Несколько дней назад НАСА и Исследовательская лаборатория ВВС США совместно разработали новую технологию 3D-печати высокотемпературных полимеров, которая, как ожидается, будет применяться в авиакосмических двигателях в будущем. Материал, используемый в этой технологии, - углеродное волокно. Быстрое развитие современного боевого оружия и оборудования направлено на низкое энергопотребление, большую полезную нагрузку, скрытность и высокую мобильность, а к материалам, используемым для производства оружия, предъявляются более высокие требования. Композитные материалы из углеродного волокна, известные как" черное золото", широко используются в национальной оборонной и военной промышленности из-за их превосходных свойств материала. Использование материалов из углеродного волокна для создания более совершенного оружия и снаряжения давно стало новым полем битвы, где соревнуются военные силы.
Завораживающее" черное золото"
Вспомните робота" Big White" в мультфильме Big Hero 6? Прототип этого медицинского робота, который коснулся бесчисленного количества людей, сделан из материалов из углеродного волокна. Это позволяет ему выдерживать раздавливание и избиение. Фактически, даже истребитель F-35, который ранее был обеспокоен проблемой избыточного веса, наконец-то осуществил свою мечту о полете, используя до 35% композитных материалов из углеродного волокна. Углеродное волокно, известное как" черное золото" уже давно широко используется в области национальной обороны и вооруженных сил. Это незаменимый базовый материал для ракет, спутников, ракет, истребителей и кораблей.
Происхождение углеродного волокна можно проследить до 1860 года. Англичанин Джозеф Свон изобрел и запатентовал углеродное волокно, когда сделал нить накала электрического света. Углеродное волокно действительно открыло" выброс" стадия исследований и применения, или что-то после 1950-х годов. В 1958 году американские исследователи впервые обнаружили высокоэффективное углеродное волокно, а затем японские и британские исследователи улучшили и улучшили характеристики углеродного волокна. К 1970-м годам материалы из углеродного волокна начали появляться в конструктивных частях истребителей, а материалы из углеродного волокна можно увидеть на таких истребителях, как F-15, B-1, F-16 и F-18. В дополнение к истребителям F-22 и F-35 ВВС США, в которых используются композитные материалы из углеродного волокна, в X-47B, Global Hawk и другом оборудовании также используются материалы из углеродного волокна для значительного увеличения полезной нагрузки. выносливость и живучесть.
Не будет преувеличением описать материалы из углеродного волокна как&"твердый камень и твердый, как волосы &". Несмотря на то, что материалы из углеродного волокна такие же мягкие и обрабатываемые, как текстильные волокна, они представляют собой новое поколение высокоэффективных материалов с большей прочностью, чем сталь, коррозионной стойкостью, стойкостью к высоким температурам и хорошей электрической и теплопроводностью. Велосипеды из углеродного волокна, с которыми люди обычно контактируют, чаще всего зависят от отсутствия пластической деформации углеродных волокон, что не только снижает вес кузова автомобиля, но и значительно увеличивает срок службы велосипеда.
В настоящее время еще есть большие возможности для улучшения характеристик композитных материалов из углеродного волокна. В области смол, где основное внимание уделяется материалам из углеродного волокна, применение углеродного волокна еще больше увеличит срок службы различных частей вооружения и оборудования, а также значительно улучшит ударную вязкость, сопротивление усталости, технологичность, а также термостойкость и влагостойкость. вооружение. Трехмерная печать, выполненная Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства и Исследовательской лабораторией ВВС США, еще больше повысит надежность обработки крупногабаритных и сложных деталей.
& quot; король новых материалов" в соревновании между крупными державами
Быстрое развитие современного боевого оружия и оборудования в направлении низкого энергопотребления, большой полезной нагрузки, скрытности и высокой мобильности выдвинуло новые и более высокие требования к новой технологии изготовления оружия и оборудования. Оглядываясь назад на историю, нетрудно обнаружить, что каждый раз, когда делается большой прогресс в исследованиях углеродных волокнистых материалов, он сопровождается сильным увлечением связанных с этим военных потребностей. В 1950-х годах для решения ключевых технических проблем, таких как устойчивость к высоким температурам и коррозионная стойкость ракетных сопел и боеголовок, Соединенные Штаты взяли на себя инициативу в разработке углеродных волокон на основе вискозы. С тех пор, с появлением более высоких характеристик и большего количества разновидностей материалов из углеродного волокна, кажущиеся мягкими волокна стали королем новых материалов" в соревновании между крупными державами.
