直升机陶瓷复合装甲发展现状及新型材料应用前景

目前国外军用武装直升机及运输直升机上均配置了轻质装甲材料。相比之下,国内直升机装甲配置在级别类型、数量、单架机面积等方面都远不如欧美发达国家。随着新一代军用直升机对抗弹生存能力提出了更高的要求,国内外对于新型装甲材料的开发也有了较大的进展。本文综述了国内外武装直升机用复合防弹装甲的发展状况,总结了直升机用复合防弹装甲未来的发展需求,分析了目前复合防弹装甲的抗弹机理、选材原则和材料在被武器打击过程中的吸能方式,并展望了梯度功能材料、微叠层材料、石墨烯改性陶瓷等新材料在军用直升机上的应用前景。为满足我国直升机的自主发展需求,我国对于性能优异的新型先进轻质防护材料的开发需求已刻不容缓。只有开发新型装甲材料才能提高我军直升机的生存能力,满足我国武器装备的作战需求,实现与世界先进直升机水平的同步发展。     

陶瓷/复合材料装甲板防弹机理分析

分析了纺织复合材料和陶瓷的低速冲击性能,并以此为理论基础,剖析陶瓷/复合材料装甲板受弹头冲击时的防弹机理,并建立此过程的动态分析模型,讨论和预测复合装甲的损伤和破坏,为复合材料在复合装甲上的应用和防弹能力预测提供理论分析依据。     

武装直升机轻型复合防弹装甲技术

本文介绍了武装直升机用轻型复合防弹装甲技术的意义与发展状况；结合实际研究工作，分析了轻型复合防弹装甲的防弹原理和主要技术，并对其在武装直升机上的应用提出了一些看法。     

军机高生存力设计与复合材料防护装甲

本文阐述了军机生存力设计的重要性，生存力与复合材料装甲的关系，以及军机用复合材料装甲的发展情况，并了复合材料装甲的弹靶作用机理。     

防弹复合材料

介绍了防弹复合材料的特点类型与适用范围。结合作者近年来的研究成果，重点论述了纤维复合材料装甲和陶瓷／复合材料装甲的组成、结构与制备方法。在揭示其弹道吸能机理与破坏特征的基础上，提出了纤维复合材料装甲和陶瓷／复合材料装甲设计的一般原则和基本思想。同时，对防弹装甲原材料的性能特点与发展概况作了叙述。     

轻型多层异质复合装甲研究进展

针对现代战争条件下轻型装甲车辆对机动性能和防护性能的要求,综述了装甲防护材料的应用现状及其不同应变率下力学性能测试手段,讨论了装甲防护性能评估的实验测试、数值模拟以及理论分析手段,介绍了材料种类、结构形式、分层厚度、约束效应以及层间界面对轻型多层复合装甲防护性能的影响,并提出了未来发展趋势。     

武装直升机与陶瓷／复合材料装甲

本文介绍了专用武装直升机的作战环境与高生存力的要求，着重讨论了广泛应用于武装直升机的先进陶瓷／复合材料装甲系统及其防弹机理，并对复合材料装甲的选材与设计问题作了分析。     

弹靶作用过程中陶瓷基复合材料的表面驻留行为

为提高陶瓷基复合材料在轻质装甲结构设计中应用的可行性,研究陶瓷基复合材料在抵抗弹体撞击时的表面驻留性能,进而探索其抗弹性能,旨在丰富和完善陶瓷基复合装甲材料的抗弹机理。采用数模模拟方法对弹体撞击SiC-Al陶瓷基复合材料表面驻留过程开展了深入研究,探索了复合材料的表面驻留行为,对比分析了复合材料和陶瓷材料表面驻留过程中应力水平和损伤演化过程。结果表明:复合材料表面驻留耗能为845J,比B_4C、SiC、AD99Al_2O_3陶瓷材料分别提高约46.0%、30.2%、35.7%;完全损伤的复合材料仍具有较一般陶瓷材料更高的承载能力,延长其驻留持续时间;复合材料损伤演化形式与陶瓷材料差异较大,导致损伤耗能占总驻留耗能的比例达到23.9%,比陶瓷材料提高了2倍多。     

弹头形态对点阵金属陶瓷夹层结构侵彻效能的影响

提出了一种由金字塔型点阵金属骨架、陶瓷棒、环氧树脂胶结剂、金属面板及背板所组成的复合材料结构模型。基于有限元法,在实验验证数值方法有效性的基础上,模拟研究了该型复合结构对三类钢制弹丸(平头、球头和锥头)的抗侵彻机制。对比分析了弹靶模型各子结构的失效模式、吸能效率、弹丸的塑性变形、弹道特性、速度及加速度等变化规律。结果表明:弹头形态对复合靶板的破坏形态和吸能特性有较大影响,平头弹丸和球头弹丸对靶板主要产生冲塞破坏,达到峰值加速度的时间较短;而锥头弹丸主要表现为刺穿扩孔型破坏,达到峰值加速度的时间较长,侵彻效能最高。在弹体高速侵彻靶板的过程中,由于金属骨架的剪切扩孔和塑性变形、陶瓷棒的断裂破坏以及金属面板与背板的塑性变形,使得该型防护结构的抗侵彻能力得到了显著提高。     

