《发展轻质材料和轻型结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发展轻质材料和轻型结构（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、发展轻质材料和轻型结构，提高武器战场机动能力铝合金和工程塑料已广泛用于制造各种陆军武器构件。虽曾研究过用钛合金制造陆军武器受力构件，但因成本过高而未能得到应用，今后主要是发展低成本制造技术。纤维增强复合材料目前仍主要用于制造轻兵器及火箭导弹壳体等。为满足未来战场机动，尤其是空运空投、快速部署需要，将大力开发这类轻质材料的应用。2001 年，美国将研究用钛合金代替钢制造装甲，减轻作战车辆质量，2004 年 M1 坦克炮塔采用钛合金制造，可减轻质量 5 吨。2010 年未来战场车辆、155 毫米自行火炮和先进技术轻型榴弹炮(2.3 吨) 、工程车辆的车体与炮架等重要受力件将采用纤维增强复合材料，大
2、大减轻质量，如采用复合材料车体使车辆减轻 33%。今后十年内，将重点开发低成本的先进纤维增强复合材料与结构制造技术和连接技术。与此同时，将发展减振降噪阻尼材料、密封材料及磨擦材料，改善兵器的工作环境。例如，研究埋有制动器和主动消音材料的智能复合材料与结构，用于陆军车辆降噪防震；研究履带板橡胶失效机制，采用腈橡胶履带板，使履带寿命由 1600 公里提高到 4800 公里，质量减轻 23%。 在坦克发动机方面，将研究单质陶瓷材料和增强陶瓷复合材料、陶瓷耐热涂层材料及隔热材料。研究单晶铸造 相 TiAl 合金，使发动机质量减轻 40。发展各种先进材料技术，提高武器的打击能力在提高战场发射、推进能力方
3、面，研究表明，钨合金弹芯侵彻均质装甲钢获得最大侵彻深度的最佳初速为 23002500 米/秒，侵彻反应装甲的最佳初速为 3500 米/秒。因此，亟需研究适应高初速大口径火炮动能的材料技术，使 120 毫米坦克炮的动能能达到 140 毫米火炮的性能水平，2005 年动能弹能击毁未来反应装甲，并且满足身管长为 54 倍口径的 21 世纪 155 毫米先进野战榴弹炮系统提高初速、射速和增大射程的技术要求。20052010 年开发大口径火炮身管耐烧蚀磨损材料技术(包括镀层材料和衬管材料)，延长 120 毫米、 155 毫米火炮身管使用寿命，如溅射喷射金属钽，耐磨性能为当前的镀铬层的 8 或 10 倍。
4、研究高性能轻质电炮用复合炮管材料，为电热化学炮、电磁炮在 2010 年前后用于坦克炮、两栖装甲车辆用中口径炮、大口径舰炮提供材料技术基础。在战术火箭推进系统方面，将通过材料技术研究，提高有效载荷，增大飞行速度，增大射程。如美国提出 2005 年使有效载荷提高 25%，2010 年前后提高 100%，为此，2005 年将针对近程、中程防空用灵活推进系统研究低成本 TVC 复合材料壳体和喷管材料，中程和远程防空用远距离推进系统的高刚度、轻质量复合材料发动机壳体；2010 年将研究低成本的纤维或织物隔热材料和耐烧蚀碳/碳喷管材料；2015 年研究地面火力支援用高密度复合材料发动机壳体，研究火箭弹药发
5、射包装一体化材料。在反坦克弹药方面，目前国外现装备的 120 毫米高密度穿甲弹的穿甲能力约为 600 毫米 RHA(初速 1700 米/ 秒) ，而科研的水平已达 850900 毫米 RHA，但对付反应装甲的能力较差。针对未来反装甲需求，2005年，将开发大长细比(如 L/D 401)、高强韧(b16001700 兆帕、810%) 的钨合金穿甲弹芯和轻质弹托与外套材料结构技术，同时研究具有绝热剪切效应的新型钨合金弹芯，以满足 120 毫米动能弹超高速发射和击毁未来反应复合装甲的要求。2010 年研究包括未来加农口径电炮发射在内的超高速(2000 米/秒以上)动能弹的结构/功能材料技术，以解决诸
