我欲乘風，令敵喪膽！東風導彈就是這么酷！

 

    這兩天網上忽然開始流傳一張截圖：

 

    這位日本朋友思路啟發了不少網友：

 

    這倒是解釋了很多事情……

 

 

    “東風”，不愧是扭轉乾坤的神器。

 

    航粉們要不試著去詩詞大會上比比飛花令？

    古詩詞已經不能限制網友的發揮了，散文來了：

 

    默默把“春天”換成“東風”的小心思都體現在你的表情包里了……歌也來了：

 

    這位同學后半句的發揮不錯……

 

    同樣的思路還可以繼續發揮：

 

 

    不過回到正題上：

    我國地對地彈道導彈為什么要叫東風啊？

    正確答案揭曉：

 

 

    今天中國航天科工集團公司、中國最大導彈武器生產商 今天在官方微博“中國航天科工”也給出正解了：

    劃重點：東風究竟為何名為東風？

    東風究竟為何名為東風？聽說近日在微博上展開了一場繪聲繪色的詩詞大會，辛棄疾、李煜、杜牧等眾多詩人紛紛躺槍，竟然連方文山也沒能幸免于難！

    小編看不下去了，緊急致電一位年近90歲的航天老前輩，終于得以官方解答：

    據當年裝備運輸保障人員李軍回憶：

    “我的第一件工作是分配到長辛店二炮前身的導彈訓練大隊四大隊去學習”1059“導彈。當時國防部五院已開始仿制”1059“導彈，作戰研究處的任務是提出型號戰術技術任務書，以指導設計部門的工作。我被分工到搞前沿部分，首先繪制一個亞洲敵情設想圖。關于設想圖的名字，大家七嘴八舌的進行討論，最后想到毛主席引用《紅樓夢》中的一句話：”不是東風壓倒西風，就是西風壓倒東風“，便決定起名為”東風一號設想圖“。后來給設計部門下達的戰術技術任務書中就使用了這個名字，后來我國生產的地地型號導彈一直沿用了”東風“這個名字。最后，老的國防科委按照型號命名為東風之后，又命名了反艦導彈系列為海鷹，防空導彈系列為紅旗。”

    導彈究竟有哪些結構材料呢？

    小編查遍資料，歸納總結如下，如有不妥，望大家原諒并斧正。

    導彈一般使用鋼板，但彈道再入段一般使用陶瓷或其他一些耐熱復合材料。導彈各部位使用的材料，大部分與飛機材料相同，但為適應運載火箭與彈道導彈的特殊工作環境，也發展了多種專用材料。

    彈體材料

 

    火箭或導彈的彈體主要由儀器艙、箱體、過渡段和尾段組成。箱體以外的部分主要起結構支承作用，多采用高強度鋁合金制成半硬殼式結構或蜂窩結構。液體火箭的箱體材料既要求強度又要求耐蝕性能。早期的液體火箭箱體選用鋁-鎂合金。 隨著鈑金成形和焊接技術的進步，后來改用鋁-銅-鎂系、鋁-鋅-鎂系高強度鋁合金制作箱體。為箱體內部增壓的高壓氣瓶多用鈦合金或高強度鋼制作。為改變發動機推力的方向，一種方法是在尾段上裝燃氣舵。燃氣舵受到噴焰的高速沖刷，燒蝕嚴重，故多采用特種石墨或鎢、鉬等難熔金屬制作，表面再覆以抗氧化涂層。另一種方法是采用搖擺式發動機或擺動噴管，為此彈體尾段須裝有柔性防熱材料，如玻璃纖維增強硅橡膠，以防止火焰的輻射熱對尾段內各系統的損害。此外，彈體內的活門、管路系統還需要使用各種密封材料。

    彈頭材料

 

