碳纤维便携式导弹发射器的工艺路线

  发射器是战术导弹的重要组成部分。在导弹的制造、贮存、运输、便携、使用等情况下,发射器一般具有四个方面的功能。首先是安装锁定导弹;第二是赋予导弹初始射向;第三是防护包装导弹;第四是便携背负导弹。国外轻型导弹武器系统的发射器身管,一般都采用玻璃纤维(GF)增强树脂基复合材料结构。例如我国的红箭一8等导弹武器系统,发射器身管采用了玻璃纤维增强树脂基复合材料。

  碳纤维是一种高性能的纤维材料,具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性。碳纤维增强复合材料具有质量轻、比强度高、比刚度高、抗冲击和抗弹性强等优异性能,广泛用于交通运输、航空航天、兵器工业和工程防护等国民经济和国防建设的诸多领域[]。我国的PAN基碳纤维的用量很大,用PAN基碳纤维研制小型导弹发射器身管,不但可以大大降低发射器乃至武器系统的重量,而且利用碳纤维的导电性能减小电磁波对导弹的干扰。

  某型导弹武器系统主要用于单兵便携作战,武器系统结构紧凑,外形尺寸小,携带重量轻。对发射器的主要性能要求是:a)导弹采用的是筒式发射方式,发射器必须是薄壁圆筒形截面结构。b)发射器的重量为系统重量的1/6。c)要求身管对导弹具有足够的锁定强度,密封性好,透湿率、轴向变形要小。d)发射器,导弹,安全锁,一、二号电气接插件,压力调接阀,闭气膜,呼吸膜,前、后密封缓冲组件等组合构成武器系统。发射器为零部件提供了安装基准。基于上述要求,碳纤维/玻璃纤维混杂增强树脂基复合材料是发射器身管材料的首选方案。这样的身管方案具有结构紧凑、重量轻、强度高、刚性好、便于生产的特点。

  按照发射器的强度和结构要求及纤维缠绕的特点,身管的结构采用螺旋缠绕和环向缠绕相结合的方式,以便发射器身管的径向、轴向强度和刚度满足综合性能要求。管身螺旋缠绕角度为35°,环向缠绕角度为90°,螺旋循环数为96次,根据确定的螺旋缠绕角、缠绕方式、缠绕顺序以及螺旋和环向缠绕层数进行发射器身管的强度计算。

  发射器的轴线弯曲试验目的是检测发射器身管在距发射器前端10mm处,施加垂直于发射器轴线的作用力180N,发射器发生弯曲变形的程度。弯曲变形量的试验方法采用加载变形的方法。将发射器与定发射装置接,固定在刚性台面上,使发射器成水平状态,把百分表装在表架上后固定在刚性台面上,百分表的测头接触发射筒体口部,首先施加20N左右的预紧力(消除滑块的间隙),把百分表表针调整为零,将180N的砝码挂在发射器的口部10mm范围内,10s后读取百分表数据。

  发射器密封性试验目的是检测发射器的密封性能。检测正压(干燥空气)17±2kPa,负压-10±2kPa,稳定后保持5min压差的变化情况。密封性试验采用密封检测系统对发射器进行正、负压密封检测。

  经过综合试验表明,采用碳纤维/玻璃纤维增强复合材料研究导弹发射器身管,发射器重量轻,强度高,刚性好。碳纤维是弹箭复合材料发射器轻量化研究的首选材料之一。碳纤维导弹发射器身管的透湿率、轴线变形、锁弹强度、密封性能可以满足导弹发射器的设计要求,同时还具有电磁屏蔽的作用。在碳纤维增强树脂基复合材料发射器研究期间,为某武器系统的控制系统参数优化设计摸底试验、飞行器结构改进有控试验和无控噪声测试试验、新型结构倾斜稳定回路试验、系统总体性能验证试验、有控试验和无控飞行试验、高原试验提供了发射器150余次。

 

  阅读延伸:《碳纤维复合材料在防空导弹贮运发射箱上的应用》