"Flying Sky" Dream - Pursuit Armed High - Tech, Domestic Carbon Fiber Fighting Aerospace Application Market

"Notre voyage est la mer des étoiles."

Le 17 juin, le vaisseau spatial habité Shenzhou 12 a envoyé avec succès nie haisheng, Liu Boming et Tang Hongbo dans l'espace.Après que le vaisseau spatial habité Shenzhou 12 ait réussi à se rencontrer et à s'amarrer rapidement avec le module Tianhe et le module central, trois astronautes sont entrés dans le module Tianhe et le module central.C'est la première fois que les chinois entrent dans leur propre station spatiale.

"Shenzhou 12 navigue vers le soleil et se dirige vers xiaohan!J'ai été témoin, comme tout le monde, devant la télévision de ce moment historique passionnant et passionnant.Zhao LiJian, porte - parole du Ministère des affaires étrangères, a déclaré lors d'une conférence de presse régulière ce jour - là que l'exploration de l'univers est le rêve commun de toute l'humanité.

La percée et le développement continus de la technologie spatiale habitée de notre pays ne peuvent être séparés de l'effort des astronautes et de l'escorte de nouveaux matériaux avancés.

Selon les informations publiées par China Aerospace Science and Technology Group, le vaisseau spatial est équipé d'une tige de commande en fibre de carbone à haute résistance spécifique et confortable à manipuler.Pendant le lancement et le retour de l'engin spatial, le corps de l'astronaute était fermement attaché à son siège et ne pouvait pas se pencher vers l'avant pour faire fonctionner divers équipements du tableau de bord.Le joystick est conçu pour résoudre ce problème.Le corps de la tige de commande est conçu pour être télescopique sans pôle. L'astronaute peut ajuster la longueur de la tige de commande dans une certaine plage en fonction des conditions du site.

À l'échelle mondiale, l'aérospatiale a été un domaine d'application clé des fibres de carbone et de leurs composites.La mission importante des nouveaux matériaux avancés est de répondre aux besoins stratégiques nationaux importants tels que l'espace profond et les grands fonds marins.

À l'heure actuelle, après 20 ans d'industrialisation rapide, quelles nouvelles percées ont été réalisées dans l'exploration de l'application de la fibre de carbone dans le domaine de l'aérospatiale en Chine?Quelles sont les tendances futures?

Équipement aérospatial « léger»

Préférence pour les composites de fibres de carbone

Dans le domaine de l'aérospatiale mondiale, « une génération de matériaux, une génération d'équipements » est un dicton bien connu.

Une personne de l'industrie de l'aviation a souligné que les matériaux aéronautiques constituent la base du développement de l'industrie aéronautique.Le développement de l'industrie de l'aviation est étroitement lié à l'application innovante de matériaux de carrosserie, de matériaux de construction, de matériaux de moteurs et de divers matériaux de composants.L'utilisation de matériaux avancés est une garantie importante pour la haute performance, la légèreté, la haute fiabilité, la longue durée de vie et le faible coût de l'aéronef.

Zhang xuejun, ingénieur en chef adjoint de l'Institut de recherche sur les matériaux aéronautiques de Beijing, a déclaré publiquement précédemment que pour les aéronefs et les moteurs, les matériaux doivent être légers, à haute résistance, résistants à haute température, avec une structure à faible défaut et à haute stabilité, ce qui est un problème qui doit être résolu dans la fabrication d'additifs pour les matériaux aéronautiques.

Les composites de fibres de carbone (CFRP) sont des matériaux de haute technologie reconnus dans le monde entier comme ayant des caractéristiques de haute performance et de poids léger.

