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碳纖維復(fù)合材料在軍事領(lǐng)域的作用!

2023-07-01 來(lái)源:復(fù)材邦 瀏覽數(shù):567

  碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是軍工領(lǐng)域,它在軍工領(lǐng)域有很多難以替代的作用,不知道大家知不知道。    對(duì)于飛行器

   碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是軍工領(lǐng)域,它在軍工領(lǐng)域有很多難以替代的作用,不知道大家知不知道。
  
  對(duì)于飛行器來(lái)說(shuō),同樣是減輕1千克重量,飛行速度越快的飛行器取得的經(jīng)濟(jì)效益越高。比如我們?cè)?jīng)介紹過(guò),衛(wèi)星每減少千克重量,能節(jié)約幾萬(wàn)塊錢(qián)的發(fā)射成本。當(dāng)然有一些衛(wèi)星本身就是軍事衛(wèi)星,通過(guò)使用碳纖維復(fù)合材料能節(jié)約成本。但是大家更關(guān)注的還是軍用飛機(jī)和導(dǎo)彈。
  
  就拿軍用飛機(jī)來(lái)說(shuō),達(dá)到超音速的飛機(jī),比如殲-20、F-35這樣的飛機(jī),減輕1千克的重量不僅可以帶來(lái)幾千塊錢(qián)的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)通過(guò)減輕飛機(jī)自身的重量也可以提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性,讓飛機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上獲得更明顯的優(yōu)勢(shì),這可比普通的經(jīng)濟(jì)效益要?jiǎng)澦愣嗔恕R溃瑱C(jī)動(dòng)性越好的飛機(jī),在戰(zhàn)場(chǎng)上生存的概率越高,被擊落的可能性越小,節(jié)省一架超音速戰(zhàn)斗機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益,可就不僅僅是幾千塊錢(qián)了吧。
  
  
  
  所以,世界各大軍事強(qiáng)國(guó)都在不遺余力地發(fā)展碳纖維復(fù)合材料先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用。從一開(kāi)始的只在不重要的部位使用碳纖維復(fù)合材料,后來(lái)不斷拓展,碳纖維復(fù)合材料在軍用飛機(jī)上的占比越來(lái)越高。美國(guó)最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)F-35使用了大概35%的碳纖維復(fù)合材料,歐洲的臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料占比更是超過(guò)了40%。另外,美國(guó)曾經(jīng)最先進(jìn)的轟炸機(jī)B-2,碳纖維復(fù)合材料的使用比例已經(jīng)接近50%了。
  
  中國(guó)的殲10、殲11等上一代戰(zhàn)斗機(jī),碳纖維復(fù)合材料使用量并不算高,只有12%左右。到了四代戰(zhàn)機(jī)殲-20,碳纖維復(fù)合材料使用量已經(jīng)達(dá)到了27%,雖然比不上美國(guó)的F-35,但比美國(guó)的F-22碳纖維復(fù)合材料使用率還要高一些。通過(guò)碳纖維復(fù)合材料的使用,殲-20機(jī)身重量相對(duì)于使用鋁合金材料來(lái)說(shuō),降低了9%左右。省出來(lái)的重量對(duì)于提升飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性是非常有幫助的,與此同時(shí)飛機(jī)的續(xù)航能力也能得到明顯的提升。
  
  碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到戰(zhàn)斗機(jī)上,除了可以明顯減輕機(jī)身重量以外,還有一些其他好處。首先碳纖維的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很高,能夠讓飛機(jī)機(jī)身在保證輕便的同時(shí)還能更加結(jié)實(shí),碳纖維復(fù)合材料制作飛機(jī)機(jī)身已經(jīng)經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證了。不僅先進(jìn)的大飛機(jī)大范圍使用碳纖維復(fù)合材料,戰(zhàn)斗機(jī)同樣可以大范圍使用碳纖維復(fù)合材料,像剛提到的臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī),機(jī)身表面已經(jīng)有70%的面積使用碳纖維復(fù)合材料了。
  
  其次,碳纖維復(fù)合材料抗腐蝕能力比較強(qiáng)。戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)常需要在空氣鹽分含量比較高的沿海地區(qū)活動(dòng),普通的金屬材料很容易被腐蝕,飛機(jī)的保養(yǎng)成本非常高。但如果換用碳纖維復(fù)合材料的話,材料本身就不容易腐蝕,也不受空氣中鹽分的影響,飛機(jī)不容易腐蝕,從而降低維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用。
  
  此外,通過(guò)碳纖維改性或者添加一些特殊物質(zhì),碳纖維復(fù)合材料還可以起到隱身的作用。通過(guò)特殊處理的碳纖維復(fù)合材料,可以吸收雷達(dá)波,減少雷達(dá)波的反射,從而減少被雷達(dá)探測(cè)到的機(jī)會(huì),也就可以起到隱身的作用。
  
  除了這些先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)以外,很多直升機(jī)的機(jī)身材料也開(kāi)始大量使用碳纖維復(fù)合材料,包括飛機(jī)外殼和機(jī)翼,起到降低機(jī)身重量的作用。最有意思的是,雖然碳纖維復(fù)合材料被認(rèn)為是非常昂貴的材料,往往應(yīng)用到非常高端的領(lǐng)域,但是用來(lái)降低戰(zhàn)爭(zhēng)成本的無(wú)人機(jī)使用碳纖維的比例卻是各類飛機(jī)中最高的。
  
  前面提到戰(zhàn)斗機(jī)和民航飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料使用比例達(dá)到50%就算很高了。但是無(wú)人機(jī)的使用比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。像美國(guó)的全球鷹無(wú)人機(jī)碳纖維復(fù)合材料使用比例高達(dá)65%,中國(guó)的云影無(wú)人機(jī)使用比例達(dá)到60%,都能超過(guò)各類戰(zhàn)斗機(jī)。看起來(lái)已經(jīng)不少了,但這兩款無(wú)人機(jī)應(yīng)用比例還是偏低的。美國(guó)的捕食者無(wú)人機(jī)和影子無(wú)人機(jī),復(fù)合材料應(yīng)用比例都超過(guò)了90%,中國(guó)的彩虹無(wú)人機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用比例也超過(guò)了80%。由此可見(jiàn),在無(wú)人機(jī)上大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益更明顯,帶來(lái)的飛機(jī)性能提升也更明顯。
  
  除了軍用飛機(jī)和軍用衛(wèi)星上大量使用碳纖維復(fù)合材料以外,軍用導(dǎo)彈上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的范圍也是非常廣泛的。碳纖維復(fù)合材料結(jié)實(shí)而又輕便的特點(diǎn),在導(dǎo)彈領(lǐng)域也是非常受歡迎的。早期主要應(yīng)用于導(dǎo)彈的彈頭部位和固體發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管,節(jié)約重量節(jié)省成本的同時(shí),還能增加彈體強(qiáng)度、增加導(dǎo)彈射程、提高落點(diǎn)精度。世界各大軍事強(qiáng)國(guó)都在不遺余力地想辦法把碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到導(dǎo)彈上。除了彈頭和噴管以外,火箭外殼、火箭發(fā)射筒等等都開(kāi)始使用碳纖維復(fù)合材料。
  
  中國(guó)著名的東風(fēng)31導(dǎo)彈,就使用了碳纖維復(fù)合材料的彈頭外殼,通過(guò)降低彈頭重量,來(lái)改善導(dǎo)彈的性能,提升導(dǎo)彈的射程和打擊精度。到了東風(fēng)41導(dǎo)彈,碳纖維復(fù)合材料使用比例明顯提高,導(dǎo)彈外殼也換成了碳纖維復(fù)合材料,更加明顯的提高了導(dǎo)彈性能,射程更遠(yuǎn)、攜帶彈頭更多、打擊精度更高。
  
  圖片
  
  除了路基導(dǎo)彈以外,潛艇發(fā)射的潛射導(dǎo)彈和飛機(jī)發(fā)射的導(dǎo)彈對(duì)彈體重量更加敏感,應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的比例更高。尤其是飛機(jī)發(fā)射的空空導(dǎo)彈和空地導(dǎo)彈,通過(guò)自身減重,增加飛機(jī)的彈載量,降低飛機(jī)的負(fù)擔(dān),提高導(dǎo)彈的射程和打擊精度。所以機(jī)載導(dǎo)彈應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料是更加必要的選擇。
  
