复合材料与武器

日期:10-25
潜艇

原标题:复合材料与武器

战场需求决定着武器装备发展的方向,作为构成武器装备的基础——材料的发展则在很大程度上影响着武器装备的性能。这些材料中,就包括复合材料。

从防弹衣到枪械,从装甲车到舰船,从飞机到导弹……通过对复合材料的运用,军工人员从不同方面实现对武器装备的赋能增效。

为武器装备减重塑形,是复合材料的一大用途。当前,很多国家研制头盔、防弹衣等个人防护装具时,都会使用碳化硅、超高分子量聚乙烯等复合材料,来提升防弹性能、减轻装具重量。碳化硅陶瓷则用来为坦克减重,现在被大量用于制造装甲的背板。与相同级别的氧化铝陶瓷复合插板相比,碳化硅陶瓷背板能够减重20%以上。潜艇是复合材料的“使用大户”,从德国的209型、212型潜艇到澳大利亚的柯林斯级潜艇,不少潜艇都运用了更轻更易塑形的玻璃纤维复合材料。一些轻武器,也会通过使用复合材料来减重。

耐高温、耐腐蚀是一些复合材料的强项。耐高温复合材料常被用于制造武器装备的核心部件,如导弹的鼻锥、发动机的喷管喉衬等。俄罗斯研发的“产品30”发动机,就大量使用了陶瓷基复合材料、钛铝合金材料等。当前炙手可热的高超声速导弹,其拥有惊人飞行速度的原因之一,也在于借助耐高温复合材料提高了关键部件运行的可靠性。此类材料因此受到各国高度关注,2023年仅美国就披露了4项耐高温复合材料研究计划。有研究表明,在海洋环境中,温度每升高10℃,金属的锈蚀速度就会加快2倍。因此,耐腐蚀复合材料在航母、舰艇、舰载机上得到大量运用,以保证其能在该类环境中长期正常工作。

为武器装备消声匿形,是复合材料的又一大功用。如运用复合材料制成的消声瓦,能为潜艇披上“隐身外衣”。俄罗斯的阿库拉级攻击核潜艇舯部与艉部壳体均敷有50毫米至150毫米厚的消声瓦。英国的机敏级核潜艇所敷设的消声瓦大约有3.9万块。为应对雷达的侦搜,战机也很倚重对吸波复合材料的使用。且随着时间的推移,先进战机对复合材料使用的比例在不断上升。美军F-14舰载机上的复合材料占比不到10%,到了F-35战机,这一占比超过35%。

一些复合材料则被用来帮助武器装备强“筋骨”、增寿命,提高射击精度。如“勒克莱尔”主战坦克的复合装甲采用高硬度钢板、陶瓷材料、高韧度合金、耐火特种纤维等多种复合材料交替组合而成,“合力”提高装备的实战性能。

随着战场需求的变化及科技发展,今后武器装备对复合材料的需求将进一步提升,并已呈现出一些特点。

首先是走向多功能一体化。其主要采用以下办法来实现:一是组分设计,即采取选择不同基体和增强材料、根据需求进行组合搭配的方法,使一种材料具备多种功能;二是向结构精细化借力,即在对不同材料进行科学组合搭配基础上,对各层材料有针对性地运用夹层、蜂窝等新型架构进行设计,使复合材料同时具备高强度、高刚度、隔热、吸波等功能;三是改进制备工艺,让复合材料的结构更加科学,功能更加多样。

其次是趋于智能化。通过将高分子复合纤维和透明高分子凝胶纤维按照一定规律编织,在施加交流电压后即可让整张布料变成一张“显示布”;将微型芯片嵌入单根纤维之中,就可让纤维变得“听人指挥”……在这方面,一些国家已经开始尝试将其用于军事领域,让一线官兵的服装化身为指挥员的“另一双眼睛”。这种尝试,预示着复合材料的另一个发展方向——智能化。

再次是努力让其低成本化。只有降低造价,复合材料才能更多、更好地用于武器装备,武器装备才能在被明显赋能的同时变得更加经济实用。(杨龙霄谢桦泽)

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