apv高压均质机(apv1000 均质机)

美国陆军正加快推进改进型“布雷德利”战车军械、传感器、防空系统和定位系统的技术交付。这是美陆军“双管齐下”战略的一部分:既要为未来十年内的短期重大战争做准备,又要同时为本世纪30年代及更远的未来启动“下一代战车”(NGCV)工作。这种思路将让“布雷德利”更好地发现、摧毁敌方目标并保护自己,同时也在推动装甲作战车辆的技术创新,助力美军赢得20~30年后在高强度对抗战场上的胜利。这就是说,构建NGCV的关键技术不是未来时,而是正在路上……

新一代铝合金装甲及焊接技术

随着科技的发展特别是武器威力的日益增强,现代战争对装甲车辆的防护和生存能力提出了更高的要求,不仅要具有良好的抗弹性能,而且还要经受不同地形、环境和气候条件的考验,甚至要能水陆两用、空运空投。因此,装甲车辆防护材料还要求具有轻量化、抗冲击性能好、力学性能及加工性能好、机动性好、耐腐蚀性好以及防不同种类反坦克武器攻击的能力,这大大促进了装甲防护材料的发展。铝合金密度小,易于机械加工、成形、焊接和热处理,耐腐蚀性能较好,具有良好的综合性能。另外,铝合金装甲系统具有较高的质量防护系数和空间防护系数。装甲车辆上装甲材料约占总质量的25%~30%,在同等防护水平下,若采用铝合金材料可使质量显著降低。

铝的密度是钢的1/3,铝合金与装甲钢在相同面密度的条件下,厚度为钢的3倍,其弯曲刚度为装甲钢的9倍。因此,采用铝合金能显著提高结构的刚度。在铝合金中加入适量的合金元素可提高材料的强度,也可通过加工硬化来提高强度,而且还可用热处理来大幅度改善材料的力学性能,所以铝合金可用来制造承受较大载荷的结构件和耐高速冲击的装甲件。在车体结构设计中,为保障结构刚度而设置的加强筋、加强框架等均可节约省去。装甲车每减轻1千克,则携带需要的动力设备即可减少0.6千克,这又可使车的战斗全重减少。因此铝合金在装甲车辆上的使用可引起“链锁式”的减轻质量效果,在不降低抗弹性能的情况下,铝合金装甲材料的使用可减轻质量6%~20%,有的甚至可以达到50%。铝合金也具有良好的减震效果,可用来制造装甲车辆的轮辋,以降低启动和行驶惯性,提高加速性能;同时由于减少行驶过程中的振动,有利于提高装甲车的运行速度,提高行驶稳定性。装甲材料必须具备抗侵彻和抗破碎的综合性能,因此要求装甲材料应兼有高强度与高韧性。装甲铝合金在进行射击测试过程中,大多数入射角上的面密度均低于装甲钢,在抗大弹丸和较高的射速尤其是抗炮弹破片方面,其防护系数均高于装甲钢,且铝合金装甲的防护性能随着弹丸增大而增加。铝合金材料在现代化装甲车辆上的应用是提高车辆机动性的重要前提之一,铝合金装甲材料的应用已经成为装甲车辆轻量化的主要发展趋势。所以先进铝合金装甲及焊接技术很可能是NGCV关键技术的另一个着力点。