    彈頭材料運載火箭的頭部不需要返回地面，只經受穿出大氣層時的空氣動力加熱，一般是用金屬或復合材料制造頭部整流罩。彈道導彈的頭部要再入大氣層，以便攻擊敵方目標，早期的某些中程導彈曾一度采用熱沉式防熱，即把熱量耗散在質量大、比熱高的銅制鈍頭中，但因重量太大、隔熱困難，這種方法很快被放棄。洲際導彈頭部的再入速度馬赫數高達20以上，頭部溫度可高達8000～12000°C。50年代末，頭部鼻錐開始采用燒蝕材料防熱。早期廣泛使用的燒蝕材料是高硅氧玻璃纖維增強酚醛樹脂。鼻錐后面還有大面積的防熱層，內部用輕金屬結構支撐并襯有隔熱材料，以保證核戰斗部和精密儀器所需要的溫度環境。隨著分導式彈頭和機動式彈頭的發展，再入時間增長，不均勻燒蝕的情況加劇，同時為抵抗粒子云侵蝕和核攻擊，遂研制出石墨纖維三向或多向增強的碳材料和具有高應變性能的石墨材料。70年代開始改用碳纖維織物作為增強材料，效果良好。為了對頭部進行制導，防熱層上開有天線窗，窗口材料與防熱層應同步燒蝕，同時又能透過無線電波。為此目的，初期使用石英玻璃，后來研制出石英纖維增強的二氧化硅作為窗口材料。

    箱體材料

 

    火箭或導彈的彈體主要由儀器艙、箱體、過渡段和尾段組成。箱體以外的部分主要起結構支承作用，多采用高強度鋁合金制成半硬殼式結構或蜂窩結構。液體火箭的箱體材料既要求強度又要求耐蝕性能。早期的液體火箭箱體選用鋁-鎂合金。 隨著鈑金成形和焊接技術的進步，后來改用鋁-銅-鎂系、鋁-鋅-鎂系高強度鋁合金制作箱體。為箱體內部增壓的高壓氣瓶多用鈦合金或高強度鋼制作。為改變發動機推力的方向，一種方法是在尾段上裝燃氣舵。燃氣舵受到噴焰的高速沖刷，燒蝕嚴重，故多采用特種石墨或鎢、鉬等難熔金屬制作，表面再覆以抗氧化涂層。另一種方法是采用搖擺式發動機或擺動噴管，為此彈體尾段須裝有柔性防熱材料，如玻璃纖維增強硅橡膠，以防止火焰的輻射熱對尾段內各系統的損害。此外，彈體內的活門、管路系統還需要使用各種密封材料。

    發動機材料

 

    液體火箭發動機主要由渦輪、推進劑輸送泵和燃燒室組成。渦輪材料主要是鎳基、鈷基合金。泵殼體采用高強度、高致密性的鋁合金鑄件或鋼鑄件。燃燒室的工作環境最為嚴酷，室內燃燒溫度高達3000°C以上。任何材料在這溫度下都會軟化以至熔化，只有對燃燒室進行冷卻才能保證材料有必要的強度。燃燒室的結構按冷卻方式分為三類：①再生冷卻式燃燒室，其結構又分為夾壁式和管束式兩種。夾壁式燃燒室的內外壁大多用不銹鋼經高溫釬焊制成。 某些大型液氧-液氫發動機燃燒室內壁用銅-銀-鋯合金制造，以增加冷卻效果，外壁用金屬鎳電鑄成形。管束式燃燒室是用多根純鎳或不銹鋼薄壁異形變截面管捆綁釬焊而成。②輻射冷卻式燃燒室用鉬、鈮等難熔金屬制造，延伸噴管則用鈮、鈷、鈦合金制造，表面涂覆抗氧化和具有高輻射系數的特殊涂層。③燒蝕冷卻式燃燒室的內壁用高硅氧纖維增強樹脂作燒蝕材料，外部用鈦合金作承力殼體，喉部裝有石墨鑲塊以增強耐燒蝕能力。有的發動機用多孔金屬面板作為頂部推進劑噴注器的安裝板，以增加冷卻效果。固體火箭發動機的裝藥殼體最初用高強度鋼制造，后來改用鈦合金、玻璃纖維或高強度、高彈性模量有機纖維增強環氧樹脂。殼體內部襯以橡膠類隔熱材料。噴管喉部初期用鉬、鎢等難熔金屬作喉襯，后用鎢作為難熔骨架，滲入銅、銀等金屬作為自發汗冷卻劑。最新式的發動機噴管喉部采用熱解石墨、碳纖維增強碳材料作喉襯，提高了抗燒蝕性能。

    盤點導彈用先進復合材料

 

    （一）導彈用先進復合材料之樹脂基篇

 

 

