本實用新型涉及一種含有金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料承壓身管結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展要求未來武器裝備具有輕便、機動、靈活快速反應(yīng)等特點，因此必須大力開發(fā)新型結(jié)構(gòu)和功能材料。其中纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞及可設(shè)計性好等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的一類新型材料。但纖維復(fù)合材料的抗燒蝕能力和密閉性較差，所以一般在纖維復(fù)合材料發(fā)射筒的內(nèi)壁附加一層金屬材料，這種含金屬內(nèi)襯的纖維復(fù)合材料發(fā)射筒不僅質(zhì)量輕、可設(shè)計性強，還具有很好的密封性，可滿足各種武器平臺對發(fā)射筒的使用要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前我國部隊采用的發(fā)射筒身管仍采用全金屬制作，過重的發(fā)射筒不方便戰(zhàn)士攜帶，作戰(zhàn)的靈活機動性也較差。

如果直接在金屬內(nèi)襯外表面纏繞碳纖維復(fù)合材料來制作身管，也存在一些技術(shù)上的不足:

其一：金屬內(nèi)襯外表面纏繞的復(fù)合材料層需要高溫固化，如果采用熱固性聚酰亞胺樹脂，固化溫度達三百度以上，在這么高的固化溫度下，金屬內(nèi)襯發(fā)生膨脹，而外表面的碳纖維復(fù)合材料層對溫度不敏感，高溫下基本不發(fā)生膨脹，金屬內(nèi)襯熱膨脹后將外表面纏繞的碳纖維復(fù)合材料層撐開，固化冷卻后，金屬內(nèi)襯發(fā)生收縮，容易在復(fù)合材料層與金屬內(nèi)襯界面產(chǎn)生間隙，發(fā)生結(jié)合不緊密的情況，導致碳纖維復(fù)合材料層無法起到加固身管環(huán)向強度的作用。

其二：金屬內(nèi)襯的模量一般為200GPa，屈服強度為1280MPa，而碳纖維(T800)復(fù)合材料層環(huán)向模量一般小于金屬的模量，一般為180GPa，強度為3000MPa左右，因為復(fù)合材料的環(huán)向模量小于金屬內(nèi)襯，所以在實彈發(fā)射時，復(fù)合材料層上的環(huán)向應(yīng)力小于金屬內(nèi)襯上的環(huán)向應(yīng)力更遠遠低于其自身強度，造成材料的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料的身管結(jié)構(gòu)及其冷裝配制造方法，提高金屬內(nèi)襯與作為加固件的碳纖維復(fù)合材料層之間的接觸緊密性。利用特殊的冷加工工藝使碳纖維復(fù)合材料層對金屬內(nèi)襯產(chǎn)生環(huán)向壓應(yīng)力，而碳纖維復(fù)合材料層環(huán)向產(chǎn)生拉應(yīng)力。當發(fā)射產(chǎn)生高膛壓時，金屬內(nèi)襯的環(huán)向壓應(yīng)力將抵消部分火藥氣體帶來的巨大拉應(yīng)力，從而改善金屬內(nèi)襯的受力狀況。如果內(nèi)襯金屬中有細微裂紋存在，由于壓應(yīng)力的存在，可延緩其發(fā)展過程，從而提高疲勞性能。

本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料的身管，包括金屬內(nèi)襯、金屬端管、金屬連接管和碳纖維復(fù)合材料層，相鄰金屬內(nèi)襯之間通過所述的金屬連接管連接，金屬端管分別銜接金屬內(nèi)襯的首尾末端，所述碳纖維復(fù)合材料層穿套在所述金屬內(nèi)襯外周，并且所述碳纖維復(fù)合材料層具有環(huán)向壓緊該金屬內(nèi)襯的趨勢。

所述金屬內(nèi)襯露于碳纖維復(fù)合材料層之外的兩端設(shè)置有連接螺紋，所述金屬內(nèi)襯與無需碳纖維復(fù)合材料層加固的金屬連接管或者金屬端管之間螺紋連接。

制造上述含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管的冷裝配方法，提高金屬內(nèi)襯與碳纖維復(fù)合材料層間的接觸緊密性，具體為，首先，準備金屬內(nèi)襯和碳纖維復(fù)合材料層，采用纏繞工藝制作碳纖維復(fù)合材料層，機械加工制作金屬內(nèi)襯，且金屬內(nèi)襯的外徑大于碳纖維復(fù)合材料層的內(nèi)徑，碳纖維復(fù)合材料層與金屬內(nèi)襯間穿套裝配的尺寸過盈量為0.1mm～0.2mm；然后，將金屬內(nèi)襯單獨浸入液氮中冷卻，冷卻溫度為-205℃～-195℃，冷卻10～15min，取出金屬內(nèi)襯測量外徑，當金屬內(nèi)襯外徑縮小至與碳纖維復(fù)合材料層內(nèi)徑間的間隙為0.12mm～0.2mm時，將碳纖維復(fù)合材料層穿套于金屬內(nèi)襯外周，并于自然狀態(tài)下靜置平衡；最后將做好的套有碳纖維復(fù)合材料層的金屬內(nèi)襯分別與金屬連接管及金屬端管連接組裝好，即為身管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下特點：