从20世纪50年代开始到目前为止,铝合金材料在装甲车辆上的应用经历了4个阶段:第1代是以5083为代表的Al-Mg-Mn铝合金,第2代是以7039为代表的Al-Zn-Mg铝合金,第3代是以2519为代表的Al-Cu铝合金,第4代是以2139为代表的Al-Cu-M铝合金。1956年,美国对试制的5083和5456进行了抗弹性能测试,之后该系铝合金纳入美国军用标准,并在M113装甲输送车上实现了应用。英国的Alcan公司也研制了类似5083的第1代铝合金D54S。Al-Mg-Mn铝合金一般先在350~400摄氏度的温度下进行热轧,然后再冷轧以达到要求的强度。但Al-Mg-Mn铝合金不能热处理强化,防小口径弹丸和穿甲弹的效果也差。20世纪60年代,美国开发了可热处理强化的7039铝合金,之后列入美国军用标准,并应用于“布雷德利”步兵战车上。Al-Zn-Mg铝合金一般先在450~480摄氏度内固溶处理,然后快速冷却,之后在90~150摄氏度中进行时效处理来提高材料的强度。该合金可通过轧制、锻造、挤压等方式生产,既可提高铝合金的防护性能,又能使车体便于制造,简化了工艺,从结构上改进了防护性能。20世纪60年代末,英国开发了不同强度并可焊的7020、7017以及7018铝合金等,并开辟了采用铝合金板焊接制造炮塔和车体的先河。Al-Zn-Mg系铝合金通过适当热处理后可获得良好的抗弹性能,但具有一定的应力腐蚀开裂敏感性。为解决抗应力腐蚀,美国研制了具有较高拉伸强度和抗应力腐蚀裂纹性能的第3代装甲铝合金材料2519-T87,该合金是一种可替代5083和7039的第3代铝合金装甲材料。之后,美国又研制了比前述铝合金材料具有更加优异的力学和抗弹性能的2139-T8和2195-T8P4,已经成为第4代铝合金装甲材料的代表。从这个角度来讲,预计重达40-50吨的NGCV采用铝合金装甲材料是大概率的可能。事实上,这并不是一种空穴来风的猜测。近日据外媒报道。美军为NGCV项目研制的采用新制造工艺的原型车体日前运抵阿拉斯加州,准备进行寒带试验。报道称,日前被拍到照片的是两辆即将进行测试的车体之中的一辆,该车采用铝合金装甲,由CTC公司制造。事实上,运往阿拉斯加州进行低温测试也从一个侧面表明NGCV的试验车体的确是由某种先进铝合金装甲材料制成。这是因为在较低温度下装甲钢材料容易出现脆性,影响抗弹性能。而在低温下铝合金装甲不存在低温脆性的问题,保证了装甲车辆在高寒地带仍具有良好的抗弹性能。

据该公司负责人表示,该车的装甲最厚可达3.25英寸,也就是83毫米,相比之下“布雷德利”装甲仅有1英寸,即25毫米。而按照美国陆军的规划,未来代替“布雷德利”的NGCV自重将达40-50吨。这意味着NGCV很可能采用的是某种结构的装甲铝合金层状复合材料设计。增加装甲厚度虽然可以提高坦克的防护力, 但同时会增加装甲车的质量。另外, 均质装甲通常只对防护某种武器有效, 很难同时对各种反装甲武器都有效。为进一步提高装甲车辆的抗弹性能, 同时为防护不同的反装甲武器, 利用不同性能的材料制成复合装甲已经成为装甲材料开发的主要方向。铝合金层状复合材料的优点主要有4方面:第一是减小质量,由于复合装甲的防护系数大大高于均质装甲,故在同等抗弹能力的情况下,其质量小于均质装甲。二是减小厚度,复合装甲抗破甲弹的厚度系数高于均质装甲,故在同等抗弹能力的情况下,其厚度要小于均质装甲。三是性能的可设计性,复合装甲的性能具有可设计性,即在一定范围内可设计结构和材料,以保证在一定的约束条件下能得到最佳的抗弹性能。同时,可根据作战环境及使用部位的不同设计出一系列不同性能、不同质量与厚度的装甲,从而满足各种各样的使用要求。最后一点是结构可变,应用范围广,复合装甲的厚度可变,可用于不同车辆、不同部位,以及各种不同的作战环境。与单一材料相比,层状复合结构由于存在阻抗不同的材料内部界面、质量轻、可设计性强以及抗冲击能力强等特点,近年已成为防护复合材料重要的组成部分。铝合金层状复合装甲通常是由强度较高的铝合金和强度较低但韧性及可焊性较好的铝合金组成的。

