航天智能復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用

張曉嵐

(上海航天信息研究所,上海 201109)

0 引言

智能復(fù)合材料是一類能感知環(huán)境變化,通過(guò)自我判斷得出結(jié)論,并自主執(zhí)行相應(yīng)指令的材料,僅能感知和判斷但不能自主執(zhí)行的材料也歸入此范疇,通常稱為機(jī)敏復(fù)合材料。智能復(fù)合材料由于具備了生命智能的三要素：感知功能(監(jiān)測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、溫度、損傷)、判斷決策功能(自我處理信息、判別原因、得出結(jié)論)和執(zhí)行功能(損傷的自愈合和自我改變應(yīng)力應(yīng)變分布、結(jié)構(gòu)阻尼、固有頻率等結(jié)構(gòu)特性),集合了傳感、控制和驅(qū)動(dòng)功能,能適時(shí)感知和響應(yīng)外界環(huán)境變化,作出判斷,發(fā)出指令,并執(zhí)行和完成動(dòng)作,使材料具有類似生命的自檢測(cè)、自診斷、自監(jiān)控、自愈合及自適應(yīng)能力,是復(fù)合材料技術(shù)的重要發(fā)展。它兼具結(jié)構(gòu)材料和功能材料的雙重特性,將使航天結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生巨大變化,對(duì)推動(dòng)航天技術(shù)進(jìn)步有重大意義,已受到各國(guó)關(guān)注。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)智能復(fù)合材料進(jìn)行了大量的航天應(yīng)用研發(fā),重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)運(yùn)行、自適應(yīng)和振動(dòng)抑制。為此,本文對(duì)航天智能復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 系統(tǒng)組成

智能復(fù)合材料通常是在成型過(guò)程中,將傳感材料、致動(dòng)材料緊密地融合到預(yù)浸料鋪層、濕片鋪層、纖維鋪放、纖維纏繞和樹脂傳遞模塑(RTM)等復(fù)合材料上,同時(shí)通過(guò)與之集成的控制器,使復(fù)合材料在承受機(jī)械載荷的同時(shí),能自診斷、自適應(yīng)、自愈合,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的智能功能。其關(guān)鍵是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)的交叉應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)智能功能的關(guān)鍵是傳感器、致動(dòng)器和控制器。

a)傳感器 包括光導(dǎo)纖維、壓電陶瓷、壓電薄膜和電阻應(yīng)變絲等,其主要作用是感知外界環(huán)境的變化。其中：光導(dǎo)纖維主要用于測(cè)量微應(yīng)變和傳輸光信息;壓電材料有壓電晶體、壓電陶瓷和壓電聚合物,因具有壓電效應(yīng),在受應(yīng)變時(shí)表面產(chǎn)生電荷,在施加電場(chǎng)時(shí)能產(chǎn)生應(yīng)變,故既是傳感器,又可作為致動(dòng)器。

b)致動(dòng)器 埋在復(fù)合材料中,在接受到激勵(lì)能后可產(chǎn)生改變結(jié)構(gòu)形狀、剛度、位置、應(yīng)力狀態(tài)等動(dòng)作。主要有記憶合金、壓電材料、電流變現(xiàn)象和磁致伸縮等,要求性能穩(wěn)定、響應(yīng)快、易于控制和激勵(lì)能小。近年來(lái),航天結(jié)構(gòu)用電活化聚合物和導(dǎo)電聚合物致動(dòng)器也在開發(fā)之中[1]。

c)控制器 功能是傳遞來(lái)自傳感器的信息,處理、變換和識(shí)別這些信息,診斷、預(yù)測(cè)和作出決策,觸發(fā)致動(dòng)器以改變材料的響應(yīng)特性[2]。

當(dāng)前,智能復(fù)合材料在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用,如機(jī)械裝置噪聲與振動(dòng)的自我控制,飛機(jī)的智能蒙皮與自適應(yīng)機(jī)翼,橋梁與高速公路等大型結(jié)構(gòu)的自增強(qiáng)、自診斷、自愈合功能,以及智能紡織品等。

