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世界航空日,让我们说点不一样的薄膜

薄膜新材网2018-11-08 10:12:13



1961年4月12日,人类首次遨游太空。


27岁的前苏联宇航员尤里·加加林乘坐“东方1号”飞船,在莫斯科时间上午9时零7分发射升空,并按预定时间进入空间轨道,在太空围绕地球一周飞行108分钟后返回地面,完成了人类第一次征服太空的壮举。


从1969年起,人们把每年的4月12日称为“世界航天日”。


那么,今天,在第50年的世界航天日,让我们一起来盘点一下,有哪些膜材料是运用到航天航空领域呢?



ITO薄膜:歼20隐身术


2017年7月30日,在庆祝中国人民解放军建军90周年阅兵式上,去年已经在珠海航展上公开亮相的歼20首次以3机编队的形式再度亮相,这也是全球范围内首次有四代机参加阅兵,带来的震撼可想而知。



歼20梯队长机飞行员张昊在接受央视采访时表示——


我们这个飞机,机动性特别好,静如处子,动如脱兔。飞机的亚音速性能不错,一进入了超音速就是它的天下了。机动能力较以往的三代机有非常大的提升。战机的信息化程度特别高,各种传感器都非常先进,造就了它一个信息融合的程度,战场对你越来越透明。




说到歼20,不得不提它的隐身技术。


军事专家傅前哨在接受北京电视台《军情解码》采访时表示,2017号歼-20为座舱盖增加了金属镀膜,可进一步提高飞机的隐身性能。


2017号歼-20的座舱盖


通常,隐身战斗机可以通过遮蔽和倾斜角设计来实现内部隐身,但战斗机的座舱里面是飞行员,如果都遮蔽起来,那飞行员得视野就会非常狭小,并不利于战斗机飞行员判断敌情和飞行状态。


减弱座舱信号特征最为有效的办法是阻止雷达波能量进入战斗机座舱,所以中国几大科研院所自上世纪90年代就开始研究隐身镀膜技术,并开展对座舱玻璃与隐身薄膜附着力方面的研究,那个时候西方国家甚至对中国高性能有机玻璃都实施了技术封锁。


不过,技术封锁这种东西对中国没用,2004年中国就完成了ITO透明导电薄膜技术的研究,并开始批量生产。


所谓的“镀金层”就是ITO透明导电薄膜可以对雷达波具有一定的反射作用,可以将入射到其表面的绝大部分探测雷达波反射到非重要方向,以免其进入歼20战斗机的驾驶舱内部形成“腔体散射”。


另一方面,ITO薄膜还可“阻止”进入歼20战机座舱内的电磁波向外部辐射,使敌方雷达接收不到或只能接收到少量回波,从而缩减整机的雷达反射面积,提高歼20战斗机的隐身性能。


据了解,俄罗斯T-50战机座舱盖的金属膜主要采用的是Au透明导电薄膜,而不是类似于中国的氧化铟锡ITO膜,隐身性能并不好,俄方也很想从中国进口类似技术。



PI薄膜,用于火箭外壳


上世纪60年代,美国空军、海军和大量的航空航天研发单位都在苦苦寻求能够进一步提升飞行器性能的新型高分子材料。


在这样的背景下,杜邦公司推出了两种超级纤维,一种叫做“聚对苯二甲酰对苯二胺”,这种材料的强度是同等重量下的钢材的5倍(后来这种材料以她的商品名“凯芙拉”而为人所知),另一种就是聚酰亚胺。


