战争与材料

战争与材料题目:材料在现代战争的应用

学生姓名：_______李震_______

学号：______11134616_____

任课教师：_______应鹏展____

学院：_____文法学院______

专业年级：__2013级法学一班___

提交时间：_ 2015年7月1号_

中国矿业大学

摘要：从古至今战争就连续不断，从冷兵器到热兵器直到现在的核武器、战略导弹防御系统等等，各类材料尤其是先进材料起了关键作用，而现代战争的主要形式是高技术条件下的局部战争，在当今21世纪的两场战争(阿富汗战争、伊拉克战争)中，则无不是当代高科技以及新材料的大展示。本文着重介绍了烧蚀防热材料在现代战争武器中的应用。

关键字：复合材料纤维烧蚀

正文：材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，长期以来各国一直把材料、能源和信息作为社会发展的重要支柱，尤其进入当今时代，高科技材料更成为国防建设的强大支撑力量。在军事领域，高性能纤维是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰船等尖端武器装备的重要基础材料，各国都高度重视高科技材料在军事上的广泛应用。近年来随着对纳米材料的开发，其特殊性能很快就引起了军事上的高度重视。虽然目前纳米技术尚不成熟，但由于其具有明显的军事潜力，极大地刺激着人们寻求纳米技术在军事上的应用。世界主要军事大国相继制定了军用纳米技术开发计划。

一、烧蚀防热材料在现代战争武器中的应用

在现代战争武器中，烧蚀防热材料是洲际导弹等航天器的隔热屏障。导弹、飞船和航天飞机等返回大气层时都处于严重的气动加载(高速飞行产生的空气阻力)和气动加热(剧烈摩擦热)的环境中，温度急剧升高。洲际导弹弹头以马赫数20～25的速度再入大气层时，弹头的驻点温度可达8000~12000℃，瞬时压力达10MPa。而飞船和航天飞机的再入时间长且焓值高，飞船的返回舱和航天飞机的鼻锥最高温度分别为1800℃和1650℃。以美国“阿波罗”飞船和“双子星座”飞船的总加热量为例，它们分别为506000kJ/m2 和149000kJ/m2。故对于它们的部件及材料的耐热性要提出异常苛刻甚至难以接受的要求，这些“热障”技术问题是导弹和航天飞行器研制成败的关键。

耐烧蚀件的设计和应用主要为了解决导弹、航天飞机、火箭等在大气层高速飞行时产生的高温对材料的烧蚀作用。对于耐热蚀件的要求，主要是能在短时间内承受高温加热效应，保护其内的高速飞行器本体及内部仪器、转载物等。耐烧蚀件所用的材料称为烧蚀防热材料，它是一种固体防热(复合)材料。在高温高压气流冲刷的条件下，烧蚀防热材料发生热解、熔化、蒸发和升华辐射等，通过材料表面的质量迁移带走大量热量，从而达到耐高温的目的。烧蚀防热材料主要应用于战略导弹弹头、航天器再入舱表面和火箭发动机的喷管及喉衬等。

二、隐身材料的应用

隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料（stealth material）是实现隐身技术的物质基础。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。对于地面武器装备，主要防止空中雷达或红外设备探测、雷达制导武器和激光制导炸弹的攻击；对于作战飞机，主要防止空中预警机雷达、机载火控雷达和红外设备的探测，主动和半主动雷达、空对空导弹和红外格斗导弹的攻击。为此，常需要雷达、红外和激光隐身技术。

