運(yùn)載火箭應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料的主要部件是固體發(fā)動(dòng)機(jī)(固體助推器和上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī))殼體、箭體級(jí)間段、箭上衛(wèi)星支架、有效載荷支架上以及可重復(fù)使用天地往返飛行器蒙皮等。
近年我國(guó)已經(jīng)在多種型號(hào)的運(yùn)載火箭,特別是上面級(jí)結(jié)構(gòu)中廣泛采用復(fù)材,有效地減輕了上面級(jí)結(jié)構(gòu)質(zhì)量,對(duì)提高運(yùn)載火箭發(fā)射有效載荷的能力具有十分明顯的效果。
例如,在“開拓者-1”小型運(yùn)載火箭的第四級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)“采用了高性能碳纖維殼體;長(zhǎng)征火箭(CZ-2C、CZ-2E、CZ-3A)的衛(wèi)星接口支架和有效載荷支架(前后端框、環(huán)框、殼段、彈簧支架、井字形梁) 采用了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)材。
目前,衛(wèi)星的主要結(jié)構(gòu)部件(太陽(yáng)能電池陣、有效載荷、本體結(jié)構(gòu)、桁架)都普遍采用了高性能復(fù)合材料。衛(wèi)星使用復(fù)合材料對(duì)減輕質(zhì)量的作用非常明顯,一般說(shuō)來(lái),每減輕1kg衛(wèi)星質(zhì)量,就可使發(fā)射質(zhì)量減輕100kg,因此衛(wèi)星上應(yīng)用復(fù)材較為廣泛,尤其是高模碳纖維的應(yīng)用較多。1993年發(fā)射的9顆Intelsat-7衛(wèi)星中,先進(jìn)復(fù)合材料已占其結(jié)構(gòu)質(zhì)量的50%。我國(guó)衛(wèi)星從20世紀(jì)80年代中后期起,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件用量迅速增加,使得衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量不斷減輕。
復(fù)合材料質(zhì)量輕、可設(shè)計(jì)性高、抗腐蝕性強(qiáng),是未來(lái)追求更大有效負(fù)載、更強(qiáng)綜合隱身能力、更低全壽期費(fèi)用艦船裝備的最佳材料選擇之一。
復(fù)合材料普遍:質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,比強(qiáng)度高于船體鋼和鋁合金等傳統(tǒng)造船結(jié)構(gòu)材料,可有效提高艦船的穩(wěn)定性、航速及運(yùn)載能力;1)易于制成流線型及其它復(fù)雜形狀;2)耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料;3)能通過(guò)增強(qiáng)內(nèi)部構(gòu)件在阻尼振動(dòng)下的穩(wěn)定性而減少噪音的產(chǎn)生;4)可減少雷達(dá)反射截面達(dá)到隱身效果;非磁性,不容易被魚雷和水雷探測(cè)到;5)能很大程度上降低艦艇的熱學(xué)特征;能根據(jù)需要改變基體和增強(qiáng)體來(lái)達(dá)到特定的目標(biāo)。由于復(fù)合材料具有的這些特性,成為理想的船用材料。
美國(guó)“避風(fēng)港”海事公司近日推出一種名為“梭魚”的隱身高速攔截艇,這種采用深V船形的高速艇在海上的最大航速超過(guò)40節(jié)(約合時(shí)速74千米),最大續(xù)航距離達(dá)370千米(大致相當(dāng)于從天津到煙臺(tái)的海上里程),而且即使遭遇5級(jí)海況(浪高達(dá)4米)時(shí)也能正常航行。
瑞典皇家海軍“維斯比”級(jí)(VisbyClass)隱形護(hù)衛(wèi)艦是世界上第一個(gè)按照全隱形規(guī)范由碳纖維制造的戰(zhàn)艦
復(fù)材在坦克與裝甲車輛上的應(yīng)用主要包括:裝甲及行動(dòng)系統(tǒng),目的是降低重量和提高抗打擊性能。
復(fù)材在坦克裝甲車輛上的應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代,蘇聯(lián)T-64A是最早使用復(fù)材裝甲的主戰(zhàn)坦克,現(xiàn)今由玻纖、凱芙拉、碳纖維等作為增強(qiáng)材料研制出的復(fù)材裝甲與同等防護(hù)級(jí)別的金屬材料裝甲相比,復(fù)材的使用可以使車體和炮塔結(jié)構(gòu)的綜合性能提高30%~50%,重量減輕40%~45%。
在行動(dòng)系統(tǒng),如坦克履帶、負(fù)重輪、托帶輪、扭力軸等方面,復(fù)材充分發(fā)揮了減重效果。如美軍25t輕型坦克裝甲戰(zhàn)車采用的陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)材履帶使坦克總重量減輕1 噸;M113型坦克戰(zhàn)車中使用的玻纖/環(huán)氧基復(fù)材的負(fù)重輪,不僅比傳統(tǒng)材料減重30%,還能極大程度地減少地雷爆炸帶來(lái)的損害。M60坦克中采用碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)材替代鋼制扭力軸減重達(dá)65%以上。
坦克發(fā)動(dòng)機(jī)用活塞頭、活塞連桿、調(diào)速齒輪、推進(jìn)桿體等金屬部件,采用樹脂基復(fù)材制造將比傳統(tǒng)的金屬構(gòu)件減重30%以上。
復(fù)材在輕武器上的應(yīng)用較為廣泛,主要目的也是為了減重。
20世紀(jì)七八十年代,樹脂基復(fù)合材料逐步取代了傳統(tǒng)金屬材料,用于制備槍械的彈匣、套筒、發(fā)射機(jī)座、瞄準(zhǔn)器、刺刀座、扳機(jī)、連發(fā)阻鐵等部件口。
如20世紀(jì)70年代蘇聯(lián)的AR-24突擊步槍,就采用了玻纖增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料制造彈匣,比金屬?gòu)椣惠p28.5%;美國(guó)M60 型7.62mm 通用機(jī)槍采用樹脂基復(fù)合材料彈鏈,質(zhì)量比金屬?gòu)楁溳p30%。
此后,為了進(jìn)一步減輕重量,提高精度和耐久性,碳纖維/環(huán)氧基復(fù)合材料制造的復(fù)材槍管問(wèn)世,如德國(guó)采用纏繞成型方法在陶瓷內(nèi)管上纏繞金屬絲增強(qiáng)環(huán)氧樹脂成型機(jī)槍槍管。