2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

飛行器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SHMS)是將先進(jìn)的傳感/驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)集成在飛行器結(jié)構(gòu)中,通過(guò)在線監(jiān)測(cè)飛行過(guò)程中重要構(gòu)件的應(yīng)變(臨界載荷)、振動(dòng)模態(tài)(當(dāng)裂紋與振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力正交時(shí)敏感度更高)和聲發(fā)射(結(jié)構(gòu)承載時(shí)因損傷而產(chǎn)生的應(yīng)力波)等信息的變化,采用先進(jìn)信息處理、計(jì)算分析和損傷模式識(shí)別等方法,判定損傷的性質(zhì)、位置和程度。目前多采用光纖和壓電傳感器進(jìn)行檢測(cè),其關(guān)鍵技術(shù)是利用各種新型復(fù)合材料制備高敏感度傳感器器件,通過(guò)力、熱、聲等對(duì)飛行器進(jìn)行微信號(hào)監(jiān)測(cè)。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料固化工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控;監(jiān)測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制造、運(yùn)輸、貯存期間可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷,及時(shí)檢測(cè)出可能產(chǎn)生的基體與纖維斷裂、分層,襯層與復(fù)合材料層脫粘,以及受到的沖擊損傷;進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的自診斷;自動(dòng)抑制損傷擴(kuò)展和自動(dòng)修補(bǔ)。這些對(duì)保障導(dǎo)彈和航天器可靠工作、防止發(fā)生災(zāi)難性事故有重要意義。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)飛行器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究取得了較大進(jìn)展,多集中在先進(jìn)信息處理技術(shù)領(lǐng)域,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、Hilbert Huang變換等。

美國(guó)Acellent技術(shù)公司對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體燃料貯箱結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測(cè)進(jìn)行了研究。所檢測(cè)的纖維纏繞復(fù)合材料容器直徑380 mm,長(zhǎng)500 mm。在殼體中周向等間隔埋設(shè)8條帶子,每條帶上約等間距地有5個(gè)直徑6.4 mm、厚0.25 mm的壓電傳感器,40個(gè)傳感器大致成為一個(gè)彼此等間距的正方形網(wǎng)格,其中4條帶埋在鋁內(nèi)襯的環(huán)向纏繞層上,4條埋在表層纏繞層下,殼體纏繞完成后在溫度177℃固化。用球錘沖擊人為制造了1個(gè)直徑約12 mm的損傷。將檢測(cè)到的損傷前后的傳感器信號(hào)進(jìn)行比較,并對(duì)各傳感器的距離作歸一化處理,組合各信號(hào)圖即可顯示沖擊損傷的大致位置和損傷程度,如圖1所示[3]。

圖1 沖擊損傷監(jiān)測(cè)Fig.1 Shocking damage detection

2001年,德國(guó)的ECHE等研制出一套基于12個(gè)FBG傳感器的空間分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),用于X-38飛行器本體結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)。12個(gè)光纖光柵傳感器被安置在4個(gè)光纖傳感器墊上,每個(gè)傳感器墊上有1個(gè)溫度傳感器和2個(gè)二維垂直分布的應(yīng)變傳感器。FBG傳感器被黏貼于X-38飛行器背部元件的表面,用于監(jiān)測(cè)飛船在發(fā)射和返航過(guò)程中的力學(xué)載荷和熱載荷。通過(guò)測(cè)量高載荷結(jié)構(gòu)部件的空間溫度分布和應(yīng)變,可估算飛行器主要結(jié)構(gòu)部件的剩余壽命,實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行器的健康監(jiān)測(cè)[4]。