6、如安全发射、稳定飞行、消融等技术难题。2005 年研究对付反舰导弹的超音速穿甲弹用高韧性钨合金(L/D 小于 8)，解决多层靶多次冲击问题。现装备的破甲战斗部的侵彻能力约为8001000 毫米 RHA，有的高达 1300 毫米 RHA，为了提高破甲能力，2005 年将在继续研究高密度钼、钨药型罩材料的同时，研究具有特殊性能的药型罩材料技术，以适当降低射流头部速度，减小射流前部的能量，增大射流后部的质量和能量，满足攻击特种非均质装甲的要求。爆炸成型战斗部，2005 年将研究对付轻、重目标的药型罩材料技术，尤其是钽、钼药型罩和形成大长细比（如 L/D6）杵体的药型罩材料技术（提高侵彻顶装甲的能力，
7、如侵彻深度200 毫米 RHA） 、多罩共轴药型罩材料技术、单罩形成串联杵体材料技术。研究攻击超硬加固工事或深度地下目标超音速穿甲弹芯材料与技术。在增程精确制导弹药方面，将研究结构功能材料，如透波材料、电磁屏蔽材料、压电/热电复合材料、结构/烧蚀材料、高效隔热/反阳光辐射材料、阻尼 /减振材料、弹体隐身材料技术等。 开发各种先进功能材料，提高武器战场感知能力为了提高陆军武器装备的战场感知能力，将大力开展光电功能材料（如缺陷工程技术、梯度指数光学材料、红外探测器材料、CBD材料、智能材料、纳米材料等）研究；将通过开发能够提高传感器灵敏度和选择性，改进数据采集、分析和传输系统性能的材料和材料概念及
8、新工艺技术，研究大块外延生长半导体、超导铁电体、压电体和磁性材料，提高传感器性能。据预测，2000 年红外电磁传感器的感知距离增加 50%、目标识别能力提高一倍； 2005 年采用超导电磁传感器，提高探测能力提高 50%；2010 年研制出经济的能重复生产的在 350500 度电子设备上使用的 SiC 材料。与此同时，将通过在生物仿真、物理、材料科学领域内的基础研究，发展新型探测器功能材料，如 2000 年研究光调制器用生物衍生物材料，2005 年研究改进型非致冷红外探测器新材料，2010 年研究基于嗅觉功能的新型探测器材料。又如，研究生物激励技术制造智能红外焦平面，以在战斗云雾中发现坦克。2
9、000 年研究自适应光机系统材料，2005年热电基冷却系统材料，2010 年研究宽带传感器保护材料，以满足捕捉目标的高要求，使得坦克测距、目标指示和识别能力大大提高，比如，2000 年使捕获暴露目标的距离增加 67%，部分暴露的目标的距离增加 50%，捕获坦克的时间缩短 6080% 。还将研究红外导引头整流罩材料，开发低成本的高效金刚石沉积和抛光技术，2000 年使超音速红外瞄准与跟踪传感器的耐雨耐雾能力提高 200%。发展先进装甲防护技术，提高武器战场生存能力预计到 2015 年，美国 M1 一类的主战坦克还将继续使用并加以改进，与此同时，将发展各种轻型地面车辆和两栖车辆。为提高战场生存能力
10、，需要开发新型防护技术。为使乘员和设备在车体装甲被击穿后免遭击毁损伤和防中子、核能力及抗破片侵彻二次效应，将开发抗弹/抗爆震/抗辐射/多功能高密度高聚物(如高密度聚乙烯/ 凯夫拉) 复合内衬材料技术。2000 年2010 年研究战斗车辆、十字军自行火炮用的隔仓材料、油箱抑爆材料。目前主战坦克首上装甲能防穿甲能力为 600 毫米 RHA 的穿甲弹、侵彻能力为 1300 毫米的破甲战斗部。为避免车体装甲被新一代反坦克弹药击穿，2005 年将继续研究应用高性能超轻装甲材料，包括硬度 HB600700 的装甲钢，新型铝合金装甲（尤其是提高海水腐蚀抗力） ，低成本钛合金装甲材料及钛合金陶瓷复合装甲材料，
