纤维复合材料在装甲防护上的应用

反装甲武器威力的飞速发展,迫使装甲防护材料必须具备轻质高强、优异的防弹性能及耐疲劳等性能。本文首先阐述了在装甲防护上纤维复合材料的优点和防弹机理,其次介绍了国外复合材料在装甲防护上的研究应用现状和新型研制技术,主要包括玻璃纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维以及PBO纤维等复合材料,然后介绍了我国纤维复合材料的研究及应用现状。最后结合我国目前的研制情况,提出了复合材料装甲的研究发展方向。

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。

舰船抵御破甲弹的装甲结构形式及实验研究

在探讨大型舰船抵御聚能破甲弹的防护思想及装甲防护结构形式的基础上，对舰船结构采用立体大间隙防护及复合装甲防护，抵御聚能破甲反舰导弹攻击的可行性进行了实验研究。结果表明，所提出的舰用装甲防护思想是合理且可行的，舰船内舱装甲结构采用－钢复合装甲可以大大提高舰船的防护能力，其防断裂射流波甲的防护系数大于３。

舰用复合装甲结构的斜破甲机理实验研究

大型舰船的重要部位，为抵御聚能破甲反舰导弹的攻击，其防护采用立体大间隙复合装甲，且复合装甲设置在内舱以避开聚能破甲弹连续时流的攻击，抵御断裂射流的破甲。对舰用立体大间隙装甲结构在聚能破甲弹攻击下的大斜角破甲机理和Ａｌ＿１Ｏ＿３－钢复合装甲抵御断裂射流斜侵彻破甲机理进行了实验研究，得到了有意义的实验结果。

抗弹复合材料在舰船防护上的应用研究

反舰导弹战斗部的高速爆炸破片被认为是大中型水面舰船的主要威胁。针对该威胁的防护需求,介绍了具有优异防破片性能的纤维抗弹复合材料的特点,并对在舰船防护领域具有较大应用前景的玻璃纤维抗弹复合材料、芳纶纤维抗弹复合材料和超高分子量聚乙烯纤维抗弹复合材料进行了应用研究概述。最后针对这三种纤维抗弹复合材料的各自特点提出了在舰船防护应用方面的一些建议。

偏转式抗侵彻防护技术研究现状

随着弹体侵彻能力不断提升,传统“阻挡”的防护设计思想指导下的防护结构为达到防御目标,其质量与尺寸必将不断提高。基于弹体非理想侵彻及侵彻非均匀防护结构中的弹体偏转现象而提出的“偏转”防护思想,使得更加轻质高效的防护结构成为可能。本文以弹体侵彻过程中的各种偏转现象为主要研究对象,综述了偏转式抗侵彻防护技术的研究现状,主要内容包括弹体非理想侵彻过程和弹体侵彻非均匀防护结构过程中的偏转现象,非理想侵彻的过程分析以及影响弹体非理想侵彻过程中偏转程度的主要因素,非均质防护结构偏转弹体的机制,介绍了目前实际应用中较为典型的三种偏转式防护结构形式,并分析了其抗侵彻性能和存在的不足,最后针对目前偏转式抗侵彻防护技术研究现状提出了建议,为高效能偏转式防护结构研究提供参考依据与思路。

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用。结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻。用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考。

防弹复合材料及其在舰船中的应用初探

本文概述了典型防弹复合材料及其在武器装备中的应用和效果 ,对纤维增强复合材料的防弹机理进行初步探索 ,结合中小型船艇的实际情况 ,设计制作了几种复合防弹板 ,并通过实弹试验对其防弹能力作出评估。

改变子弹侵彻路径的装甲复合材料研究

综合利用陶瓷及纤维材料的抗弹特性,设计制造了一种由陶瓷柱体、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维及高强度树脂构成的新型装甲复合材料板。通过对子弹撞击陶瓷柱体进行受力分析,得出子弹侵彻靶板的两种工况,由于受到不对称力的作用,子弹会产生偏航,大大减弱了其侵彻能力。为验证新型装甲复合材料的防弹性能,还设计了一种由厚度相同的陶瓷板组成的装甲复合板,进行实弹对比试验,并探讨了靶板的损伤机理。结果表明,采用陶瓷柱结构的装甲复合板更有利于抵御穿甲弹的侵彻,且仅有最多两根陶瓷柱局部破碎,其它部分仍保持完好,能抗多发弹连续射击。

纤维增强复合材料装甲防护性能影响因素分析研究

本文从树脂基体、增强材料以及成型工艺等多方面采用正交试验设计开展了舰船防护用纤维增强复合材料研究工作,分析了各因素对复合材料装甲材料防护12.7 mm穿燃弹性能的影响,找出了较优的树脂配方、增强纤维以及成型工艺参数。

层状复合结构抗侵彻性能试验与数值模拟

为研究3层及以上层状复合结构和金属丝缠绕材料(Entangled metallic wire material,EMWM)夹芯复合结构的抗侵彻性能,本文设计了4种复合结构:碳化硅陶瓷/超高分子量聚乙烯/钛合金(SiC/UHMWPE/TC4)、SiC/TC4/UHMWPE、SiC/UHMWPE/EMWM/TC4和SiC/TC4/EMWM/UHMWPE。采用霍普金森压杆试验,研究了复合结构的动态力学行为。基于侵彻试验和数值模拟分析了复合结构的抗侵彻机制、防护性能和能量特性。最后,探索了约束效应对EMWM复合结构抗侵彻性能的影响。结果表明,本文设计的4种复合结构在减轻质量和减小厚度方面具有优势;EMWM在复合结构中能够延迟,阻碍应力波的透射,有助于减小复合结构的损伤;对EMWM施加约束可显著提高EMWM复合结构的抗侵彻性能。