2004年,日本TOSHIMICH等利用壓電陶瓷(PZT)致動(dòng)器/FBG傳感器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)新一代航天器先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)。為監(jiān)測(cè)組成航天器的復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)的損傷,將FBG傳感受器埋入碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)疊層結(jié)構(gòu)中,利用PZT致動(dòng)器發(fā)射彈性波。當(dāng)在彈性波傳播方向存在損傷時(shí),彈性波強(qiáng)度會(huì)衰減,波速出現(xiàn)變化,利用快速響應(yīng)和高精度的FBG傳感器,可探測(cè)損傷的存在。研究表明：當(dāng)PZT致動(dòng)器和FBG傳感器相距5 cm時(shí),可探測(cè)到頻率300 k Hz的彈性波[4]。

日本國(guó)家航天開發(fā)署(NASDA)將光纖敏感器置入全尺寸實(shí)驗(yàn)型希望號(hào)空天飛機(jī)(HOPE-X)的碳纖維復(fù)合材料機(jī)身,監(jiān)測(cè)制造過(guò)程中工藝控制和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。使用的傳感器有兩種：一是光纖溫度激光雷達(dá)(FTR),用于測(cè)量溫度和沿光纖的溫度分布;另一是布里淵光時(shí)區(qū)域反射器(BOTDR),用于測(cè)量應(yīng)變。監(jiān)測(cè)光纖與微機(jī)系統(tǒng)相連,采集和分析數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)成功監(jiān)測(cè)了生產(chǎn)過(guò)程的溫度和應(yīng)變分布,還可測(cè)量結(jié)構(gòu)試驗(yàn)期間機(jī)身在靜態(tài)載荷下的應(yīng)變。因?yàn)閼?yīng)變數(shù)據(jù)沿光纖連續(xù)采集,故可檢查機(jī)身的總體變形[5]。

3 結(jié)構(gòu)自適應(yīng)、減振和自愈合

結(jié)構(gòu)自適應(yīng)是指航天器在飛行過(guò)程中能根據(jù)工作環(huán)境要求改變自身的構(gòu)型和外形,以達(dá)到最優(yōu)性能。為保證衛(wèi)星天線反射器的表面精度,須消除由制造工藝、在軌熱畸變、吸濕、結(jié)構(gòu)連接松動(dòng)、材料降解和蠕變形成的表面偏差,這對(duì)通信衛(wèi)星、光學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星、空間站等各類航天器均有重要應(yīng)用價(jià)值。20世紀(jì)90年代,在航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)研究已展開,所用傳感和致動(dòng)元件主要有壓電聚合物、壓電陶瓷、記憶合金、電流變流體和光纖,在各種空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已越來(lái)越多。如在空間望遠(yuǎn)鏡支撐結(jié)構(gòu)中埋入傳感器和致動(dòng)器,可精確感受結(jié)構(gòu)狀態(tài),并按系統(tǒng)要求自動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)的幾何形狀,維持結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確外形和位置[6、7]。

結(jié)構(gòu)減振智能復(fù)合材料與自適應(yīng)材料相似,但航天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)減振的需求更迫切,因?yàn)榇笮涂臻g結(jié)構(gòu)幾何尺寸的增加和大量采用小阻尼的輕型結(jié)構(gòu),其振動(dòng)頻率與控制頻率越來(lái)越接近,甚至部分重疊,不可避免會(huì)產(chǎn)生伴隨振動(dòng),這已成為空間結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用中重要的問(wèn)題?？刹捎帽粍?dòng)控制和主動(dòng)控制兩種方式抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)。前者常應(yīng)用黏彈材料,效果一般;后者效果好,但須有外界能量輸入。利用智能結(jié)構(gòu)抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng),可兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。壓電材料是使用最多的一種傳感和驅(qū)動(dòng)元件,通過(guò)埋入壓電傳感器,獲得結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息,在此過(guò)程中通過(guò)負(fù)載電阻消耗了電能,實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)的部分抑制。由計(jì)算機(jī)對(duì)所得信息進(jìn)行模態(tài)分析,形成信號(hào)觸發(fā)壓電驅(qū)動(dòng)器,有效抵消原始振動(dòng)信號(hào)。一種空間站智能桁架機(jī)械手如圖2所示。其中裝有可控壓電致動(dòng)器,每個(gè)致動(dòng)器均有位移和力反饋系統(tǒng)。通過(guò)傳感器測(cè)得的信息,控制壓電致動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)和形狀控制[6、8]。

