進(jìn)入2020年以來(lái)，國(guó)外在航空航天領(lǐng)域用復(fù)合材料又有了系列新進(jìn)展，航空領(lǐng)域如美國(guó)陸軍未來(lái)攻擊偵察機(jī)，航天領(lǐng)域包括英國(guó)商業(yè)火箭計(jì)劃、美國(guó)空間可展開(kāi)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目及今年7月即將進(jìn)行的火星登錄計(jì)劃。為此小編將帶來(lái)近期尤其是2020年以來(lái)，國(guó)外在航空航天領(lǐng)域用復(fù)合材料最新進(jìn)展。

01 復(fù)合材料使陸軍未來(lái)攻擊偵察機(jī)（FARA）的性能提升

美國(guó)陸軍未來(lái)攻擊偵察機(jī)（Future Attack Reconnaissance Aircraft，簡(jiǎn)寫(xiě)FARA）已進(jìn)入西科斯基公司的RAIDER X的原型機(jī)階段，該機(jī)基于S-97型RAIDER并采用了復(fù)合材料機(jī)身。

FARA將飛入要求苛刻且競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中，因此它必須具備出色的垂直升力，這是美國(guó)陸軍六大現(xiàn)代化優(yōu)先任務(wù)之一，而且必須具有堅(jiān)韌和快速的性能。西科斯基公司的RAIDER X是一種快速、靈活、可生存的復(fù)合同軸直升機(jī)，它提供了陸軍所需的關(guān)鍵部件，包括機(jī)動(dòng)性、高巡航速度、緊湊的占地面積和高熱懸停（在高海拔和高溫下的懸停能力）。

作為陸軍未來(lái)垂直升力追蹤的一部分，RAIDER X被選中進(jìn)入FARA競(jìng)爭(zhēng)性原型項(xiàng)目的第二階段，因此西科斯基將繼續(xù)研究RAIDER X原型，為飛行測(cè)試項(xiàng)目做準(zhǔn)備。基于西科斯基s-97型掠襲機(jī)的“掠襲者X”將受益于s-97的X2技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了剛性、對(duì)轉(zhuǎn)葉片、電傳飛行控制和綜合輔助推進(jìn)系統(tǒng)。洛克希德馬丁公司將提供從數(shù)字設(shè)計(jì)到任務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)。

為了滿足S-97的嚴(yán)格要求，西科斯基與包括旋轉(zhuǎn)復(fù)合材料技術(shù)公司、Hexcel公司和鷹航空技術(shù)公司合作。直升機(jī)機(jī)身由復(fù)合材料制成，在極端條件下提供所需的重量、強(qiáng)度和韌性。“X2的力量正在改變游戲規(guī)則。它結(jié)合了低速直升機(jī)性能的最佳元素和飛機(jī)的巡航性能，”西科斯基實(shí)驗(yàn)試飛員比爾·法爾說(shuō)，他是一名退役的陸軍飛行員。“我們今天乘坐的S-97突襲機(jī)的每一次飛行都降低了風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化了我們的FARA原型RAIDER X。”西科斯基還將繼續(xù)致力于X2技術(shù)計(jì)劃，作為RAIDERX項(xiàng)目的一部分。

02 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料推動(dòng)商業(yè)軌道火箭飛速發(fā)展

總部位于英國(guó)的私人低成本軌道發(fā)射服務(wù)公司Orbex正在制造商用軌道火箭Prime，它由輕質(zhì)碳纖維和鋁復(fù)合材料的優(yōu)化混合加工而成，與同尺寸型號(hào)火箭相比，重量下降了30％。

Orbex公司為未來(lái)幾年制定了系列宏偉計(jì)劃，包括從尚未建成的太空港（spaceport）發(fā)射小型衛(wèi)星，并在2022年為新客戶TriSept發(fā)起專門的特別發(fā)射任務(wù)。實(shí)現(xiàn)這些崇高目標(biāo)的關(guān)鍵是Orbex的Prime，這是一種軌道火箭，由碳纖維和鋁復(fù)合材料的優(yōu)化混合物制成。

Orbex在其蘇格蘭總部安裝了高速碳纖維纏繞機(jī)。公司官員解釋說(shuō)：“這臺(tái)18米長(zhǎng)的機(jī)器可以自動(dòng)完成復(fù)雜混合物的快速編織，從而制造出主要的火箭結(jié)構(gòu)。”還安裝了一個(gè)全尺寸的高壓滅菌釜，從而能夠處理大型火箭零件，例如一級(jí)燃料箱等，這些零件已準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)太空中的極端環(huán)境，包括承受高達(dá)500倍大氣壓的巨大壓力。

由于采用了碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，每枚Orbex Prime火箭的重量?jī)H為1.5噸，比相同尺寸的火箭輕30％，并且能在60秒內(nèi)從0加速到1,330 km / h。Orbex Prime火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用3D打印技術(shù)一體制造，從而消除了因連接而產(chǎn)生缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。Prime由生物丙烷提供燃料，與煤油基火箭燃料相比，該生物燃料燃燒干凈，可減少90％的碳排放。Orbex火箭的設(shè)計(jì)可重復(fù)使用，不會(huì)留下軌道碎片。