Углеродное волокно - это новый тип высокопроизводительного волокна с содержанием углерода более 95%. Он сложен в производстве и является важным показателем высоких характеристик систем вооружения. Процесс производства материалов из углеродного волокна очень сложен и включает химические, текстильные, материальные, высокоточные станки и другие области. Это систематический проект, объединяющий междисциплинарные, изысканные и передовые технологии. Поскольку весь производственный процесс связан с высокоточным контролем тысяч параметров, таких как влажность, концентрация, вязкость и скорость потока, небольшая небрежность серьезно повлияет на характеристики и стабильность качества материалов из углеродного волокна. Таким образом, только несколько стран могут стабильно производить материалы из углеродного волокна с высокими эксплуатационными характеристиками.
Фактически, материалы из углеродного волокна, особенно высокопрочные прекурсоры из углеродного волокна, могут быть использованы при разработке высокопроизводительного оружия и оборудования, и, таким образом, в некоторых странах они достигли уровня эмбарго на экспортные списки наравне с технологиями ядерного оружия. Поэтому разработка нового поколения материалов из углеродного волокна и оружия и оборудования с более высокими характеристиками стала" изюминкой" для различных военных сил, чтобы конкурировать с передовой силой. В настоящее время различные военные державы нацелены на область углеродных волокнистых материалов. и спешат запустить соответствующие планы по разработке материалов из углеродного волокна, которые могут вызвать конкуренцию" в разработке материалов из углеродного волокна. Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США ранее инвестировало значительные средства в проекты по повышению прочности углеродных волокнистых материалов, а Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства также активно инвестировало в исследования новых систем тепловой защиты из углеродного волокна.
& quot; До мира под водой" имеет широкие перспективы развития
С увеличением зрелости соответствующих технологий и растущим спросом на оружие и оборудование, применение материалов из углеродного волокна также становится все более и более совершенным. Углеродные волокнистые материалы с множеством преимуществ, таких как легкий вес, высокая прочность и устойчивость к химической коррозии, неизбежно войдут в область вооружения и оборудования во всех отношениях и достигнут мира под водой" GG] quot; с широкими перспективами развития.
В области авиастроения уже давно не обойтись без материалов из углеродного волокна. В основном корпусе летного шлема истребителя F-35 используются высококачественные материалы из углеродного волокна, которые могут проецировать воздушную скорость, курс, высоту, информацию о цели и радиолокационные предупреждения непосредственно на маску шлема' предоставляя пилотам беспрецедентные возможности. ситуационной осведомленности. Самолет «Solar Impulse 2» на солнечной энергии, который начал свой глобальный полет в 2015 году, использует материалы из углеродного волокна в качестве «теплого покрытия» для 80% всей конструкции, что также позволяет экономить больше энергии во время полета. В дополнение к уменьшению веса корпуса&# 39 и особым требованиям к характеристикам, углеродный волокнистый материал, который может эффективно поглощать радиолокационные волны, также покрывает невидимое покрытие" на истребителе. В фюзеляже американского бомбардировщика B-2 и истребителя F-117A также используются поглощающие материалы из углеродного волокна.
В области дронов материалы из углеродного волокна стали незаменимыми&"лучшими оболочками &". Для обеспечения грузоподъемности и выносливости корпусу БПЛА необходимы специальные материалы с высокой конструкционной прочностью и малым весом. По сравнению с алюминиевыми сплавами и конструкционными пластиками, которые широко использовались ранее, материалы из углеродного волокна имеют меньший вес, высокую прочность, обладают лучшими характеристиками электромагнитного экранирования и малозаметности, а также более удобны для интегрированного производства и формования. В будущем они обязательно станут основным материалом для снарядов БПЛА. . В частности, микробеспилотный летательный аппарат из углеродного волокна весом всего 106 миллиграммов может проникать в сжатое узкое пространство для поиска информации и имеет широкий спектр перспектив применения в военной и гражданской областях.
Материалы из углеродного волокна позволяют не только подняться в небо, но и отправиться в море. США" Ford" авианосец использует большое количество материалов из углеродного волокна, чтобы" похудеть." Королевский флот Швеции" Visby" В фрегате класса стелс используются материалы из углеродного волокна, которые не только обладают высокой прочностью и долговечностью, но и обладают отличной ударопрочностью. ВМС Индии также импортировали материалы из углеродного волокна исключительно из Швеции при производстве" Giltan" и" Кавалати" фрегаты.
Кроме того, материалы из углеродного волокна также широко используются в спутниках, ракетах и ракетных двигателях. Особенно когда спутники сталкиваются с" лед и пламя" во время космического полета материалы из углеродного волокна с почти ничтожным коэффициентом теплового расширения являются именно спасителями" спутников. Исследователи даже представили ствол из углеродного волокна, который может значительно улучшить точность стрельбы, долговечность и срок службы ствола огнестрельного оружия. A" большая драма" принадлежность к военному применению углеродного волокна только начинается.