值得注意的是,早些时候,CTC公司先进技术分部经理麦克马伦就表示,该公司制造的新型车体具备很高的生存能力。这其中该公司独创的,能够用摩擦搅拌技术直接焊接整个车体的新型设备非常重要。他表示:“这台焊接机有26英尺纵向摩擦搅拌行程,垂直方向行程则有13英尺,它只需一次就可焊接完成3.25英寸厚的2000号铝合金板”。再考虑到2017年9月,CTC公司接到了一份关于“搅拌摩擦焊接制造车体原型”的合同,按照这份美国陆军坦克与汽车研究发展工程中心(TARDEC)公司发出的合同,该车体将提供用于疲劳,弹道防护和其他测试以验证这一焊接技术的质量。性能测试时间规定在2017年-2022年之间实施。这意味着NGCV不但采用先进铝合金装甲材料,在制造工艺上也有突破。装甲车辆基本都采用焊接连接,即将装甲板、锻件、挤压件、铸件焊接组成一个整体。因此,装甲材料必须具有较好的焊接工艺。装甲铝合金焊接方法主要有:钨极惰性气体保护焊 (TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)、搅拌摩擦焊(FSW)、电子束焊接 (EBW)、光纤激光焊接 (FLW) 等。TIG焊由于钨极烧损严重,熔深能力弱,只适用于薄件焊接。MIG焊可采用比TIG焊更大的焊接电流,功率大、效率高,适合中厚板铝合金的焊接。国内对7A52中厚板高强铝合金进行MIG焊工艺的研究表明,焊缝性能满足要求,特别适合于中厚板铝合金焊接。但由于焊缝处形成铸态组织,焊缝残余应力较大,7A52铝合金焊接接头的力学性能低于基材的性能。用钪、锆、铒复合微合金化的焊丝可使板材焊接接头性能提高。为减少焊接变形和焊接缺陷,降低残余应力,搅拌摩擦焊(FSW)被用于铝合金装甲材料的焊接中, 焊接接头的力学性能超过了母材强度的88%、弹道极限值超过母材的85%。对于20毫米厚的7A52铝合金,搅拌摩擦焊接头强度比双丝MIG提高15%左右。

确保跨代优势

NGCV项目是美国陆军以科技创新手段来确保跨代优势的重要举措之一。背后反映的是其第三次抵消战略的稳步推进。美国依靠研发高技术武器系统来获取质量优势,以此抵消其他国家部队的数量优势,这一做法被称为“抵消战略”。“抵消战略”是一个动态、非对称的竞争思路,着眼于提高美国部队的军事效能,重塑战争的作战样式,改变军备竞争的游戏规则。

“抵消战略”是一种创新驱动的动态竞争思想。军备竞争是对手之间不断进行战略互动的过程,竞争参与方根据彼此的实力对比和策略偏好选择竞争路线和回应行为。军备优势会随着时代环境、技术变化和政策调整等因素发生变化,促使竞争各方不得不动态地调整策略以应对新情况的出现。“抵消战略”具有动态竞争的典型特征,其思路是根据对手的优势来选择己方的竞争路径。与通过数量累积来平衡对手的优势不同,“抵消战略”主要依靠军事创新来研发比对手更具效率的技术、系统或方法。无论是军事技术,还是军事理论或者军事组织创新,它的本质都是为了赢得战争的胜利。从历史轨迹来看,军事创新无疑是支撑美国运用“抵消战略”开展军备竞争的关键要素。“抵消战略”着眼于提高军事效能,强调在竞争中赢得先发优势。表面上来看,“抵消战略”是指凭借质量优势抵消对手的数量优势。质量优势很容易理解为装备技术含量高、作战性能优越。然而,“抵消战略”不是单纯地运用高技术建造比对手更先进的武器系统,而是通过部署新研发的装备来提升己方武器系统的竞争优势,从而增加它们的战斗效能。军事效能是衡量“抵消战略”实施效果的评价指标,也是该战略的落脚点。军事效能是指武装力量把资源转换成作战能力的过程。也就是说,军事效能取决于在多大程度上把政治、经济、人力和技术等资源转换成战斗力,它已经超越了简单的武器研发的范畴。同时,军事效能的高低还取决于竞争优势大小,这要求竞争方比对手更加具有灵活性,更加能适应外部环境中的不确定因素。在实施“抵消战略”过程中,美国善于把技术领域的新成果应用到军事领域,使美国能够首先获得技术革新对军事作战带来的先发优势,拉开与对手的军事差距。