Le Directeur du D épartement R & D d'une entreprise nationale bien connue de fibres de carbone a d éclaré aux journalistes que, du point de vue de la résistance spécifique, la résistance à la traction de l'acier ordinaire est d'environ 600mpa ~ 800mpa, tandis que la résistance à la traction de la fibre de carbone de qualité générale est d'environ 3500mpa et plus, c'est - à - dire, la résistance de la fibre de carbone est environ 4 ~ 6 fois celle de l'acier.En termes de densité, l'acier 45 a une densité de 7,85 G / cm3, tandis que la fibre de carbone t300 a une densité de 1,76 G / cm3 et la fibre de carbone T700 une densité de 1,8 g / cm3, soit moins du quart de celle de l'acier.Cela signifie que la fibre de carbone, qui pèse le même poids que l'acier, peut supporter plus de 20 fois la charge de l'acier.La densité de l'alliage d'aluminium est d'environ 2,7 G / cm3, tandis que celle des composites à matrice de résine renforcée de fibres de carbone peut être inférieure à 2 G / cm3 si elle est bien faite.Entre - temps, la fibre de carbone présente également des caractéristiques exceptionnelles de résistance à haute température et à la corrosion.Par exemple, sans oxygène, la fibre de carbone peut résister à une température élevée de 3000 degrés Celsius, ce qui est difficile à atteindre pour les matériaux métalliques ordinaires.

En raison de ses caractéristiques typiques de « poids léger et de haute résistance », l'aérospatiale est devenue un domaine d'application clé de la fibre de carbone mondiale et de ses composites.

Le rapport sur le marché mondial des composites de fibres de carbone en 2020 (ci - après dénommé « rapport») publié précédemment par Guangzhou Saio Carbon Fiber Technology Co., Ltd. A montré qu'en 2020, la quantité totale de fibres de carbone utilisées dans le monde était de 106 680 tonnes, soit 16 450 tonnes, soit environ 15%.En fait, c'était plus élevé depuis des années.Le rapport sur le marché mondial des composites de fibres de carbone pour 2019 montre que la consommation mondiale totale de fibres de carbone était de 103 700 tonnes cette année - là, dont 23 500 tonnes dans le secteur aérospatial.Ce n'est qu'en 2020 que le marché de l'aviation civile et de l'aviation d'affaires à l'étranger a fortement chuté en raison de l'épidémie mondiale, ce qui a entraîné une certaine baisse de la consommation de fibres de carbone.

Dans l'industrie militaire, les avions de chasse sont largement utilisés dans les composites de fibres de carbone.Selon le rapport, la consommation mondiale de fibres de carbone dans les aéronefs militaires en 2020 est d'environ 2 600 tonnes, soit environ 15,8% de la consommation mondiale totale de fibres de carbone dans l'aérospatiale.

En raison de la valeur stratégique de la fibre de carbone, les pays étrangers ont toujours mis en œuvre les « trois blocus » des produits, de la technologie et de l'équipement dans le domaine de la fibre de carbone.La technologie et les matériaux clés ne peuvent pas être « contrôlés par d'autres ». Pour assurer la sécurité de l'approvisionnement en matériaux indépendants dans le domaine de la défense nationale et de l'industrie militaire, l'industrie nationale des fibres de carbone est devenue la motivation la plus fondamentale pour surmonter les difficultés techniques de l'industrialisation étape par étape.

Depuis 2005, avec les nouvelles percées dans la technologie de préparation et d'industrialisation des fibres de carbone domestiques, les matériaux en fibre de carbone utilisés dans l'industrie militaire de la défense nationale de notre pays ont réussi à assurer un approvisionnement indépendant.

Le rapport indique qu'en 2020, la quantité totale de fibres de carbone utilisées sur le marché chinois était de 48 851 tonnes, dont environ 1 700 tonnes dans le domaine de l'aérospatiale (y compris une partie des fibres de carbone importées).

Guangwei composite est le leader du marché chinois des fibres de carbone pour l'industrie militaire.Les états financiers de la compagnie pour 2020 montrent que les ventes de la compagnie au client a au cours de la période se sont élevées à 982 millions de RMB, soit 46,42% des ventes annuelles totales de la compagnie.Au cours des 20 dernières années, guangwei a entrepris de nombreux projets dans le cadre du Programme national 863 et de grands projets nationaux de recherche scientifique et d'ingénierie, devenant ainsi la première entreprise à réaliser la localisation de l'équipement de base en fibre de carbone et à fournir des fibres de carbone domestiques pour les applications militaires et industrielles de la défense nationale.À l'heure actuelle, guangwei est le principal fournisseur de fibres de carbone dans l'industrie militaire chinoise.

