戰場需求決定着武器裝備發展的方向,作為構成武器裝備的基礎——材料的發展則在很大程度上影響着武器裝備的性能。這些材料中,就包括複合材料。
從防彈衣到槍械,從裝甲車到艦船,從飛機到導彈……通過對複合材料的運用,軍工人員從不同方面實現對武器裝備的賦能增效。
為武器裝備減重塑形,是複合材料的一大用途。當前,很多國家研製頭盔、防彈衣等個人防護裝具時,都會使用碳化硅、超高分子量聚乙烯等複合材料,來提升防彈性能、減輕裝具重量。碳化硅陶瓷則用來為坦克減重,現在被大量用於製造裝甲的背板。與相同級別的氧化鋁陶瓷複合插板相比,碳化硅陶瓷背板能夠減重20%以上。潛艇是複合材料的 “使用大戶”,從德國的209型、212型潛艇到澳大利亞的柯林斯級潛艇,不少潛艇都運用了更輕更易塑形的玻璃纖維複合材料。一些輕武器,也會通過使用複合材料來減重。
耐高溫、耐腐蝕是一些複合材料的強項。耐高溫複合材料常被用於製造武器裝備的核心部件,如導彈的鼻錐、發動機的噴管喉襯等。俄羅斯研發的“産品30”發動機,就大量使用了陶瓷基複合材料、鈦鋁合金材料等。當前炙手可熱的高超聲速導彈,其擁有驚人飛行速度的原因之一,也在於借助耐高溫複合材料提高了關鍵部件運行的可靠性。此類材料因此受到各國高度關注,2023年僅美國就披露了4項耐高溫複合材料研究計劃。有研究表明,在海洋環境中,溫度每升高10℃,金屬的銹蝕速度就會加快2倍。因此,耐腐蝕複合材料在航母、艦艇、艦載機上得到大量運用,以保證其能在該類環境中長期正常工作。
為武器裝備消聲匿形,是複合材料的又一大功用。如運用複合材料製成的消聲瓦,能為潛艇披上“隱身外衣”。俄羅斯的阿庫拉級攻擊核潛艇舯部與艉部殼體均敷有50毫米至150毫米厚的消聲瓦。英國的機敏級核潛艇所敷設的消聲瓦大約有3.9萬塊。為應對雷達的偵搜,戰機也很倚重對吸波複合材料的使用。且隨着時間的推移,先進戰機對複合材料使用的比例在不斷上升。美軍F-14艦載機上的複合材料佔比不到10%,到了F-35戰機,這一佔比超過35%。
一些複合材料則被用來幫助武器裝備強“筋骨”、增壽命,提高射擊精度。如“勒克萊爾”主戰坦克的複合裝甲採用高硬度鋼板、陶瓷材料、高韌度合金、耐火特種纖維等多種複合材料交替組合而成,“合力”提高裝備的實戰性能。
隨着戰場需求的變化及科技發展,今後武器裝備對複合材料的需求將進一步提升,並已呈現出一些特點。
首先是走向多功能一體化。其主要採用以下辦法來實現:一是組分設計,即採取選擇不同基體和增強材料、根據需求進行組合搭配的方法,使一種材料具備多種功能;二是向結構精細化借力,即在對不同材料進行科學組合搭配基礎上,對各層材料有針對性地運用夾層、蜂窩等新型架構進行設計,使複合材料同時具備高強度、高剛度、隔熱、吸波等功能;三是改進製備工藝,讓複合材料的結構更加科學,功能更加多樣。
其次是趨於智能化。通過將高分子複合纖維和透明高分子凝膠纖維按照一定規律編織,在施加交流電壓後即可讓整張布料變成一張“顯示布”;將微型芯片嵌入單根纖維之中,就可讓纖維變得“聽人指揮”……在這方面,一些國家已經開始嘗試將其用於軍事領域,讓一線官兵的服裝化身為指揮員的“另一雙眼睛”。這種嘗試,預示着複合材料的另一個發展方向——智能化。
再次是努力讓其低成本化。只有降低造價,複合材料才能更多、更好地用於武器裝備,武器裝備才能在被明顯賦能的同時變得更加經濟實用。(楊龍霄 謝樺澤)