平流层飞艇蒙皮材料的研究
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文章将对研制平流层飞艇中感兴趣的, 涉及到 有关材料的问题予以阐述。
2 浮升气体对艇体材料的影响
飞艇是利用轻于空气的气体为介质的浮空器。 轻于空气的气体很多, 如甲烷、氮气、氢气、氦气、甚
顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
63
至经过加热的空气。但要作为平流层飞艇的浮升气 体, 从目前来看主要是氢气与氦气, 平流层飞艇设计 工作高度, 一般是在 18~ 24km 左右, 由于在该高度 的空气密度仅为地面的 1/ 14。因此, 即使携带较少 的有效载荷也需要制作很大体积的飞艇, 才能胜任。 飞艇选 择何 种轻质 气体作 为浮 升气体 是重 要的。 1937 年兴登堡 D- L129 飞艇在美国新泽西州莱克 赫斯特基地着陆时着火爆炸, 30 多人罹难。之后, 氢气己退出应用于飞艇的历史舞台, 美国联邦航空 管理局也禁止使用氢气作为飞艇的浮力气体。但如 今科技的发展, 浮升气体的用途越来越广, 量也越来 越大。因此, 许多学者重新提出使用氢气作为飞艇 的浮升气体。应当考虑到, 平流层飞艇必竟不是载 人的, 况且在出现兴登堡飞艇灾难前, 用氢气作为工 质已经平安地工作在几十艘艇上。科学的发展, 措 施的有效, 使得使用氢气为工质的飞艇又有了希望。 浮升气 体的性能 见表 1。但使用 氢气作为 浮升气 体, 由于氢分子比氦分子更小, 对材料的防渗透性能 要求将会更高。
1. 38~ 1. 41 2. 55 1. 45
2. 1~ 2. 3
350~ 700 250~ 1000 1000~ 1300 3400~ 3700 2400~ 2700 160~ 380
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极限拉应变/ ( % )
6~ 15 15~ 25 8~ 20 3. 3~ 4. 8 1. 5~ 2. 4 百度文库3~ 32
2) 质量要轻, 200g/ m2 ~ 300g/ m2, 如果过高的材 料面密度使飞艇的净浮力极大的丧失, 难以升到平 流层高度;
3) 耐环境 ( 耐候性) 性能要好, 环境因素包括高 低温、湿度、超强紫外线辐射、耐臭氧等;
4) 阻氦气渗漏性能强, 不论平流层飞艇采用氢 气或氦气为浮升气体, 都需长期工作, 阻氦气渗漏性 能显得十分非常重要、由于氢气分子比氦气分子更 小, 采用氢气为浮升气体时对材料阻渗漏性能要求 会更高, 平流层飞艇蒙皮材料阻氦气渗漏性能应为 0122 L/ m2d1A~ 1114L / m2d1A;
图 2 中还示出了内外专用粘接带的结构及艇膜的材 料性能。无疑, 制造这种艇膜工艺复杂, 却也代表了 当代的技术水平。外气囊膜面密度要小, 特别是对 平流层飞艇的艇膜更是如此, 几种可参考的艇膜性 能要求见表 2。
飞艇
美国海军飞艇 YEZ 2A Skyship 系列 5153 Goodyear GZ- 20 Lindstrand HALE
弹性 模量/ Gpa
4. 5~ 9 50~ 60 10~ 15 72~ 77 120~ 140 0. 7~ 41
( 2) 阻氦层 阻氦层、抗老化层和表面层都可用涂层浸泡或 薄膜复 合材料。常用 的有 Tedlar、聚 亚胺酯、PVDF ( 聚偏二 氟乙烯) 薄膜、EVOH ( 乙烯 - 乙烯 醇聚合 物) 、聚 乙烯、聚酯、PVC。其中 Tedlar 可用 15 ~ 20 年, 抗渗透率、抗霉菌性能都高, 典型外气囊膜渗透 氦气约 012 L/ m21d1A~ 1114L/ m21d1A。采用阻氦层 PVDC 膜 EVAL 膜有更好的性能, 它耐酸、碱、难溶, 并且可以在很宽的温度范围内使用, 具有非常好的 光稳定性, 是作为耐环境气候层的理想材料。