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1、航天返回与遥感第28卷第1期58SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2007年03月航天器结构材料的应用和发展陈烈民(航天科技集团公司五院神舟学院,北京100086)沃西源(北京空间机电研究所,北京100076)摘要文章首先说明航天器结构材料的定义及其性能要求,然后简要介绍航天器结构材料的主要类型及其基本性能,并且综述航天器结构材料的应用概况,最后指出航天器结构材料的发展趋势。关键词航天器结构材料主要类型基本性能应用概况发展趋势TheApplicati
2、onandDevelopmentofAstronauticStructuralMaterialChenLiemin(ShenZhouCollegeofChinaAcademyofSpaceTechnology,Beijing,10086)WoXiyuan(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076)AbstractThispaperexplainedthedefinitionandperformancerequiremen
3、tofastronauticstructuralmaterial,introducedthemaintypesandfundamentalcharacteristicsinbrief,summarizedthescenarioofthematerialAttheendofthepaper,thedevelopmenttrendofastronauticstructuralmaterialwaspointedoutKeyWordsAstronauticstructuralmaterialM
4、aintypesFundamentalcharacteristicsApplicationscenarioDevelopmenttrend一个特别重要的问题,需要进行专门研究分析。1引言由于航天器工作环境的特殊性(发射环境和空间环境),对于航天器结构材料的要求与对常规机械航天器结构材料是指航天器结构所采用的各种产品材料的要求有很大区别,即使与航空结构材料原材料。随着航天器技术的发展,目前和今后的航也有所不同。因此航天器对材料性能的基本要求有天器中也包括了各种产生运动的机构,机构采用的如下几
5、方面。主要材料基本上与结构材料相同。因此,文中所述1)轻量化要求。为了提高航天器性能,降低发的航天器结构材料也包含了航天器机构材料,或更射成本,确保航天器进入规定的空间轨道,对航天器确切地说,航天器结构材料是指航天器机械部分所的质量,特别是对航天器结构的质量有严格限制。采用的材料。因此必须采用轻型材料,即采用密度尽量低的材料。航天器结构和机构的性能,特别是航天器结构2)机械性能要求。为了提高结构和机构的自然的性能在很大程度上取决于材料的性能。因此,在频率,防止在发射时引起过大的动态响应载荷和保航天
6、器结构和机构的研制中,材料的选择和应用是证航天器姿态控制系统的正常运行,以及为了提高航天器薄壁结构在发射压缩载荷下的稳定性,均需收稿日期:2006-12-05陈烈民等:航天器结构材料的应用和发展59要提高结构和机构的刚度,而最有效的途径是采用1)铝合金。其主要特点是密度低,有较好的比弹性模量高的材料。另外,为了更好地承受载荷,需模量和比强度值;导热性和导电性良好;抗腐蚀性能要采用强度高的材料。根据高模量、高强度的要求好;制造工艺性能良好;在所有轻金属材料中成本最与上述低密度要求相结合,需要采用比
7、模量(材料弹低廉。铝合金的工作温度一般不超过200~300,性模量与密度之比)高和比强度(材料强度与密度之但低温性能很好,随着温度下降,强度和塑性还有所比)高的材料。其中,高比模量的要求是航天器结构增加。材料的重要特征。2)镁合金。其主要特点是密度低,有较好的比3)物理性能要求。根据航天器结构的不同需模量和比强度值;导热性和导电性良好;减振能力求,对材料的物理性能有各种不同要求。如果需要好,可承受较大的冲击载荷;制造工艺性能良好。但在空间温度变化条件下保持尺寸稳定的结构(如天镁合金具有在大气环境
8、下不耐腐蚀的缺陷。一般线结构),希望材料具有较小的热膨胀系数。一般结说,镁合金的长期工作温度不超过150。构要求材料有较高的比热和热导率,使温度分布比3)钛合金。钛合金与铝、镁、钢等金属材料相较均匀,以避免过高的温度应力或变形。但有时由比,具有如下一系列优点和特点:比强度值很高;抗于热控或防热需要,要求结构兼有隔热作用,则应采腐蚀性能良好;抗疲劳性能良好;热导率很小;线膨用热导率低的材料。为此,应根据电性能对结构的胀系数较小;高低温机械性能很好,一般说可在特殊要求,采用导电材料或