11、高密度高模量纤维增强编织结构复合装甲材料（包括复合装甲中树脂转移模塑技术，传感器纤维编织集合制造技术等） 。继续研究陶瓷装甲 SiC、AlN、TiB2、B4C 和复合陶瓷如 TiB2-TiN-AlN、TiB2-AlN、TiN-TiB2、TiN-AlN 、SiC-AlN 等陶瓷材料的抗弹性能以及结构约束因素对抗弹性能的影响，尤其是对速度大于 2000 米/秒的大口径穿甲弹的防御能力。加强装甲防护材料基础研究，将开展梯度陶瓷装甲材料(如 TiB-Ti/Ti)、超细晶粒陶瓷装甲材料、混合型纳米陶瓷装甲材料研究(2005 年)，甚至利用生物仿真技术研究具有极硬层、极软层的轻型复合装甲 (2005 年)
12、。整体式复合反应装甲材料技术的质量有效防护系数，目前抗穿甲的为 2，抗破甲的为 4，为进一步提高其双防能力，特别是抗未来更大威力的 120 毫米动能弹的能力，将继续研究内装式反应复合装甲材料技术；研究顶部轻型反应装甲，以抗威力更大的爆炸成型弹。已开展电磁装甲、智能装甲材料和结构研究，预计这类装甲在 20152020 年得到应用。目前法国采用 10 毫米 RHA/5 毫米 A1/15 毫米厚扁平线圈/绝缘层/ 主装甲的电磁装甲，用 L/D20的钨合金杆以 1600 米/秒速度的侵彻试验表明，质量有效系数 Em 为 2，与 10 毫米 RHA/2毫米太安炸药/3 毫米钢/15 毫米玻璃/主装甲构成
13、的反应装甲相同。从不被发现或被发现而不被击中出发，主要研究应用主动防护系统。现阶段采用的主动防护技术多为软杀伤主动对抗技术，如信号特征抑制材料与技术。美国 2005 年将研制辐射率/反辐射率可控的低可观测性涂料或隐身材料，2010 年研制能对背景和威胁作出自动反应的自适应涂料，降低武器的可见光、红外、雷达等信号特征。雷达和热信号特征在 2000 年时降低 50%，到2005 年降低 70%。较远期则发展硬杀伤主动对抗技术、硬杀伤对抗材料技术，如研究发射式电磁装甲、智能型反应装甲等。与此同时，将进行发展先进装甲和反装甲系统用新材料所需要的力学和数学研究，具体领域包括固体有限变形、冲击和侵彻问题，
14、2000 年重点是金属侵彻分析技术，2005 年重点是复合材料侵彻分析技术，2010 年重点是侵彻的全面分析技术。针对未来单兵综合作战系统的要求，将研究面密度小于 2.5 克/厘米 2 的人体防护用超轻抗弹材料，质量比目前使用的减轻 40%；研究低成本透明尖晶石陶瓷、氮氧化铝和玻璃/聚合物透明装甲，质量和厚度降低 30%，并提高可见光和近红外透射率及对12.7 毫米穿甲弹和破片的抗弹能力及耐磨性。2000 年研究防激光材料和非线性光学材料,分别用于单兵、直瞄光学系统和传感装置。2005 年前后研究能对抗低能光和射线威胁的防护材料。结 论在未来世界军事战略和现代军事技术革命的影响下，未来陆军武器将在机动与快速响应、终点毁伤效应、战场生存能力等获得大幅度提高的同时，也将具有信息化、智能化、远程化的特点。因此，未来陆军武器的高科技含量大大增加，高新陆军武器材料将获得大量使用。可以预见，今后十年内，将在生物、物理、力学、数学、化学及材料科学等领域，通过在分子级、纳米级、微米级、宏观级的研究，使下述陆军武器新材料、新结构、新技术得到重大发展和应用:
