航空航天用纺织材料教案课件

1、会计学1航空航天用纺织材料第1页/共37页 用于航空、航天用纺织品根据用途不同，可分为如下几类。 1个体防护装备用纺织品 包括航天服（太空行走服、舱内服、空间站用防护服）、一般飞行员服（代偿服、抗荷服、抗浸服）。这类纺织品应具有重量轻、强度高、阻燃、透气、不透水和耐辐射等特点。 2降落伞用纺织品 主要指伞衣和伞绳等，其主要特点应是轻薄、柔软、强质比(强度质量)高，具有较高的抗撕裂强度、抗灼伤、耐老化和防霉变等。 3其他航空装备用纺织品 包括拦阻网、空靶等所用的纺织品。第2页/共37页 一、个体防护装备用材料 (一) 航天服 航天服承受的压力为30kpa，宇航服在地面的重量约112kg，航天服由

2、多层材料做成，它使宇航员免受热、冷、化学品、微流星体、压力波动的危害。 1舱外服(太空行走服) 宇宙外层没有大气压力和氧气，因此舱外服必须具有微流星防护层、压力限制层、承压密封气囊、隔热层、液冷调温和通风层、贴身层等。第3页/共37页 （1）防微流星体防撕裂层 是航天套装最外面的一层，组成热力防微流星体服装的外层，是由Nomex和特氟隆交织，用Kevlar作防裂纱线的织物，可以防止织物撕裂延展。外层保护航天套装依次相邻的各层是压力限制层、承压密封气囊、防磨损和防撕裂层，是保护宇航员免受微流星体击穿。微流星体的密度平均为0.5g/cm3、速度为20/s。第4页/共37页 (2) 压力限制层 是由

3、置于密封气囊织物外面的合纤织物构成，使其具有附加的支撑功能并保持其外形。 (3) 涂聚氨酯材料加压密封气囊，酷似现在的实心轮胎，由聚氨酯橡胶密封气压，用尼龙材料限制其膨胀。航天套装中的软外壳(气囊)是用尼龙材料浸渍聚氨酯(至少浸渍6次)制成的一个不渗透的屏障，把航天服内侧的正压纯氧和外侧的宇宙真空隔绝。第5页/共37页 (4) 第二层防微流星体层，为氯丁橡胶层，它和热力防微流星体服一样，是防流星体的最后一道屏障，其材质为涂氯丁橡胶的尼龙织物。 (5) 超级隔热层(镀铝涤纶)，是热力防微流星体服紧接外层的五层材料，对宇航员提供防热保护，这几层用的材料是涤纶稀疏织物增强的镀铝膜（铝能反射90%的热

4、量）。航天套装保护宇航员，使其能耐118113极大范围的外界温度，而在宇航组合套装内部保持10 43温度。第6页/共37页 (6) 液冷(调温)和通风层，罩在宇航员上下身，层内装有乙烯乙酸乙烯酯管道，水在管道中循环流动以控制温度。 (7) 薄纱舒适内衬，是直接和宇航员皮肤接触的织物层，材质轻盈，尽可能使体感舒适，处于宇航员躯体和液冷通风层之间。 航天舱外活动装备的压力限制系统使用的器材为多种物品的组合体，舒适织物以及气密内衬是其重要部件，但是航天套装还必须具有可挠曲性和形态保持功能，同时要维持一定的内压力。第7页/共37页 2. 舱内服 其结构包括通风层、气密限制层、保暖层、内衣。第8页/共3

5、7页第9页/共37页 (1) 通风层 宇航员处于宇航服这样一个密闭的环境中，既要使人体不断排出热量、水汽，同时要确保宇航员呼吸到新鲜空气。因此通风层必须具有如下要求：通风层要保证人体6575的面积有新鲜空气通过，使皮肤保持合适的小气候，不引起局部过热或过冷。气流应沿身体表面缓慢流动，分布均匀、合理，能充分带走热量与湿气，保持舒适，达到热平衡。身体各部分的通风量，要根据各部分的散热量、人体表面积、生理卫生的要求和服装结构来确定。通风管道阻力要小，避免在通风过程中产生噪声；通风结构应柔软且富有弹性，舒适无压迫感；在宇航服加压与不加压的情况下，都应满足通风要求。第10页/共37页 通风层的结构一般有

6、三种。一种是夹层式，它由双层塑料薄膜构成，两层之间有软垫，内层开有许多小孔，通风气流经导管引入两层之间。这种结构的优点是不妨碍动作，不足之处是，当人的姿势改变时，通风气流分布不均匀。另一种为管道式，它是由聚氯乙烯导管系统组成，具有抗压、耐用、柔软等特点，能使空气分布均匀，基本不受人体姿势的影响。还有一种就是蜂窝结构，这种结构与管道式相似，它与内衣结合在一起，由聚氯乙烯和棉制成。制成后放入沸水中，由于其缩率不同(聚氯乙烯的缩率可达55)，就形成了蜂窝。第11页/共37页 （2）气密限制层 气密限制层可使服装内保持一定的大气环境，保护宇航员免受真空环境的危害。因此必须具备如下的性能：较高的气密性（

7、漏气量不超过250mLmin）以保持宇航员身体周围有一定的压力、便于活动、容易穿脱、舒适性好、在加压状态下具有一定的外形和容积，并能保证坐姿和座椅相一致的形状。 气密限制层的结构是气密层与限制层两个层次。采用局部粘结的工艺。气密层采用涂氯丁橡胶的锦纶基布制成，具有耐压、气密性好、耐老化、质量轻等优点。限制层采用聚酰胺类纤维、聚酯纤维、聚四氟乙烯纤维等合成纤维。如美国的宇航服选用凯夫拉尔纤维。第12页/共37页 (3) 保暖层 保暖层位于气密限制层与内衣之间，在外界温度变化不大时，维持热平衡，因此其必须具有：保暖、隔热、柔软、重量轻、有弹性、不吸水、有一定的阻燃作用、对人体无害。一般采用经特种整

8、理的羊毛制品或合成纤维絮片。 (4) 内衣 根据宇航员所处的空间环境，从生理卫生角度考虑，对内衣有如下要求：柔软、轻而富有弹性、舒适、对皮肤无刺激、吸湿性要好、不粘贴皮肤、透气性好、不影响与其配套设备的功能（传感器等）。根据这些要求，内衣贴身一层的材料以天然纤维为原料较好，多选用纯棉或棉麻混纺针织品。 第13页/共37页 (二) 其它个体防护装备 包括代偿服、抗荷服、抗浸服。 1代偿服 当飞机在1200015000m的高空运行，或以900公里/小时的速度飞行时若飞行器密封被破坏，可能会产生致命的低气压。为防止高空环境中大气压力突然降低造成呼吸困难和血液汽化沸腾，科学家发明了保障飞行员生命的具有

9、代偿功能的飞行服。 代偿服是高空飞行的救生设备。体表不需对抗压力的最大加压呼吸为3.99kPa，当超过这一数值时，就必须对飞行员的躯干和四肢体表施加压力，以对抗因加压供氧而增加的肺内压力。第14页/共37页 此种代偿服采用了以机械力平衡大气压的原理。全套服装由气密头盔、气背心和肢体拉紧系统三部分组成。当高空威力突然降低时，代偿服的加压供氧系统开始向头盔和服装内加压，届时四肢拉力管同步动作；四肢拉力管充气后通过绳索拉紧服装，使服装紧紧压迫身体，从而产生与人体肺内相等的气压，保持住人体贴内外压力平衡，避免“炸肺”的危险。这样飞行员既得到充分的氧气，也能防止血液沸腾。第15页/共37页 此外，科学家

10、还设计一种全封闭的加压服，由头盔、气密服装、手套和靴子组成。密封的服装与供氧装置组成一个封闭空间，服装内的压力可随高度变化随时调节，自动补偿外界压力，使人感觉不到气压变化。第16页/共37页 用作代偿服纺织材料主要有以下要求： (1) 重量要轻 在满足代偿服其它性能要求的条件下，应减轻重量。目前，代偿服重量为3kg左右，飞行员还有其它的装备，一个飞行员在不工作情况下负重十几公斤。减轻飞行员的装备重量也很重要的。 (2) 强度与伸长 代偿服根据飞行的需要调整充气压力。因此织物必须具有高强力、较好的弹性及适当的伸长率，因服装贴身穿着，织物要有一定弹性，穿着才舒适，且加压时传力要快。 (3) 阻燃性