« en tant que matériau stratégique à double usage, la technologie des matériaux en fibre de carbone est quelque peu subversive et permet aux matériaux polymères de devenir des matériaux structuraux.Si la fibre de carbone et ses composites peuvent être utilisés comme matériaux de remplacement de l'équipement, le poids de l'équipement peut être considérablement réduit dans une certaine mesure.Tous les types d'équipements de notre pays doivent être continuellement mis à niveau, la légèreté est un thème éternel.La réduction du poids de l'équipement aérospatial est effectuée en grammes.Si le poids du moteur de la fusée peut être réduit, sa portée augmentera considérablement;Si la masse de l'aéronef peut être réduite, sa consommation de carburant et ses émissions seront réduites en conséquence.C'est la principale raison pour laquelle les fibres de carbone et leurs composites sont de plus en plus populaires.Du shanyi, expert en mécanique structurale des aéronefs et en matériaux composites et académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie, a déclaré.

Industrie de l'aviation civile en Chine

Accélérer l'adoption de fibres de carbone autonomes

L'industrie de la fabrication d'aéronefs de pointe est généralement connue sous le nom de « couronne de la fabrication ».Au cours des dernières années, de nouvelles percées ont été réalisées dans l'application de la fibre de carbone domestique dans les domaines de l'aviation civile et de l'aérospatiale, après la réalisation réussie de la garantie indépendante des matériaux de fibre de carbone utilisés dans l'industrie militaire chinoise.En particulier au cours des deux dernières années, face à la situation internationale complexe et changeante, l'accélération de l'utilisation de composites nationaux autonomes dans le domaine de l'aviation civile est devenue une tendance générale.

Les avions commerciaux sont la priorité absolue.Du point de vue du marché mondial, au cours des dernières décennies, les compagnies aériennes bien connues des pays développés et les « géants » de la fibre de carbone ont collaboré au développement, ce qui a fait des aéronefs commerciaux un domaine d'application privilégié pour les composites de fibre de carbone.Par exemple, les composites de fibres de carbone sont largement utilisés sur les gros avions de ligne Boeing 787 et Airbus A350.

Le rapport indique qu'en 2020, la consommation mondiale de fibres de carbone dans l'aviation commerciale était d'environ 8 700 tonnes, soit environ 52,9% de la consommation mondiale totale de fibres de carbone dans l'aérospatiale.

En Chine, avec l'avancement continu du projet de fabrication de gros aéronefs nationaux, la coopération avec la fibre de carbone nationale est toujours en cours.En particulier, à l'horizon 2020, le processus a commencé à s'accélérer.

« depuis août 2020, le géant mondial de la fibre de carbone Dongli, au Japon, a mis en œuvre une interruption de l’approvisionnement en fibre de carbone pour la Chine.Cela nous permet de mieux comprendre que, dans la situation actuelle, l'approvisionnement en matériaux dans le domaine de l'aviation civile doit également prendre en main l'autonomie.Le chef d'une entreprise de fibre de carbone a exprimé ses sentiments aux journalistes.

Le chef du Département de la structure typique du Centre des matériaux composites de COMAC a déjà déclaré publiquement que l'utilisation des matériaux composites dans les gros avions de ligne s'étend de la structure portante secondaire de l'aile arrière à la structure portante principale du fuselage et de l'aile.Les matériaux composites sont largement utilisés dans les grands aéronefs nationaux C919 et le projet d'avion à large corps Chine - Russie cr929.À l'heure actuelle, les matériaux composites sont principalement utilisés dans la Section du fuselage arrière sur C919, et la proportion de matériaux composites est d'environ 12%.Ensuite, à l'exception du nez, le fuselage, l'aile et la queue du cr929 seront planifiés en matériaux composites, ce qui devrait représenter environ 50% de la consommation.