  除了飛機(jī)和導(dǎo)彈會(huì)用到碳纖維復(fù)合材料以外,以后會(huì)有越來(lái)越多的軍事裝備應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料,以充分發(fā)揮其結(jié)實(shí)而又輕便的特點(diǎn)。除此以外,還有兩個(gè)比較重要軍事應(yīng)用值得說(shuō)一說(shuō)。
  
  在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中有一種武器讓人刮目相看,那就是石墨炸彈。這種石墨炸彈,本身爆炸的威力并不大,沖擊波也不會(huì)帶來(lái)太大的危害,但是爆炸完以后會(huì)產(chǎn)生很多能導(dǎo)電的細(xì)絲,這些細(xì)絲能夠搭到電線上,讓電線短路,從而破壞當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成電網(wǎng)癱瘓。美國(guó)在后面的多次戰(zhàn)役中均大量使用這種炸彈給敵方帶來(lái)很大的損失。
  
  這種炸彈釋放的細(xì)絲就是一種導(dǎo)電能力很強(qiáng)的碳纖維,碳纖維本身就有導(dǎo)電性,通過(guò)特殊改性還能加強(qiáng)導(dǎo)電能力。炸彈釋放碳纖維細(xì)絲以后,由于碳纖維密度很小,可以在空中長(zhǎng)時(shí)間漂浮,沉降下來(lái)以后就會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)很大的危害。電網(wǎng)一旦受到破壞,當(dāng)?shù)氐耐ㄓ崱⒄彰鳌⑸a(chǎn)都會(huì)受到影響,而且短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù),甚至有可能給發(fā)電站帶來(lái)難以修復(fù)的傷害。
  
  碳纖維在軍事領(lǐng)域還有一個(gè)很重要的應(yīng)用,那就是生產(chǎn)特殊的防護(hù)服。首先是防彈衣,雖然目前主流的防彈衣并不是用碳纖維材料來(lái)制造的,但不排除未來(lái)批量生產(chǎn)碳纖維材料的防彈衣。因?yàn)殡S著碳纖維材料生產(chǎn)成本的不斷下降,其優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì)越來(lái)越有吸引力,已經(jīng)有越來(lái)越多的新型防彈衣研發(fā)開(kāi)始采用特種碳纖維材料了。
  
  碳纖維用來(lái)做防彈衣的面料,有重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性好,子彈打到上面,不僅可以迅速分散受力,還可以快速傳導(dǎo)熱量,減少局部受損情況。當(dāng)然,碳纖維不僅可以制作面料,碳纖維復(fù)合材料還可以用來(lái)做防彈衣的夾心材料,也就是防護(hù)板。既然碳纖維復(fù)合材料可以用來(lái)制作飛機(jī)上的骨架結(jié)構(gòu),自然說(shuō)明這種材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)夠大,用來(lái)制作防彈衣的防護(hù)板自然也是沒(méi)有問(wèn)題的。關(guān)鍵是用碳纖維復(fù)合材料制作的防護(hù)板質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大,在有效防護(hù)士兵生命安全的同時(shí),能盡量減少對(duì)士兵行動(dòng)能力的影響。此外,碳纖維復(fù)合材料還可以用來(lái)制作防彈的頭盔等防護(hù)器具,作用原理跟防護(hù)板差不多。
  
  碳纖維不僅可以制作防彈衣,還可以用來(lái)制造熱防護(hù)服裝和電磁防護(hù)服裝。碳纖維材料結(jié)合氣凝膠材料就可以制作出非常好的熱防護(hù)服,能保護(hù)戰(zhàn)士在高溫環(huán)境下作戰(zhàn),提高戰(zhàn)士在火災(zāi)中的生存能力。碳纖維本身導(dǎo)熱性好,有利于分散熱量,避免局部過(guò)熱,而氣凝膠又能有效隔絕熱量,及時(shí)外部大火直噴,也不會(huì)對(duì)衣服內(nèi)部的人員造成傷害。
  
  至于電磁防護(hù)服裝,則是利用碳纖維良好的導(dǎo)電性。碳纖維本身就有不錯(cuò)的導(dǎo)電性,能夠屏蔽電磁波,為了增強(qiáng)屏蔽效果,往往還會(huì)在碳纖維之外再添加一些特殊成分,能夠大幅度提升對(duì)電磁輻射的防護(hù)能力,避免電磁輻射對(duì)士兵身體的傷害。

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