武器与新材料_新武器
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武器与新材料
————班级02011102
自古以来武器就是一个国家生存和发展的保障和基石，这是永恒不变的真理。上次ppt展示我是在台上讲述了关于汽车的新材料，这一次在这里我要详细的阐述一下自己对现代武器和新材料技术之间密不可分的关系的理解。
新材料技术的应用大大提高了武器系统的各种杀伤能力和防护能力。他能使武器普遍增强体积小、重量轻、射速快的特点，威力增大，机动能力提高。另外还使高技术武器系统具有了“护身符”，具有隐身作用。从而避免雷达、声纳和红外线探测器等设备的侦察。也能使指挥控制、信息传输手段更加先进，比如全球卫星地面定位系统。
当前，军用新型材料研究的重点是复合材料、高温材料、功能材料和超导材料。复合材料强度大、比重小，具有良好的气动弹性和降低信号特征的功能，是制造飞机、火箭、卫星等航天飞行器构件的理想材料。高温材料在军用舰船、航空、航天技术中占有重要地位。从20世纪50年代以来，喷气式发动机的推重比增加2倍、燃烧效率提高1倍、两次大修间隔时间延长近100倍，在很大程度上得益于高温材料的进步。功能材料具有电光、电声、记忆等特殊功能，它们用量虽少，但非常重要。用超导材料制造磁轨炮，使储存着的电流在一瞬间放出，可击落正在飞行中的洲际导弹；用它制造军用电子计算机，可以使信息处理和作战指挥自动化达到新的水准；用它制造的特种开关，对某些种类的辐射非常敏感，军事防御系统可以根据微量的红外辐射来确定敌方导弹、卫星的位置并将其击毁。总之，如果一个国家没有先进的材料技术，就不可能研制并生产出先进的武器装备，也就不可能在战场上占有物质上的优势，军队战斗力也就难以得到明显提高。
举一个新材料的例子，上面这个就是传统子弹外壳，但在2011年8月12日，据美国海军研究局网站报道，美国海军研究局（ONR）正在测试一种新型材料，这种材料可以用来替代目前弹头外壳使用的钢材料，从而增强弹头的精确度和爆炸威力。ONR表示高密度反应材料（High-Density Reactive Material，HDRM）通过采用标准制造技术将几种材料混合，可以在不对弹头长度或设计进行修改的情况下，大幅增加武器弹药的爆炸威力。ONR过去5年中一直从事用于弹头的高密度反应材料的研究。这项新技术未来可能给海军弹药设计和性能带来革命性的影响。
下面我仔细介绍一种导弹武器和一种碳纤维新材料之间的关系： 导弹技术也是现在我国军事最具有威慑力的力量！洲际弹道导弹(Intercontinental BaUisticMiiIe，ICBM)是战略武器中的杀手锏。特别是机动洲际弹道导弹具有机动灵活和隐蔽性强，在受到敌人攻击时容易保留下来，成为“二次打击”(Second-Strick)的威慑武器。它不仅可在公路或铁路上行驶，而且集储存、竖起和发射3项功能为一体，随时可以反击敌方，摧毁任何目标。这些IcBM都是再入式弹头(战斗部)，重返大气层时而经受严酷的热环境，防热和隔热成为核心技术之一。
图l是洲际弹道导弹的飞行弹道轨迹的原理图，也是一个示意图。导弹垂直发射后的数秒钟后，在制导系统的控制下开始转弯，进入到转弯飞行段：当导弹飞行速度和方向达到预定要求时，发动机在制控系统的指令下开始关车，进入自由飞行段。主动段终点在稠密大气层之外(看图1)，这时由指控系统使战斗部与导弹分离(图l中未标明)；经过自由飞行段后进入再入段，即重返稠密的大气层，最后击中打击目标。在重返稠密的大气层时，由空气动力加热而弹头(战斗部)要经受严酷的热环境，如图2所示。所谓气动热是指气体与物体在运动中相撞而导致气体瞬时受压，致使速度骤减，使其动能转变为热能并传递给物体，从而使物体表面温度急增；同时，由于气体和物体之问发生粘性摩擦也产生热能而传递给物体。当气体以速度y与战斗部端头中心顶点D相撞时，在D点气体完全被阻滞，速度为O，而该点温度兀最高；再入速度愈快，瓦温度愈高，弹头的防热、散热和隔热就成为重返成败的关键技术之一：否则，弹头被烧毁后象流星一样散落在大气层中。
在各类再入器中，机动弹道最为苛刻，对所用材料的耐烧蚀性和高温强度等要求比较高。对于现代机动洲际弹道导弹是各国竞相发展的战略武器，与此相配套的发展耐烧蚀材料也正在研发中。其中，碳鼻锥(Carbon nosetip)倍受人关注。