替代 Tedlar 的内囊材 料可选 择聚 氯乙 烯, 但 性能 稍差。 轻质阻氦材料技术, 也可用于层间融接。 ( 3) 粘接层 粘接层是用于飞艇材料内承力结构的粘接、纤 维基布各涂层以及面层之间的胶粘剂胶合层, 胶粘 剂胶合主要的化合物有聚亚胺酯和聚碳酸酯, 聚亚 胺酯比较便宜, 而聚碳酸酯抗紫外线能力强, 适用于 外膜。涂覆粘接剂不仅用于层材间不同层之间的层 合, 同时用于膜片焊合缝, 涂覆剂的粘着力强弱反映 膜片的焊接强度。目前可以选为粘接剂的材料非常 有限。杜邦公司 的弹性聚酯 Hytrel, 已作为粘接剂 应用在艇膜材料的粘接上。 ( 4) 耐气候层( 防老化层、耐环境层) 耐气候层主要是防紫外线辐射, 目前还没有非 常理想的防老化材料。高分子氟化物是目前耐环境 最好的材料, 但它也必须添加防老化剂, 以避免紫外 线通过氟化层伤害到艇膜的内层材料。选用聚偏二 氟乙烯 PFDF、聚氟乙烯 PVF 膜( Tedlar) , 在耐弯折、 耐磨损、自洁性方面都有不错的表现。用 PVF 涂层 的膜具有轻质、高强、弹性系数大, 尺寸稳定、伸长变 形小、自洁性好、还有气密性优的特点。目前国内外 防老化层也有使用 TPU, 它也有良好的热封强度、柔 韧性, 和耐高低温性能。但对内层纤维的防老化还 要靠添加耐老化的添加剂来完成。耐气候层结构薄
用于高空飞艇、飞船及航天飞行器。不同材料
纤维的特性见表 3
纤维材料
有机纤维 尼龙纤维 聚酯纤维 玻璃纤维 芳香尼龙纤维( 高弹型) 聚四氟乙烯纤维
顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
表 3 飞艇不同材料纤维的特性
体密度/ ( g/ cm3)
抗拉极 限强度/ ( N/ mm2 )
1. 5~ 1. 54 1. 14
氦气 空气
01168kg/ m3 10135N/ m3 限、价格高、用于飞艇技 术成熟
11225kg/ m3
3 平流层飞艇的材料
311 对平流层飞艇的材料要求 不管使用的浮升气体是氢气或氦气, 由于飞艇
是工作在平流层特殊的环境中, 因此对平流层飞艇 蒙皮材料都有如下要求。
1) 强度要高, 因为材料强度取决于飞艇的体积, 平流层飞艇蒙皮材料 的强度应大于 5000 N/ 5cm ~ 6500N/ 5cm, ( 按 200m 级, 数 十万 立方 米容 积的 飞 艇, 内外压差为 3% , 安全系数约为 113~ 117) ;
5) 其它性能, 如抗皱折、为保持飞艇外型所需的 抗蠕变性能、缝合工艺性及易于修补性能都应当优 良。 312 平流层飞艇的蒙皮材料
一般非刚性飞艇的蒙皮材料主要由耐气候层、 阻氦层、主结构层、粘贴层 4 种主要层组成。现代外 气囊膜多为层合式复合材料, 见图 1。
图 1 典型层合膜构造
为了使蒙皮基布纤维耐久防水, 需对膜材进行 四氟乙烯涂层( PTFE, 商品名为 Teflon) 、硅树脂、氟 纤维双面涂覆或粘合薄膜, 涂覆粘接剂同时也可用 化物表面涂层或薄膜。PVC 涂层弹性柔韧性好, 抗 于膜片融合, 涂覆剂粘着力强弱会直接影响膜材焊 紫外线能力低, 抗菌抗腐蚀性较差, 阻燃, 自洁耐久 ( 层) 合的强度, 如果粘接力非常低, 还必须用其它连 性差, 具有十年的保质, 通常用于尼龙纤维、聚酯纤 接方法。作为涂层材料可有聚氯乙烯涂层 PVC, 聚 维膜表面涂层 及基底涂层。Teflon 涂层耐腐蚀、防
64
顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
潮、防菌、防老 化, 耐高温、耐酸性、难燃, ( 2800 C 以 上高温才会 分解) , 颜 色呈乳 白色, 保质期 大于 30 年, 常为 玻璃纤维 膜表面涂 层。图 2 是英 国 Lindstrand 公司平流层飞艇 的艇膜材料的 设计结构图。 它是把太阳能电池也全部都集成在飞艇的艇膜上,
