碳纤维火箭级间结构：运载火箭性能的轻量化解决方案

引言

级间结构——连接火箭级段的圆柱或圆锥段——是运载火箭中最敏感质量的部件之一。每节省一千克都直接增加有效载荷能力。CFRP复合材料比铝结构减重40–60%，已成为现代级间结构的首选材料。

设计要求

承压能力（可达2000kPa）、弯曲刚度、级间分离可靠性、热防护（200–400°C）以及振动和声学载荷（超过140dB）。

材料选择

标准模量碳纤维（T300、T700）最常用；中模量（T800、IM7）用于高强度需求；增韧环氧树脂、氰酸酯树脂和双马来酰亚胺是主要基体选择。

制造方法

纤维缠绕（体积分数55–65%）、自动铺丝（AFP）和手工铺层/热压罐固化是主要工艺。

性能优势

质量减轻40–60%、高比刚度、低热膨胀系数、良好的损伤容限。

结论

碳纤维复合材料级间结构是最大化运载火箭性能的关键，将随着新一代航天运输系统的发展持续演进。