    輕型化是先進導彈武器發展的一個重要趨勢，實現輕型化的主要措施是大量應用先進復合材料及建立導彈關鍵復合材料設計與制造技術體系。美國國防部對2025年國防材料發展中提出：既能滿足耐高溫要求，又能確保強度及模量在現有基礎上提高25%的材料，非復合材料莫屬。

    導彈概述

 

    導彈（英語：Missile）是一種攜帶戰斗部，依靠自身動力裝置推進，由制導系統導引控制飛行航跡的飛行器。有翼導彈作為一個整體直接攻擊目標，彈道導彈飛行到預定高度和位置后彈體與彈頭分離，由彈頭執行攻擊目標的任務。導彈摧毀目標的有效載荷是戰斗部（或彈頭），可為核裝藥、常規裝藥、化學戰劑、生物戰劑，或者使用電磁脈沖。其中裝普通炸藥的稱為常規導彈；裝核彈的稱核導彈。

 

    輕型化是先進導彈武器發展的一個重要趨勢，實現輕型化的主要措施是大量應用先進復合材料及建立導彈關鍵復合材料設計與制造技術體系。先進復合材料具有優異的比強度、比剛度、抗疲勞性能和剛度可設計性等優點，已廣泛應用于航空航天結構中。國外早在 20 世紀 80年代就開展了導彈結構復合材料應用的相關研究。如戰斧巡航導彈，其彈翼原采用鋁合金蒙皮和鋁合金框架粘接而成，為了提高性能、降低成本，后改用混雜纖維增強聚砜復合材料框架和蒙皮，將兩者粘接而成，其天線罩、進氣道和進氣道整流罩均采用環氧玻璃鋼。尾翼蒙皮則采用玻璃纖維增強聚碳酸酯復合材料。捕鯨叉導彈的彈翼、尾翼和進氣道也都采用了熱塑性樹脂基復合材料。飛魚導彈的彈頭和彈翼亦采用了纖維增強復合材料。可見，國外飛航導彈均不同程度地采用了復合材料，而且有翼面復合材料化的趨勢。

    美國國防部對2025年國防材料發展中提出：既能滿足耐高溫要求，又能確保強度及模量在現有基礎上提高25%的材料，非復合材料莫屬。20世紀末進行的一項關于空空導彈和空地導彈的調查預測表明，復合材料占全彈結構和質量的比例在當時僅為2％ 和40％，在21世紀，這個比例分別上升至79％ 和60％。這一數據表明樹脂基復合材料將得到越來越廣泛的應用，成為制造機載導彈的主要材料。

    彈體用復合材料

 

    彈體用于構成導彈外形、連接和安裝彈上各分系統且能承受各種載荷的整體結構。采用先進樹脂基復合材料彈體的主要目的是為了最大限度的減輕導彈的結構質量、簡化生產工藝、降低成本，進一步提高導彈戰術性能。更重要的是，采用先進樹脂基復合材料技術有利于整體成形有復雜形狀、光滑表面和氣動外形流暢的彈體，可以形成金屬殼體難以達到的隱身性能。

    當導彈的飛行速度為680 m/s～1020 m/s時，彈體和彈翼蒙皮的表面溫度高達200℃～300℃。當導彈的飛行速度為1360m/s～1700 m/s時，彈體的最高表面溫度將超過593℃。樹脂基復合材料的耐溫性能主要取決于樹脂基體的耐溫性。目前，常用的結構復合材料基體有環氧樹脂（EP）、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）和聚酰亞胺樹脂（PI）等。

    環氧樹脂基復合材料的長期使用溫度在150℃左右，20世紀80年代，美國波音公司已經開發出了碳纖維增強環氧樹脂（C/EP）復合材料制成的直徑為200mm的兩級式空射導彈彈體。

    雙馬來酰亞胺樹脂的長期耐溫性能已經由200℃提高到300℃以上，短時耐溫甚至可高達400℃。由于其高溫性能好、成本低，雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料在飛行馬赫數小于3 的超聲速導彈上得到了應用；雷神導彈系統分部采用樹脂轉移成型技術（RTM）和纖維纏繞技術，制成了石墨纖維增強雙馬來酰亞胺（Gr／BMI）復合材料彈體。

