Почему я не могу построить весь реактивный двигатель из углеродного волокна?

Нет, ты не можешь. Композиции из углеродного волокна всегда содержат матричный компонент, который выполняет различные функции, но (в микрокоманде) связывает и удерживает волокна на месте. То, что вы получаете, - очень сложный материал с большим количеством легкого потенциала, но также очень разные профили свойств по сравнению с металлами.

Большинство материалов матрицы (термореактивные, термопластичные) не будут работать с температурой двигателя (камеры сгорания) и либо деградируют/сгорают, либо плавятся/испаряются/сгорают задолго до достижения даже нескольких сотен Кельвинов (скажем, 500 КБ). На самом деле, углеродные волокна не будут работать также в кислородсодержащей среде с высокой температурой, а также ухудшаются и сжигаются.

Один композитный материал, который работает и используется уже в двигателях, представляет собой керамические матричные композиты, например (среди прочих), например. C/C-SiC, но это очень специальные животные (и даже там части углеродного волокна восприимчивы к ожогу). Особенно с точки зрения механических свойств они не могут конкурировать с суперсплавами.

Но и для многих других компонентов окружающей среды металлы намного лучше подходят. Подумайте о примере шарикоподшипника - делать это полностью в композите будет не очень хорошо (если вообще).

То, что имеет значение, - это не точка плавления, а температура, при которой материал теряет свои механические свойства (такие как жесткость или эластичность).

Эпоксидная смола (материал, содержащий вместе волокна), обычно деградирует гораздо раньше, чем волокна, что в основном сводит на нет выгоду материала.

Существуют исследования для повышения сопротивления высоким температурам, но я не знаю, как близко мы увидим их применительно к критическим компонентам, таким как двигатели.

Также обратите внимание, что обычно лопасти турбины и камеры сгорания изготовлены из сплавов, разработанных специально для противодействия высоким температурам в этих зонах двигателей.

Когда я начал преподавать в университете 15 лет назад, наш профессор сказал нам, что они действительно думают о создании реактивных двигателей этого материала!

Углеродные материалы кажутся идеальным материалом для реактивных двигателей практически во всех точках (термостойкость, механическая прочность при высоких температурах, массе, ...) с одним важным исключением:

Эти материалы горят, когда они контактируют с горячим воздухом!

Профессор сказал нам, что много усилий и денег тратится на поиски пальто или лака, которые защищают углеродные части от горячего воздуха. Он сказал нам, что реактивные двигатели будут построены из этого материала, если такой слой обнаружен.

Он также сказал нам, что до этого не было найдено подходящего пальто - очевидно, это не изменилось за последние 15 лет.