军事技术与军事材料打印
2020-03-02 01:40:14 来源：范文大全收藏下载本文
材料的革命性发展会给医疗、电子、自动化、化学加工带来革命。一些稀有、具有重要战略价值的材料关系到国家的安全和发展，被作为战略物资加以储藏。许多先进材料具有重要的军事价值，是各国军队技术发展的重点之一。
（一）经济承受得起的复合材料结构。未来许多飞机使用复合材料做主结构，经济可承受得起十分重要。复合材料结构成本高是推广使用的最大障碍。通过选择适当材料、改变载荷路径、使用低成本制造/连接/组装技能、研究综合分系统的方法，能够达到经济可以承受的要求。
（二）极端环境下使用的结构。未来高速飞行的飞行器的机身和发动机要求耐热结构。机身要求能承受华氏400－1500度高温、170分贝高噪声的新的轻型结构概念。飞行器的大部分将暴露在这种全新的、极其高温和噪声载荷环境中。结构重量将是非极端环境下的飞行器的两倍。耐高温材料是提高飞机发动机性能必不可少的材料。1940年左右，镍基高温合金用于涡轮喷气发动机上，飞机速度突破了音速，发动机工作温度每提高100度，推力可提高15％。现代航空发动机，不包括附属结构，其重量中含有40%的镍，30％的钛，近期内，镍的分量可能有进一步的提高，但在应力很大的压缩机盘中，为了适应更高的压缩比，能承受中等温度的钛将不得不被取代。金属基复合材料有希望制造成如叶片环、轴、作动器连杆那样的重量轻的静止和转动的结构。由于各种纤维及其加工成本高，只限于用在高推重比的军用发动机上。陶瓷基复合材料是在陶瓷矩阵中加入陶瓷纤维，以便克服陶瓷易碎的特性，它们重量轻、刚度高、耐高温，但成本高，所以只用于军用发动机上。
夫来运载工具的先进材料和结构概念是：主结构、前缘/鼻锥帽、冷却剂箱、热防护系统。高温聚合物矩阵、先进金属矩阵、陶瓷矩阵复合物是主结构的候选材料。这些材料需要灵活结合和栓接概念。复合材料和金属组成的\"三明治\"可做冷却剂箱材料。超高温陶瓷复合材料和长寿命、低成本碳碳复合材料可用做防热材料。在主结构中使用耐火的复合热结构材料，可以不再用防热材料。
（三）灵活承载结构。未来灵活承载结构包括：用于天线、雷达、太阳电池帆板、反射器的可膨胀或展开的孔径结构；月球、火星居住用的灵活墙壁的多层结构；飞机结构的新颖灵活承载概念。1996年5月成功地进行了可膨胀展开的结构的实验，它将用于长寿命、25米大小的由坚固结构支撑的孔径。研究集中于薄膜状材料、制造技巧、固定方法、可膨胀的系统、接口。飞机用的灵活承载结构是燃料电池结构、后缘。燃料电池位于飞行器的外表面，空的时候与外表面保形，装满燃料时膨胀。
（四）多功能结构。多功能结构除了能够支持载荷以外，还需要把通信和电子装置综合到保形的承载结构中。该技术依赖大规模集成电子封装、轻型复合结构、高导电材料技术。将电子组合件（多芯片组件）、微型传感器和作动器，连同有关的电力和数据传输的电缆镶嵌在承载结构中，能够消除传统的板和盒子、大的连接装置、笨重的电缆、热基板等部件，能够大大减少重量、体积、成本。现在的多功能结构研究要解决的是天线、机身廓线、综合、维护问题。现在的飞行器一般有100副天线，使用60个孔径。为了容纳这些电磁窗口，要求机身结构局部增强，结果结构重量和成本都提高了。天线安装在外部会降低飞机的气动力学性能，对维护的要求也提高了。把天线和其它电子装置综合到承载蒙皮结构中将降低成本、制造、维护费用，使机身更轻，提高天线的性能。
多功能结构技术不用电气底座和电缆，缆线和大部分传感器、电池放到总线结构上，总线结构还能起结构和温控的作用。这种技术为未来的航天器提供了如下好处：固有的模式化支持低成本大规模生产和组装，大大减少全寿命成本。不用电缆和连接装置，在航天器最后组装时，不用人力接触，可提高可靠性和坚固性。支撑了即插即用的航天器。为电力分配、数据储存、和承载结构中的电子装置提供一体化热按灵活互连结构。
（五）超轻结构材料。目的是研制含有重量轻的复合材料的金属，但又无传统的腐蚀和分层问题。这种金属是按照内部结构多样性的原则加工制造的，具有重量轻、强度高的优点。材料的内部微结构既作为结构部件，又能执行缓解爆炸和控制热量的功能。美军正在演示使用这样的材料做E－2C预警飞机的天线柱以及F-18E飞机的蒙皮和舱门，以及能抗子弹的燃料箱等军事应用。