在碳纤维复合材料(CFRP)家族中，C，CFRP是用来制造洲际弹道导弹的鼻锥、发动机喷管和壳体的最好选材，且已实用化。这是因为它不仅具有优异的热力学性能，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。特别是在重返大气层时，由一160℃急骤绝热压缩、气动加热l700℃左右，靠其出类拔萃的耐烧蚀和隔热性能，使其表面热流流向内部的热量仅为总热量的1％～lO％左右，从而使弹头安然无恙并准确击中目标。同时，由于它质量轻，可有效提高射程，或增加有效载荷，减质量效果十分显著。表2是C／CFRP在美国战略导弹上的应用事例。显然，主要采用3D C，CFRP来制造鼻锥和发动机喷管喉衬等关键性部件。
表2列出的MK是美国核武库中最为先进的机动洲际弹道导弹。它的长度为21．3 m，直径2．3 m，发射质量39．5 t。它不仅鼻锥和喷管喉衬采用了CCFl心，而且储运发射筒(箱)也采用了芳纶(凯芙拉纤维，KF)的缠绕复合材料。发射筒长24 m，质量约8．2 t。KF的优点是质量轻，比强度高，韧性非常好。但其不足之处是模量低，刚性差。近年来，采用KF和cF混杂增强技术后，在两者取长补短、相得益彰基础上，又突显出优异的混杂效应，使其性能更加臻于完善。用CFRP制造发射筒更受人青睐。据何东晓报道，我国某些型号的导弹也采用了先进复合材料(ACM)发射筒。
今后军工企业发展趋势来看，用于军事工业的新材料要求具有较高的技术含量，世界范围内的军用新材料正向高功能化、超高功能化、复合轻量和智能化的方向发展。而这些方向的发展是绝对离不开这些高新型复合材料的！
除了这些新型复合材料，那些金属稀土材料也在军用的过程中起到了非常大的作用，中国素来就稀土丰富。但由于缺乏高新技术，现在只能拥有却不能使用。出口的价格也是非常低，非常不合理。而比如像穿甲弹和破甲弹、碎甲弹这些战斗部武器的弹芯的材料就可以加入贫铀合金，钨合金这样的稀有金属材料。国外弹芯研制的重要趋势是发展复合材料弹芯。其优点一是可显著提高机械性能，二是利于侵彻多层靶，三是表现出优良的终点弹道性能。美国研究的钨丝增强贫铀合金弹芯具有出色的侵彻多层靶能力，例如它在穿透第二层靶板后，还能以900米/秒的剩余速度继续穿透第三层靶板，而没有钨丝增强的贫铀弹芯以这一速度就不能穿透第三层靶，它必须在剩余速度超过1000米/秒以上才能穿透第三层靶。
09年阅兵我国就在**前展示强大的国防实力，像坦克、装甲车、突击炮、火箭炮、导弹、预警机、轰炸机、战斗机等，其中这些新一代武器都代表了我国最先进的科技力量。比如说航天飞船的结构材料大多是铝合金、镁合金和钛合金！作为一个武器类专业的学生，在当时阅兵的那个时刻看着一队队走出来的武器心中其实是非常自豪的，觉得国家现在能够运用那些新材料来研制出那些非常高技术高科技的武器来保家卫国，赶英超美。在最初来到这个学校之前填写志愿的那一时刻，就觉得此后就有可能和武器结下一些渊源。但是到了大学之后随着见识的增多和阅览的增多，渐渐的也会改变一些看法，记得前段时间还在网上看到说是中国至今的飞机发动机依然是在进口的国外的，在西方和美国的对华严禁武器出口的情况下只能进口几个国家的产品，非常困乏！国内航空发动机的研究水平和国外相差约20年，但是其中有一些技术是和国外相当的，只是受到材料制造工艺水平以及理论基础等的限制，在某些关键问题上与国外有一定程度的差距。说到底其实还是受制于材料的问题，材料对于发动机的作用是非常巨大的。
在最近时间的学习之中才发现原来材料时刻改变着我们平时生活的一切，从最高端的武器科技，到最普通的日常陶瓷或是水杯，无处不在！很多看似无法解决或者不能改进的东西只要经过一些适合的新型材料的运用之后性能就会立刻焕然一新，非常神奇！就像那次的吸水材料，还有汽车上的刹车片问题，还有导弹里的碳纤维一样！
关于最初为什么选择这个专业的时候自己也是经过了一些思量，一个是由于自己是学习武器类专业，今后也有很多课程是和材料相关的，或许今后真的走上了科研的道路的话，材料的研究可能是一个很重大的问题，所以就想提前尝试一下，另外也是特别想见识一下现今世界的最新材料，跟上世界步伐，另外当然了,还有也是觉得这门功课可能给一个挺好的分数！经过这次的通识学习，虽然不是必修，没有太用心学，课下花的时间也不能说多，没有写过作业，不能深入的学习,但他给我灌输了一个思想，就是材料这个东西真的很奇妙！他是能改变一切的魔法，曾经就有人说过：有一个无形的手在统治着这个宇宙，在哲学家眼中，他是上帝；但在科学家眼中，他是原子，是分子！对，就是物质，是物质的材料在改变着这个世界！在今后的时间里，纵然不能走上材料这们科目的专业道路，但我想他会经常在我心中激起一阵阵波动，对一些存在的物体，会去仔细的思考一下他的内在，他的内在的材料！
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