    熱固性聚酰亞胺樹脂基復合材料是目前耐溫等級最高的結構用樹脂基復合材料之一，由于其優異的耐熱性能，近年來在航空、航天及空間技術等領域，尤其是在航空發動機和導彈上得到廣泛應用。聚酰亞胺樹脂基復合材料的長期使用溫度在400℃，瞬時使用溫度可達500℃左右。經過近40 年的發展，聚酰亞胺樹脂基復合材料已經發展到了耐溫426℃的第四代聚酰亞胺復合材料，形成了耐溫從280℃到426℃的涵蓋四代的聚酰亞胺樹脂基復合材料體系，涉及的成型工藝方法主要分為熱壓工藝和液態成型工藝。熱壓工藝聚酰亞胺樹脂是發展最早的熱固性聚酰亞胺樹脂，隨著耐溫等級的一步步提升，應用逐漸拓展到導彈結構，如巡航導彈的彈翼，整流罩，舵面等。但是熱壓工藝制備PMR型PI樹脂基復合材料過程中溶劑去除、亞胺化、交聯反應周期較長，制備復雜結構時內部質量不易控制的缺點，限制了其在導彈結構上的進一步應用。發展結構適應性強、制造成本低的液態成型技術是聚酰亞胺復合材料制造技術領域又一個重要的發展方向。其中，樹脂傳遞模塑成形技術是近年來迅速發展的復合材料液態成型工藝技術，將其應用于聚酰亞胺復合材料，能夠顯著降低聚酰亞胺復合材料的制造成本，提高制件尺寸精度和結構整體性，尤其適合于復雜結構的整體化成型。NASA 早在20世紀90 年代就開始了RTM成型聚酰亞胺樹脂的研究，目前已經開發了多個牌號的材料體系，包括PETI-298，PETI-330，PETI-375 等，并且已經在發動機結構、導彈結構上開始驗證和應用。對于新一代超聲速導彈的彈體、整流罩、尾翼、連接環等結構，若能采用RTM工藝聚酰亞胺復合材料，可以大幅度降低工藝成本和提高工作效率，實現低成本制造技術，是未來導彈高溫復合材料結構研究領域的熱點。

    導彈雷達天線罩

 

    導彈天線罩是安裝在導彈雷達導引頭天線外面起保護作用的外罩。超高音速導彈在稠密大氣層中飛行時，空氣受到強烈壓縮和劇烈摩擦，會產生“氣動加熱”現象。隨著導彈馬赫數的增加，氣動加熱非常嚴重。為使天線罩內通訊導航等設備工作正常，高超音速導彈天線罩對材料性能的要求較一般導彈天線罩更為苛刻，它除應具備與飛行器雷達天線使用頻率耦合的透波性能、最小的插入損失外，還需具備能承受飛行器空氣動力載荷和環境熱氣流、雨流的沖刷及其載荷的振動沖擊性能，其電氣和機械性能應不受環境（濕度、溫度）條件變化的影響。此外，天線罩還要能夠接收發射來的電磁信號。因此，天線罩必須具備耐熱、防熱、承載、透波等功能。

    上述要求反映到材料性能上即為如下性能要求：

    （1）優良的介電性能，介電常數ε低，損耗角正切值tanδ小。一般情況下，在0.3~300GHz 頻率范圍內，天線罩材料的適宜ε為1~4 ，tanδ為10-1~10-3 數量級，這樣才能獲得較理想的透波性能和瞄準誤差特性。

    （2）足夠的機械強度和適當的彈性模量。

    （3）良好的熱沖擊性和耐熱性（4）經得起雨蝕、輻射等環境條件。

    （5）可生產性和經濟性。

    在工程中應用最廣的天線罩材料是纖維增強樹脂基復合材料。研發的導彈天線罩用樹脂材料有耐高溫聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、氰酸酯樹脂、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、有機硅樹脂、聚四氟乙烯和熱塑型樹脂（如聚苯硫醚）等。常用的增強纖維有滌綸、芳綸纖維、石英、K-纖維、E-玻璃纖維和碳纖維等。

 