由于平流层飞艇不是低空飞艇, 在研制的许多 概念上, 如工作环境、蒙皮材料、能源、动力推进等关 键技术上都是截然不同于低空飞艇, 许多方面临着 极大的挑战。其中最首要的问题是飞艇的材料。平 流层飞艇的蒙皮材料必须采用高强度、阻氦气渗漏
收稿日期: 2006- 09- 12
性能最佳、耐侯性最好的轻质材料。否则无法研制 实用的平流层飞艇。众所周知, 同样的有效载荷的 低空艇就不需要做得很大, 而平流层飞艇却要做得 很大。因为, 处在相同内外压差条件下的飞艇, 大直 径的飞艇迫使飞艇要有足够高强度的材料支持。况 且平流层上的昼夜温差、高辐射、高臭氧的特殊复杂 环境要求, 更增加了研制平流层飞艇蒙皮材料的难 度。
热解) , 还有非常好的抗蠕变性、耐化学和耐磨损性 能。目前 PBO 纤维己被日本东洋纺公司以 Zylon( 基 龙) 商品名生产, 上海交通大学也己小试成功, 中试 正在进行中。PBO 因具有轻质高强、高弹性模量、高 比强、高比刚度, 尺寸稳定性好的特点, 已在许多应 用领域中发挥了很大作用, 并形成了这些材料的特 有市场。PET ( 聚 乙稀对苯 二酸酯) 商品 名为 Mylar 是属于聚酯纤维的一种现代高性能膜, 也适用于做 内囊膜。它具有轻质高强, 在- 70 e ~ 150 e 范围内 可维持稳定的能性状态。膜密度 1138g/ cm3。伸长 率 50% ~ 130% , 强度 172 N/ mm2, 模量约 318 Gpa。
Key Words Stratospheric Airships Material Membrane research
1 概述
平流层飞艇是随着科学技术不断发展起来的一 种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航 空层中的飞机、低空飞艇, 也不同于工作在低轨道上 的卫星, 它有非常广泛军事及民用价值, 是集高空观 察、通信于一体的新颖的通用航天器平台。因而广 受各国科学工作者青睐。
表 1 浮升气体的特性( 海 拔高度)
介质
质量
浮力
优缺点
热气球中 的空气 01906kg/ m3 3113N/ m3
氢气 01085kg/ m3 1112N/ m3
浮力低、加热 需 要 采用 其它能源与技术 浮力 大、易 燃、易 爆、生 产相对容易、价 格便宜、 易实现自给 浮 力 大、安 全、资 源 有
抗拉强度/ ( kN/ 5cm)
5. 25 1. 85 1. 45 7. 3 6. 8
31211 艇体材料中的各层的选择 ( 1) 承力层 作为主结构的承力层纤维材料有合成纤维、织
物纤维、聚酯尼龙、聚乙烯、聚酰亚胺、芳烃聚酰胺以
及最近研制成的 PBO、PA、PET、PFA、FEP 高强纤维。 根据承重织物层的性能要求, 蒙皮主结构材料有聚 酯类织物( polyester) , 如 Vectran、Mylar、PBO 等。而在 这些材料中首选强力重量比最高材料是 Vectran 及 PBO。Vectran 优点是可从商用渠道 购置, PBO 材料 主要特点是能减轻系统质量。PBO 它是一种新型聚 酯纤 维, 全 名为 聚 苯 并 恶 唑 ( Poly - Benzol - Oxylene) 。PBO 有超过所有其他纤维的比强度和比刚度 值, 前途显得非常光明。PBO 显示出非常高的耐热 性, 并有特别高的热稳定性( 6000C~ 7000C 范围开始
航天返回与遥感
第 28 卷第 1 期
62
SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING
2007 年 03 月
平流层飞艇蒙皮材料的研究
顾正铭
( 北京空间机电研究所, 北京 100076)
摘 要 文章介绍了飞艇蒙皮材料的组成与选择, 并对当前平流层飞艇研制中有关材料方面的某些问 题, 如飞艇主结构层材料的组成与特性、飞艇内外气囊材料的膜材、纤维的配置织法、主结构纤维的涂层前 工艺、飞艇气囊膜片的连接等方面进行了分析与介绍。以供在研制平流层飞艇的膜材时作参考。