连接压力在Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷中的作用机制

研究了Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ复合层ＴＬＰ扩散连接Ｓｉ３Ｎ４陶瓷时压力对接头形成的作用机制。结果表明,ＴＬＰ来不及与陶瓷发生充分反应并形成高强度结合界面就已完全凝固,为形成高强度的结合界面,必须进一步发生固态扩散反应。只有当连接过程中施加足够的压力,才能保证ＴＬＰ在其存在期间充分铺展陶瓷,并在ＴＬＰ完全凝固后形成大量扩散通道,为固态扩散反应提供必要条件。     

平板条叶片侵彻靶板的动响应研究

为了研究真实航空发动机机匣的包容性,对平板条叶片以不同初始速度撞击矩形靶板的侵彻机理进行了数值仿真研究。通过分析撞击过程中叶片加速度、速度、位移的变化,了解了与试验相符的撞击、变形、撕裂和失效过程。利用有效的数值模型验证了叶片初始速度与残余速度之间的关系满足Recht-Ipson公式,且工程中常用的破坏势能法可用于初步预测残余速度。     

多孔毛细陶瓷试棒燃油蒸发与渗透性能的实验研究

研究了多孔毛细陶瓷试棒的燃油渗透、蒸发性能与温度、气孔率及气流速度的关系,并对单直毛细孔的渗透、蒸发及裂解等模型作了分析。     

Electric Charging and Discharging Processes of Moving Projectiles

Every type of missle is electrically charged during free flight. The physical mechanism, leading to the electric charging and discharging effects, was investigated by measuring the electric field surrounding projectiles while leaving the muzzle region, during free flight, and on impact on targets. The electric charge on projectiles is 10-13 108C. Numerous experimental results were obtained with calibers 4-155 mm and velocities 50-120lm/ s. A physical model about the complex charging effects is derived.     

CMAS渗透下热障涂层界面失效分析

基于钙镁铝硅等氧化物（CMAS）渗透对热障涂层陶瓷层（TC）热/力性能的改变,考虑温度梯度作用下不同CMAS渗透深度及CMAS渗透下界面表面粗糙度对界面温度分布,热生长氧化物（TGO）厚度及界面应力行为的影响。结果表明: CMAS的渗透使陶瓷层的热导率增加,进一步导致界面温度升高、TGO的厚度增大、界面的应力状态更为严重。界面表面粗糙度的增长则导致界面波峰波谷处的温度差异增大,界面TGO不均匀生长,最终引起界面的应力分布发生变化。      

大口径远程榴弹气动力-外弹道综合优化设计

在大口径远程榴弹设计中,在保证弹丸具有足够的威力,飞行稳定性和发射强度的前提下,使弹丸具有最大射程是一个很有意义的问题。本文给出了大口径远程榴弹气动力一外弹道综合优化设计数学模型,本文还首次涉及了底部排气弹外形优化问题。     

高过载微惯性器件研究现状

微惯性器件是目前制导战术武器的核心元器件,具有成本低、体积小、寿命长等优点,但是其如何在火炮膛内、侵彻着靶等过程中存活甚至正常工作,一直是各军事大国科研院所发展精确打击制导武器的重要研究方向。查阅了相关国内外文献,然后详细评述了目前关于应用于高过载环境下的微机械陀螺与微机械加速度计研究现状,指出了目前高过载环境微惯性器件的发展趋势与各国的研究进程,为我国发展高过载微惯性器件提供了方向与指导。     

陶瓷纤维梯度增强活塞的梯度方程研究

 功能梯度材料零件具有单质材料零件无法比拟的理化性能优势，然而由于材料分布复杂以及对功能梯度材料本身性能研究不充分，使性能分析存在很多困难。论文应用复合材料热性能理论，采用有限元分析软件ADINA，分析陶瓷纤维梯度增强活塞（材料梯度方程的参数不同）的温度分布和应力分布，结果表明陶瓷纤维梯度层可以明显改变活塞温度分布，缓和由于热膨胀系数不匹配，在陶瓷纤维增强层与活塞本体交界处产生的应力。根据计算结果拟合出温度峰值、整体应力峰值和层间应力峰值与方程系数之间的曲线，并加以验证。     

Au/BaTiO3复合薄膜的PLD制备及其光学性质研究

用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了掺杂金颗粒的钛酸钡复合薄膜Au/BaTiO3,用透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征,研究了其线性光吸收特性.结果表明,用复合靶和转靶的方法可以成功地制备金属纳米团簇复合薄膜,并且制备出的薄膜有良好的化学结构和物理特征.