亮点:热塑复材、CMC、新工艺2024巴黎国际复材展览会(JEC World)-2
本文摘要（由ai生成）：
这篇文章重点介绍了德国航空航天中心（DLR）展示的三个不同的陶瓷基复合材料（CMC）项目，包括人工智能辅助无工具 TPC 焊接、C/C-SiC 在火箭喷嘴、活塞环和光学工作台中的应用，以及最大的熔渗（melt-infiltrated ）C/SiC 部件。其中，火箭喷嘴扩展件旨在减少可重复使用运载火箭的磨损和重量，提高喷嘴效率；C/C-SiC 活塞环可用于更高温度、更高效的发动机发电；光学工作台可提高刚度，同时最大限度地减少关键传感器的热膨胀。此外，文章还介绍了 CIRA 开发的 C/SiC CMC 机头，该结构将用于欧空局太空骑士号热保护系统（TPS），并计划于 2025 年首次飞行。
人工智能辅助无工具 TPC 焊接
德国航空航天中心（DLR）结构与设计研究所（斯图 加特和奥格斯堡）展示了其使用双机器人对 TPC 结构 进行无工具 AFP 和无夹具焊接的发展视频。与通用原 子公司和 Mikrosam 在 2019 年展示的技术类似， 多机 器人单元用于降低夹具和模具的成本和时间， 并增加 复合材料航空结构的设计灵活性。机器人平台精度的 提高使用了人工智能辅助的轨迹几何校正， 以及 AFP 和超声波焊接过程中机器人结构变形的建模、参数识 别和实时补偿，以产生复杂的弯曲复合结构。
这一发展也是国际性的，是加拿大国家研究委员 会（NRC-AMTC， 蒙特利尔）和德国航空航天中心轻 量化生产技术中心（ZLP，奥格斯堡）之间的合作。ZLP 提供飞机结构部件、TPC 生产流程和自动离线机 器人编程方面的专业知识，而 NRC 则为多机器人系统 提供几何和弹性校准技术以及实时路径补偿模块。
火箭喷嘴、活塞环和光学工作台中的 C/C-SiC
DLR 展示了三个不同的陶瓷基复合材料（CMC- ceramic matrix composite）项目：
德国航天中心已经开发了陶瓷基复合材料（CMC） 火箭喷嘴扩展件，以减少可重复使用运载火箭的磨 损和重量。
ATHEAt 项目（2022-2025 年）旨在提高可重复使 用运载火箭和未来太空运输系统的关键高温部件的可 靠性。部件将通过地面和飞行测试进行演示。利用碳 纤维和碳碳化硅基体（C/C-SiC）， 为德国航空航天中 心的 Viserion+混合动力发动机设计并生产了火箭喷管 扩展件。其目的是通过大幅减少磨损和部件重量来提 高喷嘴效率，从而实现重复使用。已经在地面测试中得到证实的探空火箭飞行测试正在准备中， 作为资格 鉴定的一部分。
KoRSICa 项目（2018-2022）开发了 C/C-SiC 活塞 环，以取代金属环， 实现更高温度、更高效的发动机 发电。单片陶瓷能承受很高的温度，但对于单片活塞 环来说太脆了。纤维增强 CMC 满足机械载荷和弹性要 求，基体中的无定形碳增加了自润滑，可防止干运行 以及活塞卡住和发动机损坏的风险。这些环正在接受 当地能源项目的测试。
这台用于卫星的轻型 CMC 光学工作台的演 示旨在提高刚度，同时最大限度地减少关键 传感器的热膨胀。
欧洲航天局（ESA）与法国泰雷兹阿莱尼亚航天公司（TAS-F）合作的技术开发要素（TDE-Technology Development Element） 项目“C/C-SiC 光学工作台开发”（2022-2024 年）。目标是使用 CMC 为卫星开发超稳 定的光学工作台，以实现高刚度和接近零的热膨胀。 制造了一个通用的演示器（600×600×60 毫米）， 包括 基于原位连接的 C/C-SiC 插件的接口概念， 以避免金 属插件可能产生的最小局部变形。演示器将由 TAS-F 进行测试。
最大的熔渗（melt-infiltrated ） C/SiC 部件
CIRA 开发了这种 C/SiC CMC 机头，作为欧空局太空骑士号热保护系统（TPS）的一部分， 计划于 2025 年首次飞行。
Centro Italiano Ricerche Aerospaziali（意大利卡普 亚）， 简称 CIRA，展示了 Space Rider 的 CMC 机头， 这是一个可重复使用的非折叠机器人实验室， 由欧空 局开发， 面向商业和机构客户。 Space Rider 与两辆小 型货车大小大致相同， 是一款端到端的运输工具，旨在提供负担得起的独立太空通道。太空骑士号将发 射，在轨道上停留 1-2 个月，完成科学和商业任务， 然后返回地球。
据一位美国技术专家介绍， CIRA 开发的鼻锥是迄 今为止生产的最大的熔渗（melt-infiltrated ） CMC 结构之一。该结构使用 ISiComp，这是一种基于碳纤维增强 碳化硅（SiC）基体的专有 CMC 技术，由 CIRA 和 Petroceramics （意大利贝加莫 Stezzano）联合开发。ISiComp 的机头、腹部瓦片和机体襟翼构成了太空骑 士的热保护系统（TPS- thermal protection system）。 CIRASpace Rider 项目负责人朱塞佩 · 鲁沃洛（Giuseppe Ruvolo ） 解释说，鼻子最初是一个碳纤维增强的酚醛绿 色壳体， 通过热解转化为陶瓷。 “Petroceramics 进行热 解和硅熔体渗透。我们在 SCIROCCO 等离子体风洞（PWT-plasma wind tunnel） 中测试了这一部件， 并确认 其能够承受多次重返大气层的条件而不会发生任何退 化。它暴露在高焓高超音速流中， 产生 1500°C 的表面 温度，持续六个超过 14 分钟的循环，每个循环都完全 代表了从低地球轨道重返大气层， 总暴露时间为破纪 录的 90 分钟。
自 2016 年以来， CIRA 已开发出完全集成的能力，包括用于太空应用的大型 CMC 组件的设计、新型 材料、工艺和测试。如上所述， 2018 年，第一架演示 机在 SCIROCCO 进行了测试，随后于 2019 年进行了 全尺寸的 Space Rider 机身襟翼测试， 2020 年进行了鉴 定模型测试， 2022 年进行了全面的 TPS 机头测试。CIRA 复合材料原型实验室负责人费利西 · 德 · 尼古拉 （Felice De Nicola ） 指出， SCIROCCO 是世界上最大的 等离子体风洞（PWT） 设施。“ 我们还进行振动和热测 试（摇晃和烘烤），并有一个专门用于太空零件的资格 实验室。 ”
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