1、本實用新型開發(fā)出的相應(yīng)金屬內(nèi)襯，便于進行與碳纖維復(fù)合材料層的冷裝配，又方便通過螺紋連接與炮尾及支架等無碳纖維復(fù)合材料纏繞加固部分相連。這種身管分段設(shè)計方式，可減輕身管每段的重量，便于戰(zhàn)士攜帶。

2、提出了一種含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管及其冷裝配制造方法，利用金屬內(nèi)襯在低溫條件下發(fā)生暫時性收縮的特性，使裝配后的碳纖維復(fù)合材料層對金屬內(nèi)襯產(chǎn)生環(huán)向預(yù)應(yīng)力，碳纖維復(fù)合材料層受到一個環(huán)向拉應(yīng)力，而金屬內(nèi)襯受到一個環(huán)向壓應(yīng)力，從而使兩者接觸更加緊密。相應(yīng)的身管在作為炮筒使用的情況下，當發(fā)射使炮筒內(nèi)產(chǎn)生高膛壓時，金屬內(nèi)襯受到的環(huán)向壓應(yīng)力將抵消部分火藥氣體帶來的巨大拉應(yīng)力，從而改善金屬內(nèi)襯的受力狀況。而且如果金屬內(nèi)襯中有細微裂紋存在，由于壓應(yīng)力的存在，可延緩其發(fā)展過程，從而提高身管的耐疲勞性能。

3、本實用新型的身管可以使碳纖維復(fù)合材料層更多地承擔環(huán)向承壓負荷，充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料高強度的優(yōu)勢，使整個身管結(jié)構(gòu)受力更加合理。使使用低牌號低模量（例如T700級）碳纖維進行加固成為可能性，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中身管后端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例中身管前端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例中金屬內(nèi)襯和碳纖維復(fù)合材料層的裝配示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

如圖1至3所示，本實施例中的含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管，可作為發(fā)射炮筒使用，包括金屬內(nèi)襯2、金屬端管、金屬連接管4和碳纖維復(fù)合材料層3，相鄰金屬內(nèi)襯2之間通過金屬連接管4連接，金屬端管分別銜接金屬內(nèi)襯2的首尾末端，碳纖維復(fù)合材料層3穿套在金屬內(nèi)襯2外周，并且碳纖維復(fù)合材料層3具有環(huán)向壓緊該金屬內(nèi)襯2的趨勢。本實施例中的金屬端管包括身管尾部純金屬部分1和身管頭部純金屬部分5。

金屬內(nèi)襯2露于碳纖維復(fù)合材料層3之外的兩端設(shè)置有連接螺紋，金屬內(nèi)襯2分別與無需碳纖維復(fù)合材料層加固的金屬連接管4、身管尾部純金屬部分1和身管頭部純金屬部分5螺紋連接。

上述結(jié)構(gòu)的身管采用了分段組裝的設(shè)計方式，可減輕身管每段的重量，便于戰(zhàn)士攜帶。另外，碳纖維復(fù)合材料層對金屬內(nèi)襯產(chǎn)生環(huán)向預(yù)應(yīng)力，碳纖維復(fù)合材料層受到一個環(huán)向拉應(yīng)力，而金屬內(nèi)襯受到一個環(huán)向壓應(yīng)力，從而使兩者接觸更加緊密。

上述身管的制造工藝具體為，首先，準備金屬內(nèi)襯和碳纖維復(fù)合材料層，采用纏繞工藝制作碳纖維復(fù)合材料層，機械加工制作金屬內(nèi)襯，且金屬內(nèi)襯的外徑大于碳纖維復(fù)合材料層的內(nèi)徑，碳纖維復(fù)合材料層與金屬內(nèi)襯間穿套裝配的尺寸過盈量為0.1mm～0.2mm；然后，將金屬內(nèi)襯單獨浸入液氮中冷卻，冷卻溫度為-205℃～-195℃，冷卻10～15min，取出金屬內(nèi)襯測量外徑，當金屬內(nèi)襯外徑縮小至與碳纖維復(fù)合材料層內(nèi)徑間的間隙為0.12mm～0.2mm時，將碳纖維復(fù)合材料層穿套于金屬內(nèi)襯外周，并于自然狀態(tài)下靜置平衡；最后將做好的套有碳纖維復(fù)合材料層的金屬內(nèi)襯分別與金屬連接管及金屬端管連接組裝好，即為身管。

上述冷加工工藝利用金屬內(nèi)襯在低溫條件下發(fā)生暫時性收縮的特性，使裝配后的碳纖維復(fù)合材料層對金屬內(nèi)襯產(chǎn)生環(huán)向預(yù)應(yīng)力，碳纖維復(fù)合材料層受到一個環(huán)向拉應(yīng)力，而金屬內(nèi)襯受到一個環(huán)向壓應(yīng)力，從而使兩者接觸更加緊密，從而改善金屬內(nèi)襯的受力狀況。