Применение композитов из углеродного волокна в военной промышленности 

Свойства углеродного волокна для военного применения
Современная информационная война – это не только война высокотехнологичного оборудования, но и война высокопроизводительных материалов. Углеродное волокно обладает отличными эксплуатационными характеристиками, оно гибкое и жесткое, обладает комплексными электрическими, тепловыми и механическими характеристиками. Он обладает высокой прочностью и хорошей ударной вязкостью, что позволяет значительно повысить боевые характеристики современных систем вооружения и техники. Обладая низкой плотностью, высокой прочностью, высоким модулем упругости, термостойкостью, холодостойкостью, сопротивлением трению, коррозионной стойкостью, электропроводностью, ударопрочностью, хорошим эффектом электромагнитного экранирования и рядом превосходных эксплуатационных характеристик, эти материалы являются чрезвычайно важными военно-стратегическими материалами.
Композитный материал из углеродного волокна – это своего рода высокоэффективный материал, состоящий из углеродного волокна и смолы, металла, керамики и других матриц, обладающий высокой прочностью, высоким модулем упругости, низкой плотностью, коррозионной стойкостью, высокой термостойкостью и другими превосходными свойствами. В области военной промышленности требования к эксплуатационным характеристикам оружия и техники чрезвычайно высоки, композиты из углеродного волокна стали важным материалом для изготовления современной военной техники благодаря своим уникальным эксплуатационным преимуществам и играют ключевую роль в повышении эксплуатационных характеристик и боеспособности оружия и техники.
Особенности применения углеродного волокна в военной промышленности
1. В авиастроении
Военная авиация
В настоящее время количество композитных материалов в передовых военных самолетах мира составляет 20-50% от веса всей конструкции самолета, что является основным направлением применения композитных материалов, включая обтекатели, плоское оперение, дроги, плоскую хвостовую часть крыла, крылья, центральную переднюю часть фюзеляжа и так далее. Если композитный материал составляет около 50% от общего веса самолета, то большинство конструктивных элементов самолета изготовлены из композитных материалов.
В дополнение к современным истребителям, многие вертолеты начали в больших количествах использовать композиты из углеродного волокна в качестве материалов для планера, включая обшивку и крылья, для снижения веса планера.
Тактические и стратегические ракеты
Композитные материалы из углеродного волокна прочны и легки и очень популярны в ракетной промышленности. Ранее он в основном использовался в деталях боеголовок ракет и твердотопливных соплах двигателей, одновременно снижая вес и затраты, но также может повысить прочность корпуса, увеличить дальность полета ракеты, повысить точность определения точки падения. В настоящее время композиты из углеродного волокна используются для изготовления основных и вспомогательных несущих элементов конструкции, таких как обтекатели бомб, композитные кронштейны, приборные блоки, ложные ловушки, пусковые трубы и так далее.
Ракета-носитель
В области ракет-носителей композитные материалы из углеродного волокна могут быть использованы для изготовления цельнолитой конструкции корпуса двигателя, обтекателя корпуса стрелы, приборного отсека, межступенчатой секции, облицовки горловины сопла двигателя, кронштейна спутника, криогенного резервуара для хранения и других компонентов.
Спутники и космические аппараты
В настоящее время в качестве основных конструктивных элементов спутников (солнечных батарей, полезной нагрузки, корпусных конструкций, ферм) широко используются высокопрочные композитные материалы.
2. Судостроение
Композитные материалы отличаются малым весом, высокой конструкцией и устойчивостью к коррозии, что делает их одним из лучших материалов для использования в будущем при увеличении полезной нагрузки, повышении комплексных возможностей скрытности и снижении затрат на весь срок службы военно-морского оборудования. По сравнению с традиционными конструкционными материалами для судостроения, такими как сталь и алюминиевые сплавы, композиты из углеродного волокна обладают следующими преимуществами:
(1) их легко изготавливать обтекаемыми и другими сложными формами;
(2) Они обладают лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с традиционными металлическими материалами;
(3) Может снизить уровень шума за счет повышения устойчивости внутренних компонентов при подавленной вибрации;
(4) Может уменьшить поперечное сечение отражения радара для достижения эффекта скрытности; немагнитный, его нелегко обнаружить торпедами и минами;
(5) Может значительно снизить тепловые характеристики корабля; может изменять основание и усиление по мере необходимости для достижения конкретных целей.
(6) Это может эффективно повысить остойчивость, скорость и грузоподъемность корабля;
3. Вооружение наземного базирования
В области боевых машин композитные материалы из углеродного волокна также имеют широкие перспективы применения. Используя композитные материалы из углеродного волокна для изготовления корпуса и ключевых компонентов боевых машин, можно значительно снизить вес боевых машин, что повышает мобильность и живучесть на поле боя. В то же время композиты из углеродного волокна, обладающие антикоррозийными и высокотемпературными свойствами, также помогают повысить надежность и долговечность боевых машин.
Композиты из углеродного волокна могут быть использованы для изготовления броневых листов, башен, кузовов и других компонентов танков и бронетехники.
Ракетные установки
Ракетные установки требуют высокой прочности конструкции и точности, и композиты из углеродного волокна могут соответствовать этим требованиям. Например, пусковые трубы ракет, пусковые установки и другие компоненты изготавливаются из углепластиковых композитов, что позволяет снизить вес и повысить точность и надежность запуска.
средства защиты
Благодаря превосходным свойствам композитов, армированных углеродным волокном, таким как малый вес и высокая прочность, они используются в защитных областях, таких как защитная одежда и защитные шлемы. Углеродное волокно используется для изготовления ткани пуленепробиваемых жилетов, которая обладает такими преимуществами, как малый вес, высокая прочность конструкции, хорошая теплопроводность и т.д. При попадании в нее пули оно может не только быстро рассеивать силу удара, но и быстро отводить тепло, что уменьшает локальные повреждения.
Углеродное волокно может быть использовано не только для изготовления бронежилетов, но и для изготовления теплозащитной одежды и одежды с электромагнитной защитой. Материал из углеродного волокна в сочетании с аэрогелевым материалом может стать очень хорошей теплозащитной одеждой, способной защитить воина в условиях боя с высокой температурой, повысить выживаемость воина в огне.
Тенденция развития углеродного волокна в области военной промышленности
1. Низкая стоимость
Ожидается, что благодаря постоянному развитию технологий производства углеродного волокна и крупномасштабному производству, а также совершенствованию процесса изготовления композитных материалов стоимость композитов из углеродного волокна будет постепенно снижаться, что создаст условия для их широкого применения в области военной промышленности.
2. Интеллектуальное производство
Используя искусственный интеллект, большие данные и другие технологии, осуществляется интеллектуальное управление и оптимизация процесса производства композитных материалов из углеродного волокна для повышения эффективности производства и качества продукции.
3. Многофункциональная интеграция
Разработка композитов из углеродного волокна с множеством функций, таких как скрытность, пуленепробиваемость, ударопрочность и т.д., для удовлетворения спроса на высокопроизводительные материалы для будущей военной техники.
4. Экологичная защита окружающей среды
Усилить исследования по технологии переработки и повторного использования композитных материалов из углеродного волокна для достижения устойчивого развития и снижения воздействия на окружающую среду.