Dans l'interview, le reporter a appris que de nombreuses entreprises chinoises de fibres de carbone participent au projet de gros aéronefs nationaux.La personne responsable des matériaux composites de guangwei a déclaré publiquement: « les produits en fibre de carbone de guangwei ont été validés par PCD pour l'application C919 depuis de nombreuses années, mais ils n'ont pas encore été utilisés par lots;La préparation des matériaux est en cours pour l'application du cr929.

En plus des gros aéronefs commerciaux, les hélicoptères et les UAV sont également d'importants domaines d'application de la fibre de carbone et de ses matériaux composites, tels que les hélicoptères à haute altitude et les UAV utilisés dans l'agriculture.

Selon le rapport, la consommation mondiale de fibres de carbone par hélicoptère en 2020 est d'environ 1 500 tonnes, soit environ 9,1% de la consommation mondiale totale de fibres de carbone dans le domaine de l'aérospatiale;La consommation mondiale de drones est de 750 tonnes, soit environ 4,6%.

Dans ces domaines, l'application de fibres de carbone domestiques s'est également développée au cours des dernières années.De mai à juin de cette année, guangwei Plastics a annoncé qu'elle avait livré avec succès le fuselage arrière, l'aile arrière et l'aile avant du premier avion de transport sans pilote tp500 à l'Institut de vol no 1 de l'industrie aéronautique et à Yitong UAV Systems Co., Ltd., réalisant ainsi la livraison complète du fuselage et de l'aile arrière du premier avion de transport sans pilote tp500.

Il est entendu que le convoyeur sans pilote tp500 est principalement utilisé sur le marché du transport de marchandises sans pilote. L'ensemble du convoyeur est principalement conçu et fabriqué à partir de matériaux composites et est assemblé et relié par un processus intégré avancé de collage, ce qui réduit au minimum le poids de la structure et les coûts de production.La machine est principalement utilisée pour répondre aux besoins du marché du transport de marchandises sans pilote dans l'intérieur et les îles de la Chine, ainsi que dans les pays et régions de l'Asie du Sud - Est, du Moyen - Orient et de l'Afrique du Nord. Elle peut également être modifiée ultérieurement pour effectuer des missions telles que la cartographie par télédétection, l'ingénierie des figures humaines, le soutien des communications et les secours d'urgence.

La personne responsable ci - dessus de guangwei Plastics Co., Ltd. A présenté que le premier Institut de conception et de recherche d'a éronefs de l'industrie aéronautique est l'unit é de recherche globale, et Yitong UAV System Co., Ltd. Est l'unité d'assemblage globale. Guangwei Plastics Co., Ltd. A entrepris des tâches de recherche et de développement telles que l'assemblage de matériaux principaux, de pièces et de grandes pièces de prépreg de fibre de carbone, et a livré l'ensemble de l'aéronef au client pour l'assemblage et la mise en

« au cours des dernières années, guangwei composite a activement développé l'activité des matériaux composites d'UAV en fonction de ses avantages dans l'ensemble de la chaîne industrielle de la fibre de carbone et des matériaux composites. Actuellement, il a la capacité de développer des matériaux composites allant de l'approvisionnement en fibres de carbone et en prépreg aux pièces composites et aux matériaux composites de machines complètes.L'entreprise a accumulé une riche expérience de la fabrication d'aéronefs sans pilote et de la construction de systèmes d'aviation civile, et a livré avec succès à ses clients des hélicoptères sans pilote de la série ar500, des aéronefs de transport sans pilote tp500, des aéronefs sans pilote à longue portée solaires à haute altitude et d'autres types d'aéronefs sans pilote.Dit le responsable.