圖2 智能桁架機(jī)械手Fig.2 Intelligent truss manipulator

自愈合是智能復(fù)合材料的另一種重要功能,可使復(fù)合材料部件內(nèi)部的損傷及裂紋的自愈合成為可能。自愈合的核心是能量與物質(zhì)的補(bǔ)給、模仿生物體損傷愈合的原理使復(fù)合材料的內(nèi)部或外部損傷能自愈合,以消除隱患、增強(qiáng)材料強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用壽命。修復(fù)過(guò)程的物質(zhì)補(bǔ)給由流體(或流體與固體粉末混合物)提供,能量補(bǔ)給由化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)。自愈合采用微粒子或中空纖維封裝技術(shù),將修復(fù)用樹脂或固化劑放入脆性殼內(nèi)或中空纖維中,可將修復(fù)物質(zhì)與樹脂體系的樹脂基體一體化。這兩種方法可分別或同時(shí)用于生產(chǎn)有自愈合能力的復(fù)合材料(如圖3所示)。所有中空纖維均可用單組份樹脂或雙組份樹脂填充,可將樹脂裝入0°鋪向的纖維,而固化劑裝入90°鋪向的纖維;或?qū)⒁环N組份裝入中空纖維,另一組份分散在基體(或脆性殼、微膠囊)中。當(dāng)復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)裂紋時(shí),中空纖維發(fā)生斷裂,其中的樹脂流向發(fā)生損傷部位,與固化劑結(jié)合固化,從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)。

圖3 聚合物基復(fù)合材料自愈合示意Fig.3 Self-healing of polymer composite

自愈合復(fù)合材料主要有金屬基、陶瓷基和聚合物基三類。聚合物基自愈合復(fù)合材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn),采用的方法有液芯纖維法、微膠囊法及熱可逆交聯(lián)反應(yīng)法。

4 彈性記憶復(fù)合材料

EMC是一種特殊的功能材料,綜合了感知和驅(qū)動(dòng),屬智能材料范疇,除具普通聚合物復(fù)合材料的高比強(qiáng)度、高比剛度和低密度外,還有空間展開技術(shù)要求的高折疊變形率和簡(jiǎn)單可靠的展開恢復(fù)變形能力等優(yōu)點(diǎn)[7]。

EMC記憶機(jī)理不同于記憶合金和陶瓷。它是基于聚合物材料中分子鏈的取向與分布即內(nèi)部分子間相互作用,而并非馬氏體相變。彈性記憶復(fù)合材料可采用常規(guī)的復(fù)合材料工藝制作,在固化成型后其力學(xué)性能接近于普通高性能復(fù)合材料,不同的是當(dāng)溫度升至高于玻璃化溫度時(shí),呈現(xiàn)出低模量和高破壞應(yīng)變,可按各種設(shè)計(jì)要求卷曲折疊,在降至玻璃化溫度以下后包裝形狀不會(huì)發(fā)生變化。在再次加熱至高于玻璃化溫度時(shí),因其聚合物基體有記憶功能,無(wú)需施加任何外力材料會(huì)恢復(fù)至初次固化成型的形狀。隨著溫度改變,該過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行,不會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生影響。EMC典型基體材料為環(huán)氧類和氰酸酯類聚合物。美國(guó)復(fù)合材料技術(shù)開發(fā)公司(CTD)以上述兩類聚合物為基體,研制了多種在空間展開的致動(dòng)器和結(jié)構(gòu)。