聚酰亚胺制成的物品,可靠工作温度在零下100℃到300℃之间。


聚酰亚胺刚一诞生,就成为了当时世界上最耐热的有机高分子材料,加上其不错的机械性能,这个先天条件足够使其在洲际弹道导弹领域发挥重要作用了。


阿波罗登月舱的表面


接受到阳光照射时,月球表面在白天的最高温度可达123°C。 到了晚上,在登月舱外面,月球上的温度会骤降至零下233°C。


这样的温度差,普通材料是难以忍受的,而且还要伴着无时不刻不在轰击着材料表面的辐射,另外还得撑过登月舱在月球发射时产生的羽流。


于是,上世纪60年代,以聚酰亚胺纤维改进酚醛树脂性能,用于洲际弹道导弹弹头的研究和用聚酰亚胺来缠绕固体火箭发动机外壳的研究就开始入雨后春笋一般地开展了起来。



杜邦PVF薄膜,用于空中客车航空用品


2014年,杜邦与空中客车宣布,双方已签署杜邦Tedlar聚氟乙烯(PVF)薄膜产品的战略供应协议,用于制造包括空中客车在内的EADS航空产品。



杜邦Tedlar聚氟乙烯(PVF)薄膜为航天产品制造业带来最大的设计弹性,打造更具吸引力、容易清洁与耐磨的客舱区域。


协议规定,杜邦将向EADS全球所有承包商供应Tedlar PVF薄膜,用于航空领域的各种应用。



绝缘膜,用于太阳能飞机电池和飞行员保温


2015年3月2日,全球最大太阳能飞机“阳光动力”,从阿联酋首都阿布扎比起飞,开始首次环球飞行。


为了满足昼夜飞行的需求,以及推广绿色能源的理念,该飞机发动机吊舱中安装了633公斤重的锂离子电池。这样,太阳能电池板所产生的电量,除了供飞机日间飞行外,还可以实现夜间飞行。


阳光动力2号的一大创新就是应用了许多新型的复合材料绝缘膜,能为电池和飞行员保温,这种绝缘膜也可运用在一些冰箱和冷冻产品上了。



超薄橡胶膜,用于飞机蜂窝板可降噪


美国研究出一新技术,开发出新型超薄橡胶膜,能有效阻隔噪音。


新型超薄橡胶膜仅有0.25毫米厚度,是由麻省理工学院与北卡罗莱纳州立大学所共同研究开发。


由于构成飞机地板、天花板等的蜂窝板重量轻、且相当牢固,但却无法有效阻挡噪音,因此若将新型超薄橡胶膜覆盖上去,将可反弹外来音波,大幅减噪。


根据了解,新型超薄橡胶膜对500赫兹以下的低频音波最为有效,且成本相当低廉,重量更是仅有蜂窝板的6%,安装后,并不会增加飞机的重量,因此对油耗也不会造成影响。



智能调光膜,用于波音787电控变色舷窗


波音787采用了PPG公司生产的交互式舷窗系统,其电控变色技术来自Gentex公司的专利,这种技术最早应用在汽车上。


787“魔窗”的秘密 :改变透光度的电控变色舷窗


交互式舷窗系统允许乘客为舷窗设定不同级别的透光度,也可以由乘务员统一控制。电控变色舷窗不仅提供了透光控制功能,还使内饰更加美观,并改进了飞机的舒适性。


电控变色技术的原理是使用电能来改变夹在两层玻璃之间的导电介质(例如薄膜或凝胶薄层等)的颜色。


通过调整小幅增加或降低电压,就可以获得所需要的透光度;发生意外断电时,舷窗会变成完全透明。



石墨烯薄膜,用于飞机桨叶实时除冰


2016年,美国莱斯大学官方网站宣称,该校开发的薄薄一层石墨烯环氧树脂纳米带已被证明能有效融化直升机桨叶上的冰。


研究人员在零下20摄氏度气温环境下,成功将静态直升机旋翼桨叶上几厘米厚的冰层融化。他们只需施加很小的电压,涂层就会将电热传到桨叶表面,融化掉覆盖其上的冰层。


这种石墨烯复合材料能够在300摄氏度以上保持稳定性,还能帮助飞机避免雷击并提供一层额外的电磁屏障。


来源:薄膜新材网

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