La personne responsable a ajouté: « Les UAV de la série ar500 et de la série tp500 utilisent des fibres et des préimprégnés fabriqués par Glover, principalement des fibres de carbone de qualité T700 à petit faisceau.La livraison complète du premier avion de transport sans pilote tp500 est une autre manifestation importante de la capacité croissante de l'entreprise à développer et à produire des matériaux composites en fibre de carbone après la livraison et la production par lots d'hélicoptères sans pilote.Dans l'ensemble, le marché des transporteurs civils sans pilote aura un vaste espace de développement à l'avenir.Guangwei continuera également de s'efforcer de tirer pleinement parti des avantages de l'intégration et de la synergie de l'entreprise, de la fibre de carbone, du prépreg à la conception et à la fabrication de matériaux composites, et de coopérer activement à la conception et à l'exploitation connexes afin d'atteindre rapidement l'objectif de commercialisation.

En outre, Lin Gang, Directeur général de Guangzhou Saio Carbon Fiber Technology Co., Ltd., a déclaré aux journalistes: « au cours des dernières années, l'utilisation d'UAV dans le domaine agricole a également augmenté, par exemple, l'utilisation d'UAV par les agriculteurs de coton du Xinjiang pour pulvériser du coton.Il s'agit de marchés très prometteurs et de nouvelles possibilités pour les fibres de carbone nationales.

Une nouvelle génération de lanceurs en Chine

La fibre de carbone domestique sera utilisée

Selon le rapport, la consommation mondiale de fibres de carbone dans l'espace sera d'environ 300 tonnes en 2020, soit environ 3% de la consommation mondiale totale de fibres de carbone dans l'aérospatiale.

Dans le domaine de l'aérospatiale en Chine, l'application de la fibre de carbone domestique et de ses composites a également fait des percées.Récemment, l'essai mécanique à basse température du réservoir de stockage d'oxygène liquide composite de 3,35 m de diamètre conçu et développé par Shanghai Aerospace Research Institute 8 et fabriqué à partir de fibres de carbone de qualité t800h fournies par guangwei composite a été achevé avec succès.

Shanghai Aerospace a déclaré qu'il s'agissait de la première application de fibres de carbone domestiques dans un grand réservoir de stockage d'oxygène liquide composite en Chine, et qu'il a été vérifié par des essais d'application technique, ce qui indique que le réservoir de stockage d'oxygène liquide composite en Chine a une capacité d'application technique préliminaire, et qu'il est prévu de réaliser l'application technique dans la prochaine génération de lanceurs en Chine.

Shanghai Aerospace, dans un document officiel Wechat public, a déclaré que les réservoirs, qui représentent plus de 60% du poids de la structure de la fusée, peuvent être considérés comme des « gros » composants de la fusée.Plus le réservoir est léger, plus la fusée peut transporter de charge utile, plus la capacité de charge de la fusée est grande, de sorte que le poids du réservoir a toujours laissé les concepteurs de structure « peser ».Au cours des dernières années, de l'alliage aluminium - cuivre traditionnel à l'alliage aluminium - lithium à haute résistance, l'itération du matériau de structure du réservoir de stockage aide continuellement la fusée à atteindre un « petit objectif » de réduction du poids, mais pour les concepteurs de structure, ce n'est pas suffisant.À partir de 2016, l’équipe de Shanghai Aerospace Eighth Academy s’est concentrée sur les composites renforcés de fibres de carbone ayant des propriétés mécaniques plus élevées et a effectué des travaux de démonstration de programmes connexes.

Selon Chen Jia, concepteur de systèmes structuraux pour 805 lanceurs, la résistance spécifique des matériaux composites peut généralement être augmentée de plus de 50%, ce qui devrait entraîner une réduction de poids de 30% par rapport aux réservoirs métalliques.En outre, grâce à une méthode de conception intégrée, le processus de fabrication et le contrôle de la qualité peuvent être grandement simplifiés afin de réduire les coûts et d'accroître l'efficacité.Prenons l'exemple d'une fusée porteuse de nouvelle génération qui a été mise au point par l'Académie spatiale de Shanghai No 8. Si elle peut réduire son poids de 30% sur la base du réservoir métallique actuel, la capacité de la fusée sera augmentée de 6%, c'est - à - dire que la fusée peut transporter une charge supplémentaire de 300 kg, ce qui est très important pour le prix de la capacité de transport de la flèche de feu en grammes.

