如果大家對(duì)模量、強(qiáng)度沒有概念，可以這樣理解：相同粗細(xì)的一根棍子，兩邊水平固定，中間吊個(gè)秤砣，此時(shí)棍子中間會(huì)下彎，對(duì)于相同的秤砣，棍子模量越高，那么棍子下彎的程度越小。強(qiáng)度怎么理解呢？還是這根棍子，中間的秤砣加到了50千克，“啪！”棍子斷了，那么，50千克除以棍子受力的橫截面積就是棍子的強(qiáng)度。

材料強(qiáng)度越高越結(jié)實(shí)嗎？對(duì)于結(jié)構(gòu)材料就沒有那么簡單了。比如一個(gè)大廈使用時(shí)間長，有些梁柱有損傷，那么大廈的剛度就較差，這里剛度就對(duì)應(yīng)模量。一個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度如果差了，在相同的外部引發(fā)的振動(dòng)下，物體的共振頻率就會(huì)變低，那么很容易和外部振動(dòng)源產(chǎn)生共振，產(chǎn)生一定危害。為了提高大廈的剛度，較為簡單的方法就是進(jìn)行加固，將柱子加粗，提高剛度。

對(duì)航天飛行器也是這個(gè)道理，為了能讓導(dǎo)彈、火箭、無人機(jī)準(zhǔn)確穩(wěn)定送達(dá)目標(biāo)，就要保證飛行器在飛行過程中的穩(wěn)定性，要求彈翼、彈體不能有明顯的顫動(dòng)、變形，也就是說“身子骨要硬”。那么，如何解決呢？辦法之一就是把結(jié)構(gòu)做粗大，彈體材料要選高模量、材料厚實(shí)的，這樣抗變形能力就強(qiáng)?？墒呛教炱鞫家筝p巧，這就有矛盾了。這時(shí)候就要挑輕巧、結(jié)實(shí)的材料，比如碳纖維粉末，目前眾多型號(hào)用的還都是高強(qiáng)度碳纖維，也就是強(qiáng)度高、模量較低的碳纖維。

但是遇到某些情況，高強(qiáng)度碳纖維就出現(xiàn)了強(qiáng)度有余，模量不足的情況。比如大展弦比機(jī)翼、空間飛行器支撐結(jié)構(gòu)，這些飛行器都有一個(gè)共同點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的長細(xì)比很高，飛行過程中受到干擾容易產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)的頻率和結(jié)構(gòu)固有頻率接近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，明顯影響飛行器的穩(wěn)定性。

為了限制共振，就需要把結(jié)構(gòu)的低階固有頻率提高，使得飛行過程中不出現(xiàn)或少出現(xiàn)共振。為了提高固有頻率，就需要提高結(jié)構(gòu)的剛度。因此這些應(yīng)用對(duì)結(jié)構(gòu)剛度有非常高的要求，同時(shí)還有苛刻的重量和體積限制。這時(shí)候結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師就要“請(qǐng)出”高模量碳纖維出場。用了高模量碳纖維，就可以在限定結(jié)構(gòu)重量下，保證強(qiáng)度的同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)的剛度，讓飛行器更穩(wěn)定。因此我們可以說，正是高模碳纖維賦予了航天飛行器的“錚錚鐵骨”。（作者單位：中國航天科工三院306所）

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