美军认为,在技术和创新领域的投资,对于其提高技术优势以应对正在出现的新威胁至关重要。为了推进国防科技创新,保持军事技术的领先优势,2018财年,美国国防部将投资132亿美元用于“科学与技术”领域,约占2018财年国防基础预算的2.3%,比2017财年国防预算的“科学与技术”经费增加5.6%。按支出项目划分:基础研究22亿美元,应用研究50亿美元,先进技术发展60亿美元。科技创新投资的重点内容包括:为国防高级研究计划局 (DARPA)投资31亿美元,用于研究革命性技术和高回报值的军事能力;为国防部牵头的8个制造创新研究所提供1.15亿美元的资金,用于支持国防生产工业创新计划和国防经济委员会的工业生产目标;为战略能力研究办公室提供12亿美元的资金,用于支持跨域联通系统建设、有人和无人自动化系统编组研究、商业设计和技术的军事利用等领域的研发……长期以来正是“创新”成为美国维持强大军事力量的原动力。

美国不仅依靠高额军费、一流人才、先进技术,不断进行多个领域“首次创新”,比如在电磁弹射器新概念武器等方面,涌现出颠覆性的创新变化,与此同时,还通过对几项现有武器技术重新组合,衍生变形出一种新的作战平台或新式武器,进行所谓“集成创新”。恩格斯说过:“两个阵营都在准备决战,准备一场世界上从未见过的战争……只有两个情况至今阻碍着这场可怕的战争爆发:第一,军事技术空前迅速地发展,在这种情况下每一种新发明的武器甚至还没有来得及在一支军队中使用,就被另外的新发明所超过;第二,绝对没有可能预料胜负,完全不知道究竟谁将在这场大战中获得最后胜利。”显然,面对世界新军事革命的形势,我们必须尽最大努力把宝贵的资源用在军事创新方面,从技术革新这个原点和基础出发,依靠自主创新掌握最先进的高精尖武器的核心技术,构筑适应日新月异的武器系统、与时俱进的军事战略、作战思想、军事指挥和管理体制等,加强武器技术乃至武器概念的创新,努力打破“瓦森纳国家群”对我们的技术封锁,减少资源消耗。

结语

2028年美军《陆军构想》认为,美国陆军的使命依然不变:陆军作为联合部队的一部分,在全频谱冲突中,通过提供即时、迅速和持续的制陆优势来部署部队、展开作战和赢得战争。美国陆军是能击败敌方地面部队,并无限期地夺取和控制敌方领土、资源和人口的军种,陆军任务对国家至关重要。计划分两个阶段落实其未来10年的发展构想。第一阶段从2018~2022年,通过加强训练、保障弹药供应等方式,恢复陆军的战争准备状态,同时研发新型武器装备,完成六大优先事项的武器装备研发,以及准备大规模生产。第二阶段从2023~2028年,寻求实现新型武器装备的批量采购,加快推进美国陆军的现代化。那么作为美国陆军六大优先事项的武器装备之一的NGCV,我们能在10年内看到它瓜熟蒂落么?让我们持目以侍。

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