平流层飞 艇( 200m 级)
图 2 英国 L indstrand 公司平流层飞艇的艇膜材料结构 表 2 艇膜性能
飞艇体积/ m3
70800 6666 1. 8@ 105 2@ 105 ~ 4 @ 105
面密度/ ( kg/ m2) 0. 44
0. 37~ 0. 40 0. 37 0. 295 0. 21
关键词 平流层飞艇 材料 研制
Research of Stratospheric Airships. Skin Material
Gu Zhengming
( Beijing Institute of Space M echanics & Electricity, Beijing 100076)
Abstract This report introduces the const itute and choice of stratospheric airships. skin material, and analyzes some problems about material in the course of stratospheric airships. study, such as the constitute and characteristic of the main structure layer. s material of stratospheric airships, the membrane of the airship. s ballonets, knitt ing of the fiber, the coating process of the main structure fiber and the connection of the airship. s ballonets membrane slices1 When the membrane of stratospheric airships is studied, this report can be referred to1
2 浮升气体对艇体材料的影响
飞艇是利用轻于空气的气体为介质的浮空器。 轻于空气的气体很多, 如甲烷、氮气、氢气、氦气、甚
顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
63
至经过加热的空气。但要作为平流层飞艇的浮升气 体, 从目前来看主要是氢气与氦气, 平流层飞艇设计 工作高度, 一般是在 18~ 24km 左右, 由于在该高度 的空气密度仅为地面的 1/ 14。因此, 即使携带较少 的有效载荷也需要制作很大体积的飞艇, 才能胜任。 飞艇选 择何 种轻质 气体作 为浮 升气体 是重 要的。 1937 年兴登堡 D- L129 飞艇在美国新泽西州莱克 赫斯特基地着陆时着火爆炸, 30 多人罹难。之后, 氢气己退出应用于飞艇的历史舞台, 美国联邦航空 管理局也禁止使用氢气作为飞艇的浮力气体。但如 今科技的发展, 浮升气体的用途越来越广, 量也越来 越大。因此, 许多学者重新提出使用氢气作为飞艇 的浮升气体。应当考虑到, 平流层飞艇必竟不是载 人的, 况且在出现兴登堡飞艇灾难前, 用氢气作为工 质已经平安地工作在几十艘艇上。科学的发展, 措 施的有效, 使得使用氢气为工质的飞艇又有了希望。 浮升气 体的性能 见表 1。但使用 氢气作为 浮升气 体, 由于氢分子比氦分子更小, 对材料的防渗透性能 要求将会更高。
1. 38~ 1. 41 2. 55 1. 45
2. 1~ 2. 3
350~ 700 250~ 1000 1000~ 1300 3400~ 3700 2400~ 2700 160~ 380
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极限拉应变/ ( % )
6~ 15 15~ 25 8~ 20 3. 3~ 4. 8 1. 5~ 2. 4 百度文库3~ 32