« 805 a fait des percées importantes dans la technologie clé des grands réservoirs composites d'oxygène liquide, ce qui a permis d'atteindre l'objectif d'une application technique sur la prochaine génération de lanceurs en Chine au cours du quatorzième plan quinquennal.Shanghai Aerospace l'a dit.

Guangwei Composite Co., Ltd. A fait une percée dans la technologie de base de la fibre de carbone haute performance T800 domestique en 2013 et a réalisé la production d'ingénierie en 2014.Dans l’évaluation nationale des projets « One dragon» de « Domestic t800h grade Carbon fiber» et de « High Strength High module Carbon fiber» lancés par les départements concernés, guangwei a remporté la première place en Chine.À l'heure actuelle, guangwei a mis au point un système de produits en fibre de carbone sérialisés à haute résistance, à moyenne résistance et à haute résistance, et a construit un centre de recherche et de développement de matériaux composites avancés en fibre de carbone.Notre objectif est de continuer à fournir des produits autonomes à haute performance tels que des fibres de carbone, des composites et des pièces pour des projets importants dans les domaines de l'aérospatiale, de l'industrie de l'armement, de l'aviation et de l'économie nationale.Depuis que l'entreprise est entrée sur la voie de la recherche - développement technologique et de l'industrialisation de la fibre de carbone, l'industrie a toujours été notre objectif.

Toutefois, il convient de noter que, par rapport aux pays développés, la proportion de fibres de carbone et de composites utilisés dans le domaine de l'aérospatiale en Chine est encore relativement faible.Le rapport montre qu'en 2020, la part de la fibre de carbone utilisée dans le domaine de l'aviation et de l'espace en Chine dans le total des applications de fibre de carbone sur le marché chinois est d'environ 3,5%, ce qui est encore loin de 15% dans le monde au cours de la même période.

Toutefois, les disparités impliquent également un potentiel de croissance.Du point de vue de la tendance générale au développement, du shanyi a souligné: « À l'avenir, la fibre de carbone et ses composites seront de plus en plus importants, la demande sera de plus en plus urgente, l'effet sera de plus en plus important et le champ d'application sera de plus en plus large.»

Lin Gang a déclaré: « À l'heure actuelle, l'intensification des frictions commerciales entre la Chine et les États - Unis et la rupture de l'approvisionnement en fibres de carbone par Dongli au Japon ont fait prendre conscience au secteur de l'aérospatiale de notre pays que le marché de l'aviation civile doit également accélérer le processus de garantie indépendante des matériaux stratégiques nationaux.D'un autre côté, la rupture de l'offre de Dongli a donné plus d'opportunités à la fibre de carbone domestique.Si l'on considère la tendance générale au développement du marché mondial des applications de fibres de carbone, bien que ces deux années aient été gravement touchées par l'épidémie, la vitalité future du marché de l'aérospatiale demeure vigoureuse.La demande de fibres de carbone sur le marché de l'aviation civile devrait revenir aux niveaux de 2019 au cours des trois prochaines années.En outre, une fois la demande rétablie et l'utilisation généralisée de fibres de carbone et de leurs composites sur le marché mondial des aéronefs à voie unique continueront d'avoir un effet stimulant sur les fibres de carbone utilisées sur le marché de l'aviation.D'ici 2030, l'utilisation de fibres de carbone sur le marché mondial de l'aérospatiale devrait atteindre 80 000 à 100 000 tonnes.Dans l'ensemble, au cours des 10 prochaines années, dans les applications commerciales, l'industrie sera le moteur principal de l'application mondiale de fibres de carbone, tandis que l'aérospatiale sera le moteur auxiliaire.En ce qui concerne le développement technologique, la fibre de carbone reste le mode « double entraînement» pour les applications aérospatiales et industrielles, avec des spécifications de produit distinctes pour chaque entraînement.»

(Source: China Textile News)