彈性記憶復(fù)合材料的獨(dú)特性能對(duì)航天結(jié)構(gòu)尤為適用,如可將大型空間結(jié)構(gòu)在地面緊湊包裝,發(fā)射升空后再伸展開。因復(fù)合材料密度低,強(qiáng)度和模量高,所設(shè)計(jì)的部件質(zhì)量可很小,且集結(jié)構(gòu)部件和伸展機(jī)構(gòu)于一體,展開過(guò)程通過(guò)加熱即可實(shí)現(xiàn),無(wú)需電機(jī)、軸承、位置傳感器與復(fù)雜的電子控制裝置和軟件,以及另外配備傳統(tǒng)機(jī)械展開裝置,可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、輕便、魯棒的可展開復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。已經(jīng)設(shè)計(jì)使用的有鉸鏈和釋放裝置,大型結(jié)構(gòu)件有桿件和板等。預(yù)計(jì)該技術(shù)將會(huì)有較快發(fā)展,并拓展至汽車、采油等領(lǐng)域。

4.1 EMC鉸鏈/致動(dòng)器

EMC鉸鏈/致動(dòng)器質(zhì)量輕、成本低,具碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的典型結(jié)構(gòu)效率,展開時(shí)沖擊低且可控,可用于替代傳統(tǒng)的機(jī)械式鉸鏈/致動(dòng)器展開光學(xué)反射器、輻射計(jì)和太陽(yáng)電池陣等各種飛行器結(jié)構(gòu)[9]。CTD公司已研制了由2塊彎曲并嵌有加熱器的EMC板、2個(gè)端接頭4個(gè)部件構(gòu)成的EMC的鉸鏈/致動(dòng)器。該鉸鏈將先在國(guó)際空間站的ENCH實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其零重力環(huán)境中的運(yùn)行能力,再在DINO衛(wèi)星的空間翼和地鵑(Road Runner)衛(wèi)星的太陽(yáng)電池陣上進(jìn)行驗(yàn)證[7、10、11]。

EMC鉸鏈/致動(dòng)器還可用于未來(lái)的天基光學(xué)系統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)。發(fā)射時(shí)反射器為有效封裝形式,在軌能展開為大孔徑,提高分辨率或光學(xué)傳輸能力。在大型光學(xué)反射器上裝配展開機(jī)構(gòu)會(huì)影響反射器的尺寸穩(wěn)定性。限制尺寸穩(wěn)定性,并使主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)控制系統(tǒng)復(fù)雜化的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)響應(yīng)被稱為非線性微動(dòng)力學(xué)響應(yīng),該響應(yīng)緣于展開鉸鏈和鎖。以往一直采用機(jī)械鉸鏈和鎖設(shè)計(jì)。這些機(jī)構(gòu)有較高的微動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性,但最好的展開機(jī)構(gòu)的展開精度及其穩(wěn)定性也僅為微米級(jí),且質(zhì)量相對(duì)較大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜[10]。

復(fù)合材料技術(shù)開發(fā)公司與科羅拉多大學(xué)合作研制,在對(duì)精度和準(zhǔn)確度以及可靠性與重現(xiàn)性要求極高的光學(xué)系統(tǒng)中,采用自鎖線性致動(dòng)器的EMC鉸鏈。如,該技術(shù)可用于6瓣可展開反射系統(tǒng)各瓣的展開,測(cè)光測(cè)距(LIDAR)3 m級(jí)的可展開天基望遠(yuǎn)鏡(如圖4所示)。用EMC鉸鏈取代機(jī)械致動(dòng)器,不僅展開操作沖擊低、可控,而且取消機(jī)械碰撞,有可能消除展開后的微動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性。EMC機(jī)構(gòu)輕型、簡(jiǎn)單、熱膨脹率極低,特別適于光學(xué)系統(tǒng)。

圖4 LIDAR的3 m級(jí)可展開反射器系統(tǒng)及每塊瓣的單獨(dú)封裝及展開構(gòu)型Fig.4 Packaged and deployed for LIDAR 3-meter-class deployable reflector system and individual package