2) 质量要轻, 200g/ m2 ~ 300g/ m2, 如果过高的材 料面密度使飞艇的净浮力极大的丧失, 难以升到平 流层高度;
3) 耐环境 ( 耐候性) 性能要好, 环境因素包括高 低温、湿度、超强紫外线辐射、耐臭氧等;
4) 阻氦气渗漏性能强, 不论平流层飞艇采用氢 气或氦气为浮升气体, 都需长期工作, 阻氦气渗漏性 能显得十分非常重要、由于氢气分子比氦气分子更 小, 采用氢气为浮升气体时对材料阻渗漏性能要求 会更高, 平流层飞艇蒙皮材料阻氦气渗漏性能应为 0122 L/ m2d1A~ 1114L / m2d1A;
图 2 中还示出了内外专用粘接带的结构及艇膜的材 料性能。无疑, 制造这种艇膜工艺复杂, 却也代表了 当代的技术水平。外气囊膜面密度要小, 特别是对 平流层飞艇的艇膜更是如此, 几种可参考的艇膜性 能要求见表 2。
飞艇
美国海军飞艇 YEZ 2A Skyship 系列 5153 Goodyear GZ- 20 Lindstrand HALE
弹性 模量/ Gpa
4. 5~ 9 50~ 60 10~ 15 72~ 77 120~ 140 0. 7~ 41
( 2) 阻氦层 阻氦层、抗老化层和表面层都可用涂层浸泡或 薄膜复 合材料。常用 的有 Tedlar、聚 亚胺酯、PVDF ( 聚偏二 氟乙烯) 薄膜、EVOH ( 乙烯 - 乙烯 醇聚合 物) 、聚 乙烯、聚酯、PVC。其中 Tedlar 可用 15 ~ 20 年, 抗渗透率、抗霉菌性能都高, 典型外气囊膜渗透 氦气约 012 L/ m21d1A~ 1114L/ m21d1A。采用阻氦层 PVDC 膜 EVAL 膜有更好的性能, 它耐酸、碱、难溶, 并且可以在很宽的温度范围内使用, 具有非常好的 光稳定性, 是作为耐环境气候层的理想材料。替代 Tedlar 的内囊材 料可选 择聚 氯乙 烯, 但 性能 稍差。 轻质阻氦材料技术, 也可用于层间融接。 ( 3) 粘接层 粘接层是用于飞艇材料内承力结构的粘接、纤 维基布各涂层以及面层之间的胶粘剂胶合层, 胶粘 剂胶合主要的化合物有聚亚胺酯和聚碳酸酯, 聚亚 胺酯比较便宜, 而聚碳酸酯抗紫外线能力强, 适用于 外膜。涂覆粘接剂不仅用于层材间不同层之间的层 合, 同时用于膜片焊合缝, 涂覆剂的粘着力强弱反映 膜片的焊接强度。目前可以选为粘接剂的材料非常 有限。杜邦公司 的弹性聚酯 Hytrel, 已作为粘接剂 应用在艇膜材料的粘接上。 ( 4) 耐气候层( 防老化层、耐环境层) 耐气候层主要是防紫外线辐射, 目前还没有非 常理想的防老化材料。高分子氟化物是目前耐环境 最好的材料, 但它也必须添加防老化剂, 以避免紫外 线通过氟化层伤害到艇膜的内层材料。选用聚偏二 氟乙烯 PFDF、聚氟乙烯 PVF 膜( Tedlar) , 在耐弯折、 耐磨损、自洁性方面都有不错的表现。用 PVF 涂层 的膜具有轻质、高强、弹性系数大, 尺寸稳定、伸长变 形小、自洁性好、还有气密性优的特点。目前国内外 防老化层也有使用 TPU, 它也有良好的热封强度、柔 韧性, 和耐高低温性能。但对内层纤维的防老化还 要靠添加耐老化的添加剂来完成。耐气候层结构薄
用于高空飞艇、飞船及航天飞行器。不同材料
纤维的特性见表 3
纤维材料
有机纤维 尼龙纤维 聚酯纤维 玻璃纤维 芳香尼龙纤维( 高弹型) 聚四氟乙烯纤维
顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
表 3 飞艇不同材料纤维的特性
体密度/ ( g/ cm3)
抗拉极 限强度/ ( N/ mm2 )
1. 5~ 1. 54 1. 14
氦气 空气
01168kg/ m3 10135N/ m3 限、价格高、用于飞艇技 术成熟
11225kg/ m3
3 平流层飞艇的材料
311 对平流层飞艇的材料要求 不管使用的浮升气体是氢气或氦气, 由于飞艇
是工作在平流层特殊的环境中, 因此对平流层飞艇 蒙皮材料都有如下要求。
