽大、坚固的底座,消除了对复杂机构和着陆腿的需求,强调了其可重复使用性——频繁且经济实惠的发射、着陆和升空。该结构目前的设计不需要复杂的发射场基础设施,包括支撑和发射塔,而是安全地站在自己的发射架上以进行升空。在到达太空并部署 Neutron 的第二级后,第一级将通过在发射场的推进着陆返回地球,从而消除与海基着陆平台和操作相关的高成本。 为可靠性和重复使用而制造的火箭发动机: Neutron 也将由新的火箭发动机阿基米德提供动力。阿基米德由 Rocket Lab 内部设计和制造,是一种可重复使用的液氧/甲烷气体发生器循环发动机,能够提供 1 兆牛顿推力和 320 秒的 ISP。七台阿基米德发动机将推动 Neutron的第一级,第二级配备一台经过真空优化的阿基米德发动机。此外,Rocket Lab 指出,Neutron 的轻质复合结构意味着阿基米德不需要通常与大型火箭及其推进系统相关的巨大性能和复杂性。 相反,简化的引擎加快了开发和测试的时间表。 告别分离整流罩: 然而,Rocket Labs 表示,真正让 Neutron 的设计与众不同的是抓捕式的“饥饿河马”整流罩设计,它将整流罩作为第一级结构的一部分,并保持固定在平台上。Neutron 的 Hungry Hippo 整流罩钳口不会像传统整流罩那样从平台分离并掉入海洋,而是会张大以释放第二级和有效载荷,然后再次关闭准备带着第一级返回地球。降落在发射台上的是带有整流罩的竞争第一级,准备集成和发射新的第二级。据该司称,这种先进的设计可以加快发射频率,消除在海上捕获整流罩的高成本、低可靠性方法,并使第二级轻巧灵活。 高性能上面级: 这种方法的改变还消除了与第二级设计相关的限制,例如在升空期间暴露在低层大气的恶劣环境中。由于它将完成包围在第一级结构中,因此火箭实验室能够减轻其重量。Neutron 的第二级目前被设计为一次性的上面级,是一个 6 米长的碳纤维复合材料结构,带有一个真空优化的阿基米德发动机。
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    • 塑料工程师协会SPE是世界上最大的、知名度最高的塑料行业协会,他们组织的第十三届汽车工程塑料会议(AutoEPCON)于4月30日到5月1日在底特律郊区举行。其中,一个芝加哥定制复合材料经销商JM聚合物公司,首次推出了一种有趣的新型粒状碳纤维增强热塑性复合材料。 这种材料被称为FiberX2,因为它使用来自航空航天和体育用品回收的碳纤维(CF),再加上来自汽车工业的PIR聚酰胺6/6(PA 6/6)树脂。这种组合使得新产品以及由它制成的部件更环保,因为它收集、清洁和重新使用纤维和树脂所需的能量比制造新的纤维和树脂要少得多。除了较低的碳排放,与具有相同纤维长度和负载水平的材料相比,公司节省了额外15-20%的成本。JM公司还表示,这种产品比长玻璃纤维聚丙烯拉伸强度提高了1.5~1.8倍(对于50% LFT-PP拉伸强度124 MPa,对于20% CF-PA 6/6来说拉伸强度是184 MPa)。 FiberX2最初提供20,30,和40%量的增强碳纤维。有趣的是,30%似乎是最佳平衡点,因为比较相同纤维长度和负荷水平的原始CF-PA 6/6的拉伸强度值表明,30%载荷(221 MPa)下具有相同的数值,而在20%(184比190 MPa)和40%(221比234)时它们的值稍低。类似地,当比较弯曲模量时,除了20%级别之外,再循环化合物的弯曲刚度稍高于原始材料。该公司说,它可以调整自己的尺寸,以确保与聚酰胺结合良好。 据JM聚合物总裁兼首席执行官Josh Ullrich说,JM公司与福特汽车公司(美国迪尔伯恩)在2014年开始开发产品,他们目前正在汽车制造领域开发了几个项目。该公司下一步计划引进一种由15%玻璃纤维和5%碳纤维增强的复合材料。尽管这种材料具有较低的刚度和强度,但它比所有的同等级碳纤维提供了更好的冲击强度,并且成本更低。Ullrich补充道:“作为定制复合材料,我们有能力调整配方以满足客户的需求,比如客户需要特定力学性能的材料时。” 文章来自compositesworld网站,原文题目为Green composites: Chicago compounder introduces recycled CF-reinforced PA 6/6,