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亮点:热塑复材、CMC、新工艺2024巴黎国际复材展览会(JEC World)-2

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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:

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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。

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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

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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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复合材料理论材料科普
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首次发布时间:2024-04-16
最近编辑:6月前
杨超凡
其他 飞机制造高级专家
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