1) 强度要高, 因为材料强度取决于飞艇的体积, 平流层飞艇蒙皮材料 的强度应大于 5000 N/ 5cm ~ 6500N/ 5cm, ( 按 200m 级, 数 十万 立方 米容 积的 飞 艇, 内外压差为 3% , 安全系数约为 113~ 117) ;
5) 其它性能, 如抗皱折、为保持飞艇外型所需的 抗蠕变性能、缝合工艺性及易于修补性能都应当优 良。 312 平流层飞艇的蒙皮材料
一般非刚性飞艇的蒙皮材料主要由耐气候层、 阻氦层、主结构层、粘贴层 4 种主要层组成。现代外 气囊膜多为层合式复合材料, 见图 1。
图 1 典型层合膜构造
为了使蒙皮基布纤维耐久防水, 需对膜材进行 四氟乙烯涂层( PTFE, 商品名为 Teflon) 、硅树脂、氟 纤维双面涂覆或粘合薄膜, 涂覆粘接剂同时也可用 化物表面涂层或薄膜。PVC 涂层弹性柔韧性好, 抗 于膜片融合, 涂覆剂粘着力强弱会直接影响膜材焊 紫外线能力低, 抗菌抗腐蚀性较差, 阻燃, 自洁耐久 ( 层) 合的强度, 如果粘接力非常低, 还必须用其它连 性差, 具有十年的保质, 通常用于尼龙纤维、聚酯纤 接方法。作为涂层材料可有聚氯乙烯涂层 PVC, 聚 维膜表面涂层 及基底涂层。Teflon 涂层耐腐蚀、防
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顾正铭: 平流层飞艇蒙皮材料 的研究
潮、防菌、防老 化, 耐高温、耐酸性、难燃, ( 2800 C 以 上高温才会 分解) , 颜 色呈乳 白色, 保质期 大于 30 年, 常为 玻璃纤维 膜表面涂 层。图 2 是英 国 Lindstrand 公司平流层飞艇 的艇膜材料的 设计结构图。 它是把太阳能电池也全部都集成在飞艇的艇膜上,
由于平流层飞艇不是低空飞艇, 在研制的许多 概念上, 如工作环境、蒙皮材料、能源、动力推进等关 键技术上都是截然不同于低空飞艇, 许多方面临着 极大的挑战。其中最首要的问题是飞艇的材料。平 流层飞艇的蒙皮材料必须采用高强度、阻氦气渗漏
收稿日期: 2006- 09- 12
性能最佳、耐侯性最好的轻质材料。否则无法研制 实用的平流层飞艇。众所周知, 同样的有效载荷的 低空艇就不需要做得很大, 而平流层飞艇却要做得 很大。因为, 处在相同内外压差条件下的飞艇, 大直 径的飞艇迫使飞艇要有足够高强度的材料支持。况 且平流层上的昼夜温差、高辐射、高臭氧的特殊复杂 环境要求, 更增加了研制平流层飞艇蒙皮材料的难 度。
热解) , 还有非常好的抗蠕变性、耐化学和耐磨损性 能。目前 PBO 纤维己被日本东洋纺公司以 Zylon( 基 龙) 商品名生产, 上海交通大学也己小试成功, 中试 正在进行中。PBO 因具有轻质高强、高弹性模量、高 比强、高比刚度, 尺寸稳定性好的特点, 已在许多应 用领域中发挥了很大作用, 并形成了这些材料的特 有市场。PET ( 聚 乙稀对苯 二酸酯) 商品 名为 Mylar 是属于聚酯纤维的一种现代高性能膜, 也适用于做 内囊膜。它具有轻质高强, 在- 70 e ~ 150 e 范围内 可维持稳定的能性状态。膜密度 1138g/ cm3。伸长 率 50% ~ 130% , 强度 172 N/ mm2, 模量约 318 Gpa。
Key Words Stratospheric Airships Material Membrane research
1 概述
平流层飞艇是随着科学技术不断发展起来的一 种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航 空层中的飞机、低空飞艇, 也不同于工作在低轨道上 的卫星, 它有非常广泛军事及民用价值, 是集高空观 察、通信于一体的新颖的通用航天器平台。因而广 受各国科学工作者青睐。
表 1 浮升气体的特性( 海 拔高度)
介质
质量
浮力
优缺点
热气球中 的空气 01906kg/ m3 3113N/ m3