（六）防弹衣材料。目标是达到每平方英尺1.6千克的面积密度（保护身体面积所必要的重量）。现在的方法是使用一层陶瓷材料，加上一层柔和的衬里，其面积密度是新材料的两倍，穿上它，就无法保持良好的动作性能。美国防高级研究计划局企图通过理解挫败破甲弹的基本原理，来设计新的防弹材料。试验已经表明陶瓷易碎，但仅仅增加一层衬里就能增加陶瓷强度。美军将采用不同的材料和多层概念，并用7.62毫米的破甲弹药对所选定的概念进行野外试验。
现在，一些通用技术，如建模、电子束固化、以探测器为基础的加工控制、改进真空辅助环氧树脂转移模型、改进质量评估成本模型等已经基本成熟。
迄今为止，战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30％左右，新一代战斗机将达到40％；直升机和小型飞机复合材料用量将达到70－80％左右，甚至出现全复合材料飞机。美空军现在正在评估用陶瓷纤维增强陶瓷矩阵复合材料制造F-16飞机的F-110发动机的金属排气口的可分散的整流板，以便节约费用的可行性。美陆军为\"未来作战系统\"研制超轻装甲，能够对付30毫米口径的穿甲弹，还在研制M1坦克舱门盖、F-18飞机的零件和卫星使用的超轻材料，使士兵防弹衣的重量减轻50％的技术。\"科曼奇\"直升机的机身有70％是由复合材料制成的，但仍计划通过减轻机身前下部重量，以及将复合材料扩大到配件和轴承中，以便再减轻15％的重量，同时减少25％人小时的维护要求，\"科曼奇\"的生产成本也将随之节约几亿美元。\"阿帕奇\"为了减轻重量，将采用复合材料代替金属机身。使用复合材料，未来的联合运输旋转翼（JTR）飞机的成本将减少6％，航程增加55％，或者载荷增加36％。巡航导弹如用复合材料，航程可提高60％。1994年，美陆军与弹道导弹防御局成功演示了精确铸造复合材料导弹舱壁，采用这种全复合材料结构（高强度纤维和耐高温树脂）舱壁代替铝制品，重量减轻35％以上，刚性提高一倍，成本比铝制部件低。\"十字军\"火炮系统的炮塔和它的供给车也将采用复合材料，\"十字军\"炮塔因此将减轻15％，由于重量减轻，将节约几亿美元的燃料费。现在的后勤支援艇是用钢制造的，而未来将要采购的\"战区后勤艇\"将使用铝复合材料制造.功能材料
功能材料是能够大大提高通信、探测、计算能力的非结构性材料和装置。例如，高灵敏度的磁材料，磁场探测器、不易变的抗辐射加固磁存储器；灵活显示用的光辐射聚合物；用于高灵敏度、紧凑的调谐过滤器、振荡器、天线的以铁淦氧和铁电体氧化物为基础的频率捷变材料。例如比现有的卫星通信天线体积小20倍的轻型插入式天线，薄膜空间滤波器，永磁材料等。还有能够吸收电磁波的隐身材料。
（一）硅异质材料
演示在单个基底上把超高速数字逻辑和高功放与硅互补金属氧化物半导体综合在一起的可行性。这种材料的性能大大超过纯硅的性能。如果成功，可能形成组件式驱动电子装置，用于海军的先进的多功能无线电频率系统，跟踪低轨卫星的低功率电操纵天线阵。远期目标是发展一些技术，把100吉赫数字逻辑与100瓦功放集成到像硅互补金属氧化物半导体那样的基底上。一个这样的集成电路就可以代替一个高性能数字信号处理器，一个主动延迟线路，一个数字合成器，一个行波管功放，从而减少军事系统体积重量，提高可靠性。然后继续发展单块技术，把高速数字逻辑（50吉赫）与中等功放（15瓦）集成到一个硅基底上。
（二）频率捷变材料
一些材料在施加电场或磁场后，会以某种方式改变属性，因而可以用作通信系统滤波器和天线，其优点是更小、更轻，可以做成各种形状。由这种材料制成的新天线与\"联合星\"（JSTARS）飞机、E－2C飞机的大天线罩中的特高频（UHF）卫星天线不同可以放在战斗机、无人机上，且可以保形。目前的计划将首先演示卫星通信特高频天线，然后将演示甚高频（VHF）天线，将来要在P－3飞机上进行试验。
（三）磁性材料
旋转装置（Spintronics）计划的目的是研究辐射加固存储器的芯片，在无电的情况下，仍能保存存储的数据（即所谓\"非挥发\"存储器）。首先将演示用于三叉戟潜艇的只有1平方厘米，经过辐射加固的16千比特存储器。次后将研制和演示稍稍大于1平方厘米，可存储1兆比特信息的、用于卫星和导弹的存储器。还将进行全抗辐射的存储器试验。
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