4.2 EMC熱致動(dòng)釋放螺母

航天系統(tǒng)每年使用大量火工品致動(dòng)的釋放機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)航天器部件展開。這些機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生大沖擊力,形成環(huán)境污染,且需專門的貯運(yùn)方式。近年來(lái)開發(fā)的機(jī)電式釋放機(jī)構(gòu)雖有很大進(jìn)展,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,質(zhì)量較大。為此美國(guó)CTD公司和Starsys公司共同開發(fā)了一種用EMC材料制作的熱致動(dòng)釋放螺母,其關(guān)鍵部件是2個(gè)不同直徑的EMC圓筒。其工作原理為：圓筒固化后加熱至高于其玻璃化溫度的高溫,分別將大圓筒的下端和小圓筒的上端模壓成錐形,2個(gè)帶錐的圓筒套在一起形成完全嚙合(如圖5(a)所示),可承受要求的設(shè)計(jì)載荷。需要釋放時(shí),加熱其中任一圓筒(或同時(shí)加熱),圓筒的錐形部位即可恢復(fù)為原圓筒形(如圖5(b)、(c)所示),嚙合狀態(tài)將完全解除。由于EMC部件的黏彈性,此釋放過(guò)程較緩慢(30 s),故無(wú)沖擊作用產(chǎn)生。該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,質(zhì)量小,且有高可靠性[10～12]。

圖5 EMC熱致釋放系統(tǒng)原理Fig.5 Principleof EMC thermal release system

4.3 EMC伸縮式懸臂

可伸展式EMC懸臂可顯著提高小衛(wèi)星功能。如用可伸展式懸臂將微推力離子推力室放置衛(wèi)星端部,可使推力室的力臂增大1～2個(gè)量級(jí),從而明顯減少姿控系統(tǒng)的燃料需求。CTD公司和美空軍正合作開發(fā)此懸臂系統(tǒng),用于空軍學(xué)院獵鷹-3(FalconSat-3)微型衛(wèi)星,主要性能要求有：懸臂端部質(zhì)量7.8 kg,懸臂系統(tǒng)質(zhì)量≯9.0 kg,懸臂總長(zhǎng)3.3 m,收置時(shí)尺寸400 mm×280 mm。提出的設(shè)計(jì)有二縱梁和三縱梁兩種方案,其中的三縱梁方案如圖6所示。目前,CTD公司的7 m長(zhǎng)可存儲(chǔ)管狀伸縮桿已研制成功,與現(xiàn)有的鈹-銅合金或不銹鋼可存儲(chǔ)伸縮桿相比,存儲(chǔ)應(yīng)變能量降低了約2個(gè)量級(jí)。EMC材料技術(shù)還將拓展到極大型可展開式天線,目前在研的DSX/PowerSail實(shí)驗(yàn)型展開結(jié)構(gòu)將用于新一代極大型高功率太陽(yáng)電池陣[7、13、14]。

圖6 FalconSat-3的三縱梁EMC筒式懸臂Fig.6 Proposed falconsat-3 three-longeron EMC tubular boom in both a packaged

5 結(jié)束語(yǔ)

智能復(fù)合材料是復(fù)合材料領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。因同時(shí)具備生命智能的三要素,能適時(shí)感知和響應(yīng)外界環(huán)境的變化,作出判斷,發(fā)出指令,并執(zhí)行和完成動(dòng)作,使材料有類似生命體的自檢測(cè)、自診斷、自監(jiān)控、自愈合及自適應(yīng)能力,對(duì)在空間環(huán)境中工作的航天結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),其實(shí)用價(jià)值較大。近年來(lái),各空間大國(guó)均已進(jìn)行了大量研究和開發(fā),部分技術(shù)已接近實(shí)用階段。可以預(yù)見,其進(jìn)一步開發(fā)必將對(duì)航天技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。

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