氢气 01085kg/ m3 1112N/ m3
浮力低、加热 需 要 采用 其它能源与技术 浮力 大、易 燃、易 爆、生 产相对容易、价 格便宜、 易实现自给 浮 力 大、安 全、资 源 有
抗拉强度/ ( kN/ 5cm)
5. 25 1. 85 1. 45 7. 3 6. 8
31211 艇体材料中的各层的选择 ( 1) 承力层 作为主结构的承力层纤维材料有合成纤维、织
物纤维、聚酯尼龙、聚乙烯、聚酰亚胺、芳烃聚酰胺以
及最近研制成的 PBO、PA、PET、PFA、FEP 高强纤维。 根据承重织物层的性能要求, 蒙皮主结构材料有聚 酯类织物( polyester) , 如 Vectran、Mylar、PBO 等。而在 这些材料中首选强力重量比最高材料是 Vectran 及 PBO。Vectran 优点是可从商用渠道 购置, PBO 材料 主要特点是能减轻系统质量。PBO 它是一种新型聚 酯纤 维, 全 名为 聚 苯 并 恶 唑 ( Poly - Benzol - Oxylene) 。PBO 有超过所有其他纤维的比强度和比刚度 值, 前途显得非常光明。PBO 显示出非常高的耐热 性, 并有特别高的热稳定性( 6000C~ 7000C 范围开始
航天返回与遥感
第 28 卷第 1 期
62
SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING
2007 年 03 月
平流层飞艇蒙皮材料的研究
顾正铭
( 北京空间机电研究所, 北京 100076)
摘 要 文章介绍了飞艇蒙皮材料的组成与选择, 并对当前平流层飞艇研制中有关材料方面的某些问 题, 如飞艇主结构层材料的组成与特性、飞艇内外气囊材料的膜材、纤维的配置织法、主结构纤维的涂层前 工艺、飞艇气囊膜片的连接等方面进行了分析与介绍。以供在研制平流层飞艇的膜材时作参考。
平流层飞 艇( 200m 级)
图 2 英国 L indstrand 公司平流层飞艇的艇膜材料结构 表 2 艇膜性能
飞艇体积/ m3
70800 6666 1. 8@ 105 2@ 105 ~ 4 @ 105
面密度/ ( kg/ m2) 0. 44
0. 37~ 0. 40 0. 37 0. 295 0. 21
关键词 平流层飞艇 材料 研制
Research of Stratospheric Airships. Skin Material
Gu Zhengming
( Beijing Institute of Space M echanics & Electricity, Beijing 100076)
Abstract This report introduces the const itute and choice of stratospheric airships. skin material, and analyzes some problems about material in the course of stratospheric airships. study, such as the constitute and characteristic of the main structure layer. s material of stratospheric airships, the membrane of the airship. s ballonets, knitt ing of the fiber, the coating process of the main structure fiber and the connection of the airship. s ballonets membrane slices1 When the membrane of stratospheric airships is studied, this report can be referred to1