三、复合材料的应用

复合材料已广泛应用于飞机、火箭、人造卫星和国防等各个领域。但复合材料的设计是一个复杂的系统性问题，它涉及环境载荷、设计要求、材料选材、成型方法及工艺过程、力学分析、检验测试、维护与修补、安全性、可靠性及成本等诸多因素。对于飞机、火箭等军用材料减轻结构重量、提高有效载荷是设计者追求的永恒主题。材料的设计应从最大限度的安全性、可靠性出发来考虑经济贡献，同时材料的选择应该满足复合材料设计中所提出的要求，符合军事工业领域的规范和要求；在设计军用复合材料及其结构时，必须进行系统的实验工作，了解并掌握复合材料及其结构在静载荷、动载荷、疲劳载荷及冲击载荷作用下，在室温、高温、低温、湿热、辐射和腐蚀等不同使用环境下的各种重要性能数据，为军用复合材料的设计提供科学的依据。在兵器高技术的迅速发展过程中，先进军用复合材料是国际兵器高新技术发展的基础，应是多种学科的综合，复合材料整体化、优选化、智能化是未来高技术兵器发展的必然趋势。军用复合材料正向着低成本、高性能、多功能和智能化方向发展，在未来的军事高技术领域有着举足轻重的地位，并具有十分良好的产业化前景。

四、智能材料

智能材料是把传感器、致动器、光电器件和微型处理机等埋在复合材料结构中，具有感知周围环境变化，针对这种变化具有自诊断功能、自适应功能、自修复自愈合功能，且具有自决策功能的复合材料。智能材料成为当前研究的新热点。飞机上采用的智能结构是由各种智能材料制成的传感元件、处理元件和驱动元件组成的，而这3个组成部分相当于人的神经、大脑和肌肉。格鲁曼公司将光导纤维埋人树脂基复合材料制成机翼以提高飞机效率，这些光导纤维能像神经那样感

知机翼上因气候条件变化而引起的压力变化，根据光传输信号进行处理后发出指令，通过驱动元件驱动机翼前缘和后线自行弯曲。驱动可通过电流由压电陶瓷变形来实现，也可通过磁场由磁致伸缩材料变形来实现，或通过加热由形状记忆合金发生位移来实现，还可应用于无人飞机上。

在磁致伸缩材料中，铁稀土合金具有最大的磁致伸缩效应。智能材料压电陶瓷制成的传感器和驱动器可解决机翼和尾翼的颤振问题，例如F／A—JSE／F垂尾的振动试验表明，振动减少了8O。

五、3D打印技术在军事的运用

备受瞩目的3D打印技术正在被悄悄地运用于军事领域。有关专家指出，社会生产方式决定武器装备生产模式，3D打印技术正在引发一场军事制造业的革命，变化的不仅是武器装备工艺研发模式，还有军队的保障方式。

未来战争中，利用3D打印技术，无论是武器装备，还是军需物资，都可能实现“DIY”，即由作战人员在战地自助生产行动所需的装备物资。

3D打印技术，是在计算机辅助设计数据的指引下，综合运用电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等系列技术，将特定金属粉末或记忆材料按照电子模型图的指示一层层叠加起来，最终形成实物模型。

传统的武器装备生产主要是做“减”法。原材料通过切割、磨削、腐蚀、熔融等工序，除去多余部分形成零部件，然后被拼装、焊接成产品。这一过程中，将有90%的原材料被浪费掉。美国F-22战机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率仅为4.90%。相关专家指出，贵重材料的损耗已成为高科技武器装备造价居高不下的重要原因。

与传统工艺不同，3D打印技术做的是“加”法。在武器装备及其配件生产过程中，无需原胚和模具，3D打印机可直接根据计算机图形数据，通过层层增加材料的方法“打印”出高精尖的武器装备与配件。由于是按需取材，整个生产过程几乎没有任何浪费。评估表明，如果美国计划生产的3100架F-35战机，完全运用3D技术制造零部件，可能节省数十亿美元成本。在军事领域，3D打印技术的重要价值还在于使得战场保障方式发生了革命性变化：由以依托后方为主，变为以阵地“DIY”为主。

总结：随着现代技术的迅猛发展，防热抗烧蚀复合材料的应用越来越广泛。对于防热抗烧蚀复合材料发展趋势，我们应当对防热抗烧蚀复合材料及其结构在