11、 飞机发生事故时，大多处于火焰环境中，所以代偿服应具有阻燃性。第17页/共37页 (4) 透气性与吸湿性 考虑穿着的舒适性，织物要有较好的透气性和吸湿性。 (5) 织物表面处理 使织物表面光滑，摩擦系数小，以提高其使用性。 (6) 耐老化性 代偿服从使用到报废的十几年时间里，穿着的时间短，而保管时间长，因此，织物要有良好的耐老化性。 我国早期的代偿服用锦纶丝作面料，组织采用假纱罗，它与棉布比较，重量减轻、强度好、透气性好、不易发霉，但其伸长率大、吸湿性差。目前，我国的代偿服采用新型的阻燃纤维。第18页/共37页 2抗荷服 飞行员在作高速飞行或翻转飞行时，由于加速度变化的方向与其作用于人体的方向

12、相反，身体里的血液会因此受到过量负荷而向下肢流动，出现脑贫血，引起黑视、头晕、四肢无力、心慌恶心，甚至丧失意志而酿成飞行事故。抗荷服就是提高飞行员承受正向过载能力的一种防护服装。通过气囊充气加压，经服装对人体体表造成机械压力，防止血液向下肢转移和腹部脏器移位。第19页/共37页 抗荷服对纺织材料的要求有： (1) 伸长率和摩擦系数要小，以便于在极短的时间内充气加压。抗荷服要在2s以内迅速将服装充气至规定值，这一时间越短越好，以达到保护生命的目的。 (2) 强度要高 抗荷服在充气加压时，压力主要由抗荷气囊外套及衣面来承担，因此，要求织物必须具有较高的强度。 (3) 耐穿着 抗荷服是歼击飞行员必备

13、服装，经常穿用，所以应具有良好的耐磨性，使用数年后，仍要求其具有各项技术性能。第20页/共37页 (4) 阻燃性 抗荷服主要用于战斗机，经常处于有火的环境，因此阻燃性特别重要。 我国原来的抗荷服采用锦纶丝作抗荷服面料，采用斜纹组织，虽然具有强度高、重量轻、耐磨性好等优点，但吸湿差、无阻燃性、伸长率较大，这样在加压过程中能量损失较多，加压时间延长。目前我国的抗荷服开始采用阻燃新型纤维。国外普遍采用阻燃织物作抗荷服，如芳纶1414，其强力为锦纶丝的34倍，而伸长率为4，耐燃烧，根据其特性，它是制作抗荷服的较理想的材料。第21页/共37页 3抗浸服 抗浸服就是落水后的保护服。抗浸服必须满足两个基本的

14、性能要求：一是保暖；二是防水，抗浸服由外层的防水层和内部的保暖层组成。用于防水层的织物要求具有：透汽、不透水；保暖层面料采用锦纶丝绸，里面用羽绒或其他保暖性好的合成纤维充填。 第22页/共37页 二、降落伞用纺织品 (一) 降落伞用纺织品的性能要求 用于降落伞的纺织品材料，必须满足降落伞的性能要求。 降落伞可分为：人用伞、阻力伞、物用伞。 人用伞又可分为：救生伞、伞兵伞、运动伞。 物用伞又可分为：投物伞、航弹伞、回收伞。 不同的降落伞要具有不同的性能要求，但是所有的降落伞必须具有较高的强度、一定的伸长度和透气量、重量轻、耐热。第23页/共37页 (二) 各种降落伞的使用特点及其对纺织材料的性能

15、要求 1阻力伞 阻力伞一般装在机后，当飞机着陆时张开，产生一定的空气阻力，来缩短飞机着陆时滑跑距离。如在航空母舰上飞机着陆时，经常用到阻力伞。根据其使用目的与环境，阻力伞应满足以下要求：耐磨性好、强力高、耐气候性好。 2投物伞 投物伞即空投物资装备用的降落伞。空投的物品重量可以从几十千克到几十吨，空投伞可以分为轻型和重型。无论是那一种投物伞其所使用纺织材料必须具有强度高、重量轻、弹性好、有良好的化学稳定性、抗老化、耐磨损。第24页/共37页 3航天回收伞 回收伞的作用是保证回收物在完成飞行任务后，安全回到地面。如火箭头、导弹、及航天器的回收。因航天回收伞的工作环境更加复杂，因此航天回收伞除了应

