碳纤维材料在高科技领域备受赞誉,凭借出色的力学性能优势频繁应用于航空航天、轨道交通、汽车等行业。其实碳纤维在导弹领域的表现也非常出色,来看看下面4个实际应用吧。
 
碳纤维在导弹领域的4种实际应用
 
    碳纤维在导弹领域的4种实际应用
 
    1、发动机壳体:现在的导弹技术已经更新了好几代,导弹上是需要配装发火箭发动机来增加射程和威力的。导弹固体火箭发动机的重量每减少1KG,有效射程可以提升16KM。想要给导弹发动机减重,那就得从材料上入手。
 
    碳纤维复合材料不仅可以降低弹体自身的重量,发动机壳体、尾翼、进气道等都可以选择。美国的一款空面巡航导弹ACMI58-JASSM就选择了这样的设计方案,整体减重30%。
 
    2、发射筒:除了导弹本体外,导弹的发射筒上也可以选择碳纤维复合材料来制作。在部分构件上可以替代铝合金材料,达到降低重量并提升强度的作用。
 
    美国MX和平卫士洲际战略导弹的发射筒长22.4米,直径2.5米,当采用传统高强钢为材料时重量超过100吨,使用碳纤维增强树脂基复合材料后仅2吨。不仅是美国,我国的战略导弹的发射筒也有一部分筒段采用了碳纤维复合材料,整体重量下降了28%。
 
    3、防热弹体蒙皮:导弹在飞行过程中,因为高速运动,会与空气发生强烈的摩擦而产生巨大的热量,如果导弹自身没有防热措施,还没击中目标就会自毁。根据测算,导弹苏打达到4~10马赫时,表面温度可以达到445~3173℃。
 
    为了满足导弹高速飞行状态下蒙皮耐高温的效果,需要选择合理的材料来实现隔热防热的需求。碳纤维增强陶瓷复合材料就是当下最好的选择,美国X-47B高超声速飞行器使用了碳纤维/陶瓷基复合材料用来防热,最高耐热温度可达1700℃。
 
    4、鼻锥和喷管喉衬:导弹飞行到攻击阶段时,会再次进入大气层,会从零下160℃猛然升温至1700℃左右,需要导弹鼻锥和发动机喷管喉衬能够承受这样的温度变化。
 
    选择碳纤维复合材料来制作这些部件,不仅是因为碳纤维复合材料具有较好的热力学性能,而且在烧蚀过程中烧蚀率低、烧蚀均匀和烧蚀对称,保持了良好的气动外形。碳纤维弹头鼻锥,可以充分利用氧化、分解和升华的过程带走空气摩擦带来的巨大热量。生成的多孔碳层还能起到隔热的作用,阻隔热量向内部传递,起到热防护的作用。
 
    碳纤维复合材料应用在导弹领域的4种方式并不能代表它所有的价值,因为碳纤维复材的研发还没有停滞。耐高温程度更好的连续碳纤维热塑性复合材料尚在研发,如果能够突破,还会有更多的应用可能。