Orbex首席執(zhí)行官Chris Larmour表示：“我們正在以前所未有的方式制造火箭……NewSpace（參與太空飛行的私營(yíng)企業(yè)）的重點(diǎn)是提供更快、更好和更便宜的太空通道。在機(jī)器人裝配線上花費(fèi)數(shù)億美元或雇用數(shù)以千計(jì)的員工來(lái)生產(chǎn)重型金屬火箭是一種過(guò)時(shí)的方法。建立現(xiàn)代太空業(yè)務(wù)意味著更新制造精神，使其更快、更敏捷、更靈活。這就是我們?cè)贠rbex所做的。”

03 美國(guó)宇航局資助加速?gòu)?fù)合材料可展開(kāi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目

隸屬于美國(guó)普渡大學(xué)的商業(yè)軟件供應(yīng)商AnalySwift有限責(zé)任公司獲得了美國(guó)宇航局（NASA）的一筆撥款，將用于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)其SwiftComp軟件，該軟件為高應(yīng)變復(fù)合材料制成的可展開(kāi)結(jié)構(gòu)提供高效、高保真的建模技術(shù)。

AnalySwift LLC從NASA獲得了125000美元的小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓（STTR）贈(zèng)款，以幫助其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)SwiftComp軟件。這項(xiàng)技術(shù)是由普渡大學(xué)工程學(xué)院航空航天學(xué)教授余文斌開(kāi)發(fā)的。該公司從普渡大學(xué)研究基金會(huì)技術(shù)商業(yè)化辦公室獲得技術(shù)許可。

AnalySwift總裁兼首席執(zhí)行官艾倫？伍德（Allan Wood）解釋道：“Swift Comp將材料和結(jié)構(gòu)的基本組成部分的細(xì)節(jié)作為輸入，然后輸出宏觀分析所需的結(jié)構(gòu)特性。它可用于組合梁、板和殼，以及三維結(jié)構(gòu)，用于微觀力學(xué)和結(jié)構(gòu)建模。”

“除了可展開(kāi)的復(fù)合材料吊桿，NASA還可以找到該軟件的其他用途，包括在太空環(huán)境中的活體容器和可折疊面板、衛(wèi)星巴士、漫游車、天線等。也可以用于飛機(jī)的柔性機(jī)翼和垂直升降飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。該軟件還獲得了衛(wèi)星和移動(dòng)電話部件（包括印刷電路板）的使用許可。

04 復(fù)合材料航空殼將為美國(guó)”流浪者號(hào)“火星探測(cè)器提供保護(hù)

洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）使用平鋪的酚醛浸漬碳消融劑（PICA）熱保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種隔熱板，以保護(hù)火星探測(cè)器2020Rover流浪者在進(jìn)入火星表面、降落和著陸過(guò)程中免受強(qiáng)烈的熱量。

NASA今年將開(kāi)展前往火星的任務(wù)，這將是該行星有史以來(lái)最具挑戰(zhàn)性的進(jìn)入、下降和著陸（EDL）序列之一，因?yàn)榛鹦擒噷⒔德湓谝粋€(gè)充滿巨石和沙丘的地區(qū)。整個(gè)旅程將花費(fèi)近七個(gè)月的時(shí)間，而火星車預(yù)計(jì)將在火星表面停留兩年。

洛克希德·馬丁公司的機(jī)殼是直徑最大約15英尺的有史以來(lái)最大的用于行星飛行的飛機(jī)，其設(shè)計(jì)目的是保護(hù)流動(dòng)站免受EDL期間高達(dá)3800華氏度的溫度影響。機(jī)殼（隔熱罩和后殼的組合）由夾在M55J高模量碳纖維-環(huán)氧樹(shù)脂面板之間的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)組成，并通過(guò)九個(gè)彈簧分離機(jī)構(gòu)固定在一起。

隔熱罩使用平鋪的酚醛浸漬碳燒蝕劑（PICA）熱保護(hù)系統(tǒng)來(lái)防止灼熱。隔熱罩的空氣動(dòng)力學(xué)特性還可以起到”剎車“的作用，當(dāng)航天器以接近12,000 mph的速度進(jìn)入火星稀薄的大氣層時(shí)，有助于減慢航天器的速度。

”即使我們有為好奇號(hào)流浪者建造幾乎相同的航空器外殼的經(jīng)驗(yàn)，直徑近15英尺的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在10年后的建造和測(cè)試中也面臨著同樣的挑戰(zhàn)，“ Mars 2020航空器外殼項(xiàng)目經(jīng)理尼爾·蒂斯說(shuō)。”我們已經(jīng)為NASA探索火星40年來(lái)建造了每個(gè)火星航空器進(jìn)入系統(tǒng)，因此我們從這一經(jīng)驗(yàn)中汲取了寶貴經(jīng)驗(yàn)，以構(gòu)建這一重要系統(tǒng)。“洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）最近將火星2020火星探測(cè)器的機(jī)體交付給了發(fā)射場(chǎng)，即美國(guó)宇航局在佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心。”火星2020“火星車正在加利福尼亞州帕薩迪納市NASA的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，該任務(wù)將于2020年7月發(fā)射，并于2021年2月在Jezero隕石坑降落在火星上。   （來(lái)源：Composites Manufacturing）