現代戰爭具有的突發性、速決性和多維性特點,使得武器裝備的靈活機動、快速部署能力成為搶占先機,贏得勝利的關鍵條件。迫擊炮作為一種支援和伴隨步兵作戰的有效壓制武器,在現代戰爭中仍具有不可替代的地位。而我軍現役迫擊炮的身管絕大部分仍采用炮鋼材料,戰斗全重較大,攜行不便,身管作為迫擊炮的重要組成部分,其重量約占總重的一半,亟需進行輕量化改造。
例如,美國貝尼特實驗室對碳纖維復合材料身管技術進行了深入探索,相繼開發了105mm加農炮身管和120mm坦克滑膛炮身管。英國某型超輕榴彈炮復合身管,以高模量碳纖維作為縱向層,以中模量碳纖維作為環向層,采用高拉張力工藝,將碳纖維束纏繞在鋼制內襯上,獲得了強度和剛度可同時比擬原身管的輕質復合身管,榴彈炮總重從4.08t降至2.27t,減重達40%。

為進一步探索采用不同碳纖維對身管承壓性能的影響,分別對采用T300、T700和M46等級碳纖維纏繞的復合圓筒進行水壓試驗,T300、T700和M46等級碳纖維復合身管的最終爆破載荷為48MPa、63MPa和81MPa。T700試樣與T300試樣相比,其模量相同,因此內襯屈服載荷近乎相同,這與NOL試樣的實驗結論一致;而T700試樣的強度高于T300試樣,因此對于復合圓筒最終爆破壓力,T700試樣大于T300試樣,復合碳纖維強度越高,爆破壓力越高的規律;M46試樣的強度介于T300和T700試樣中間,但拉伸模量約為T700和T300試樣的兩倍,M46試樣的內襯屈服載荷約為31MPa,爆破壓力高達81MPa,遠高于T300和T700試樣。以內襯材料的彈性模量為標準,外部纖維層的彈性模量越高,則纖維層承擔的載荷越多,相同載荷下內襯的應力更低,內襯的屈服載荷就越高,越能凸顯碳纖維高強的優勢。因此用高模量碳纖維做外部增強層,內襯厚度可以做得更薄,輕量化效益更高。

為了研究纏繞張力對迫擊炮身管最終承壓性能的影響,分別采用30N、50N、70N、90N的纏繞張力進行迫擊炮身管的纏繞加工,并對不同纏繞張力的迫擊炮身管進行了承壓試驗,其爆破壓力依次為48MPa、49MPa、49.5MPa和43MPa。可見纏繞張力在70N之前,隨著纏繞張力的增加,復合圓筒的爆破壓力逐漸升高,當纏繞張力為90N時,承壓性能顯著降低。這是由于適當地提高纏繞張力可以使纖維層之間結合更緊密,排出多余的樹脂減少氣泡等缺陷,相當于提高了纖維層的纏繞質量。纏繞張力為90N時,復合材料圓筒過早破壞,綜上可知:適當地提高纏繞張力可以提高纖維層纏繞質量,增強金屬內襯預應力,提高復合身管的承壓性能;但纏繞張力過大會降低其承壓性能。(來源于:搜狐號、博實碳纖維、嚴說一點)
版權聲明:復材云集尊重版權并感謝每一位作者的辛苦付出與創作;除無法溯源的文章,我們均在文末備注了來源;如文章視頻、圖片、文字涉及版權問題,請第一時間聯系我們,我們將根據您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內容!