纤维增强树脂基复合材料在武器装备上的应用

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1、纤维增强树脂基复合材料在武器装备上的应用材料的复合化是材料发展的必然趋势之一，近代以来，由于科学技术的迅速发展，对材料性能的要求也在日益提高，单质材料越来越难满足高科技对材料性能的高要求，复合材料由于其优异的性能及其可设计性而得到人们的重视。纤维增强树脂基复合材料是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料，这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体经复合而成，因具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、安全破损性好、疲劳寿命高等优点，广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、交通、体育器材、基础建设等许多领域。1国外应用概况1.1陆军装备1.1.1坦克

2、装甲车辆   坦克装甲车辆应用树脂基复合材料始于20世纪70年代，为了防护和轻量化需求而用树脂基复合材料制造坦克复合装甲，较早的复合装甲是前苏联T-72主战坦克复合装甲的树脂基复合材料(即玻纤增强酚醛)夹层。其后，轻质化材料的应用研究逐步由非承力功能构件扩展到次承力和主承力构件上。(1)车体、炮塔   坦克装甲车辆上材料用量最多的是装甲材料，采用复合材料制造车体、炮塔是车辆实现减重贡献最大的工作。   1997年美国开展了复合材料装甲车辆—先进技术验证计划(CAV--ATD)，设计制造了一个复合材料装甲车辆底盘。验证车获得了30％以上的减重效果，并具有优良的

3、隐身效果。在取得上述一系列研究成果的基础上，美国轻质材料在车体上的应用研究进入一个新阶段，复合材料样车的研制已纳入到型号研制中，在美国AAAV先进两栖突击车研发过程中，发展的一系列原型车辆包括一辆复合材料样车。见图2。而为了更好地满足其“快速部署、优势攻击、持续作战”军事战略的需求，提出的“未来战斗系统(FCS)”研究计划中，计划发展的原型车同样也包括了复合材料样车，己初步完成了FCS履带式和轮式两种基型底盘(见图3)设计制造。在美军开展CAV计划的同期，英国也开展了其先进复合材料装甲车辆平台——ACAVP研究计划。DERA与维克斯、Thornycroft等

4、公司合作于1999年前后向世界推出了欧洲第一辆复合材料战车底盘(见图4)，获得了20%以上的减重效率，并同样具有良好的雷达波与红外隐身效果。        (2)装甲车辆负重轮      美国在70年代曾开展过复合材料负重轮(型号未知)的研究。80年代末，美国通用动力地面系统分公司(GDLS)以减轻M1A1主战坦克重量为目的，研制了可与铝负重轮互换的复合材料负重轮，并进行了静态强度和动态台架试验。试验结果表明，复合材料负重轮性能良好，比铝负重轮减重19％，可使M1A1主战坦克每车减重181Kg。但从目前已有的报道看，M1A2主战坦克并未采用此种负重轮。美国在

5、AAAV两栖突击车的研发过程中，还试验了石墨基材料制造的负重轮和金属与复合材料制造的叫负重轮，但未获成功。(3)装甲车辆扭力轴      美国M-60陆军坦克的扭力轴采用了碳纤维／环氧树脂复合材料，仅重17kg，而钢制扭力轴重50.8kg，减重达65％以上。美国M1A1坦克采用了碳纤维／环氧复合材料制造的扭力轴减重约450kg，是减重最为明显的一个部件。但GDLS对制造的扭力轴进行的试验中，端头出现破坏。1.1.2火炮      树脂基复合材料主要用于制造火炮身管、大架、摇架、热护套等部件，来进一步降低火炮质量，以提高火炮的机动性能。   1982年美国陆军

6、采用石墨纤维／环氧复合材料制造了75mm火炮炮管的延伸部分，解决金属炮管的下垂问题，提高射击精度。1986年，美国又对轻质量复合材料制榴弹炮结构件进行了分析研究，并开展纤维增强复合材料(如石墨／环氧复合材料)制榴弹炮的大架、摇架等构件的试验研究。   西德豹Ⅱ坦克火炮抽气筒采用两段玻璃钢热护套。防止火炮身管因受阳光或射击热量而出现身管弯曲，提高首发命中率。   加拿大于1984年缠绕成型全纤维增强复合材料无后座力炮身管，膛线与炮管为整体结构。基体树脂为环氧树脂，纤维采用碳纤维，硼纤维等。1987年加拿大又以低粘度环氧树脂为基体，以碳纤维束为增强剂，制成了全复

7、合材料炮管，这种炮管能承受炮弹发射时产生的62N/mm2高压和3500℃高温，可发射30发弹，而普通方法制的复合材料炮管仅能发射5～10发弹。   英国国防评估与研究局(DERA)正在研究的未来轻型机动炮兵武器系统(LIMAWS)技术。其基本研究内容包括采用39倍口径轻型复合材料身管和软后坐系统，复合材料身管外套采用标准模式碳纤维复合材料(CFRP)，已经研制出30mm/120mm复合身管。通过将39倍口径155mm常规火炮身管壁厚减薄60％，增加复合材料外层，身管重量可减轻40％。总之，由玻璃纤维或碳纤维增强的复合材料与金属或陶瓷复合制造火炮身管或枪炮构架

8、在国外尚处于研究状态。但是随着火炮轻量化的要求日益迫