返回复合材料在导弹和运载火箭上的应用为了赋予有效载荷所需的动能,导弹和运载火箭必须携带大量燃料,通常其有效载荷占总结构质量的比例不到5%,因此,火箭和导弹有非常强烈的结构轻量化需求。如战略导弹固体火箭发动机第三级结构质量每减少1kg可增加射程16km,弹头质量每减少1kg可增加射程20km,运载火箭结构质量每减少1kg可以节省发射成本1万美元以上。
复合材料在导弹和运载火箭上的应用经历了从玻璃钢到先进复合材料的发展过程。20世纪60年代初,用玻璃钢制作的“北极星”A-3导弹的发动机壳体,比“北极星”A-1所用的合金钢壳体减重60%,此后采用芳纶纤维和碳纤维复合材料制作发动机壳体,获得了更加显著的减重效果。美国空军实验室设计制造了以碳纤维增强复合材料为加强筋的AGS整流罩,比同样结构的铝合金整流罩减重60%。美国“三叉戟-1”潜地导弹仪器舱采用碳纤维、石墨纤维复合材料部件,比铝合金部件轻25%~30%,减重效果非常显著,而“三叉戟-2”仪器舱采用整体复合材料“交叉梁”结构,进一步减轻了结构质量。固体火箭发动机(SRM)中的喉衬、扩张段、延伸出口锥结构需要承受发射时的高温烧蚀,20世纪70年代,首次采用多维编织增强体的高密度沥青基碳/碳复合材料制作了SRM喉衬,有力推动了SRM喷管材料的发展,而采用碳/碳复合材料大大降低了烧蚀率,使喷管效率提高了1%~3%,并大大提高了SRM的比冲。
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