16、具有一般航空降落伞所需要解决的减速、稳定及可靠安全着陆等要求外，还应具有高强质比、耐高温、耐辐射性能。第25页/共37页第26页/共37页 4伞兵伞 伞兵伞是伞兵进行空降作战与跳伞训练时使用的一种伞，这种伞具有稳定减速和携带一定的武器装备的作用，它是人用伞中携带重量最重的一种伞。这种伞在实际作战中，还兼有保护自己不被敌方发现的作用。因此伞兵伞要求具有：安全可靠、适合大负重和密集跳伞、及与环境相适应的保护色。其所使用的纺织材料应该具有：足够的强力、适当透气量、高强质比。伞衣的鼓风袋需采用轻盈、有弹性、飘拂性好的材料，以提高其安全性。第27页/共37页 5救生伞 救生伞是在飞机失事等应急情况下，拯

17、救应急离机的飞行员生命的救生工具。由于救生伞，使用条件无法确定，所以救生伞必须能适应多种使用条件，其所用的纺织材料除了需具有一般降落伞用纺织品的性能要求外，还应具有以下性能： (1) 颜色鲜艳 颜色要求具有高识别性，以利于在跳伞后易被发现。 (2) 撕裂强度大 救生伞伞衣大都由锦纶丝制成，在高速开伞过程中，伞衣极易灼伤形成破洞，在伞衣张满和稳定下降阶段，气动力就会以这些缺口为起点，沿载荷的作用方向将伞衣撕裂。因此，撕裂是伞衣织物的主要破坏形式。第28页/共37页 (3) 轻薄、柔软 采用轻薄织物的救生伞可降低伞重，有利于减小救生伞的包装体积，柔软还可增加伞衣的飘浮性能。 (4) 断裂功 伞衣材

18、料必须具备较大的断裂功，使其能承受高速开伞时的巨大冲击力，尤其是伞系统拉直充气张满时，伞衣顶将承受巨大的冲击载荷。 (5) 防灼伤 救生伞多在高速下使用，且开伞状态不稳定，因此其灼伤要超过其他类的降落伞。改善救生伞材料的防灼性可以提高救生伞的使用速度及其安全可靠程度。第29页/共37页 (6) 合适透气性 救生伞伞衣织物的透气性影响到开伞可靠性、冲击载荷、稳定性、下降速度。伞衣织物透气量大有利于减少开伞时的冲击载荷，提高伞的稳定性；透气量小则可使伞衣尽快充气张开，增加开伞的可靠性，降低下降速度。这两者相互矛盾，这就要求根据救生伞的特定要求，具体问题具体分析，兼顾二者的要求。 (7) 抗老化 救

19、生伞的寿命实际上是贮存期和一次使用期之和，救生伞一经使用，伞的寿命也就随之终结。材料老化，会使其可靠性降低。因此，救生伞的抗老化性非常重要。第30页/共37页 (三) 降落伞用织物的设计与生产 1织物的原料选用 目前，我国降落伞使用的主要纺织材料为锦纶，主要品种有锦纶6和锦纶66。锦纶6的熔点为215，软化点约180，锦纶66的熔点为225260，软化点为220，其他性能相同。从防灼、耐热角度出发，使用锦纶66为降落伞的伞衣材料具有明显的优点，但仍需进行防灼处理，才能满足降落伞的使用要求。各种降落伞，使用时的条件和环境不同，在采用锦纶丝材料时考虑问题的角度也各有侧重。目前我国也开发了一些新的纤

20、维材料用于伞类织物，如芳纶1414。但芳纶1414纤维也存在一些问题，如表面处理剂的问题，芳纶1414，对紫外线稳定性较差。第31页/共37页 2组织规格选择 织物的组织规格，影响到织物的性能，比如说影响到强力、伸长、透气性、撕裂性等，我国人用伞伞衣的轻型织物，一般采用平纹组织加上较粗的纱线结构，这些较粗的纱线在织物上形成格子外观，这种外观的组织已经成为降落伞伞衣织物的一种通用结构。我国称其为“格子绸”。平纹组织具有致密、坚实、但撕裂强力较低的特点，加用较粗的纱线，可以提高织物的撕裂强力。格子绸由于具有清晰的格子状纹路，在裁剪和缝纫时可定向，对位，在鉴别纬斜等外观疵点时也非常有用。如救生伞、伞兵伞、回收伞、航弹伞均采用这种组织结构。对强力要求较大的伞衣织物，如投物伞；阻力伞等，如仍采用平纹组织时，可采用增加经、纬密的方法来提高其强力，但织物手感发硬。因此，高强的伞衣织物一般采用斜纹或小花纹组织以达到强力高、抗撕性能好，手