    環氧樹脂是導彈天線罩最常用的基體樹脂之一，它具有優良的粘結性能、耐化學腐蝕性能和電性能，固化收縮率低，能形成尺寸穩定的致密制品。其貯存期、固化條件以及粘度隨固化劑的不同而呈多樣性。但環氧樹脂的使用溫度一般較低，可用于亞音速導彈天線罩，如我國的亞音速岸艦、艦艦導彈天線罩采用A型夾層結構，以環氧復合材料為蒙皮，聚氨酯泡沫為芯層，功率傳輸系數不低于85 %。美國80 年代先進的潛射型“戰斧”巡航導彈天線罩亦采用了環氧復合材料。

    聚酰亞胺在400 ℃下具有良好的承載/透波能力，機械強度相當或超過環氧復合材料，是超聲速巡航導彈的耐高溫天線罩的主要基體材料。雷神導彈系統分部已利用石英纖維增強聚酰亞胺（Qz／PI）生產超音速反輻射導彈天線罩達20多年，中國空空導彈研究院羅楚養采用用了RTM 整體成型技術設計制備了碳纖維增強聚酰亞胺復合材料天線罩連接環，突破了復合材料連接環防熱/承載一體化設計與整體制備等關鍵技術。

    氰酸酯樹脂進入20世紀80年代后在天線罩方面逐漸得到應用。目前國外已將氰酸酯樹脂應用于天線罩，取得了滿意效果，如ICI Fiberite 公司將HerculesIM7 纖維增強牌號為X54-2的氰酸酯樹脂應用于天線罩。

    有機硅樹脂的突出優點是耐熱性和優良的介電性能，在各種環境條件（高溫、潮濕）下的介電性能都比較穩定。其缺點是機械強度較低，且須高壓成型。俄羅斯對有機硅樹脂進行了多年深入系統的研究，已將有機硅復合材料成功地應用于戰略導彈、火箭以及航天飛機中，所采用的硅樹脂為聚二甲基有機硅（商品牌號MK-9K），再添加少量的高溫除碳劑，在1200 ℃能釋放氧，可降低樹脂的殘碳率，對電性能十分有利。

    樹脂基復合材料可以滿足常用的航空用天線罩及低于3馬赫數的導彈天線罩的使用要求。但是，有機材料由于其有限的耐熱性能，對于高于4馬赫數的導彈等航天用天線罩，有機材料已經不能滿足各種飛行器高速飛行時的使用要求。所以各種陶瓷基復合材料逐漸成為超音速導彈天線罩的候選材料。要滿足導彈由亞音速到超音速，再到高超音速（Ma>5），速度不斷攀升對材料耐高溫性能更嚴苛的要求，樹脂基復合材料的耐高溫性要提到500℃以上。

    導彈天線罩材料的發展歷程可歸結為： 纖維增強塑料→氧化鋁陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基復合陶瓷。陶瓷基復合材料天線罩其他文章中介紹。

    隱身用復合材料

 

    隱身技術和隱身材料在導彈中的應用，可以提高導彈的總體性能、電子戰斗力、軍事和經濟效益。雷達是迄今為止最為有效的遠程電子探測設備，它根據雷達目標對雷達波的散射能量來判定目標的存在并確定目標的位置。要實現雷達波隱身，其核心問題就是使目標的雷達回波無法被偵察雷達探測到，即降低目標的雷達探測截面（RCS）。減RCS通常有兩種途徑： 材料隱形技術和外形隱形技術，這兩種技術常常綜合運用。

    材料隱形技術就要求樹脂基復合材料應該能夠減少導彈被雷達、紅外、聲波以及可見光等發現的幾率，提高導彈生存、突防，尤其是縱深打擊的能力。按其工作原理，材料技術可分為三類： 一類是雷達波作用于材料時，材料產生電導損耗、高頻介質損耗和磁滯損耗等，使電磁能轉換為熱能而散發； 二是雷達波能量分散到目標表面的各部分，減少雷達天線方向上散射的電磁能； 三是使雷達波在材料上、下兩表面的反射波迭加發生干涉，相互抵消。結構吸波材料（SRAM）不僅能夠承載結構重量，還可以達到吸波隱身的目的，并且不會增加導彈的重量，因此被視為隱身材料的主要發展方向。

    結構吸波材料主要分為三類：吸收劑散布型、層板型材料和蜂窩夾層結構型材料。吸收劑散布型是由熱塑性PEEK、PPS等樹脂紡成單絲和復絲分別和碳纖維、玻璃纖維等特殊纖維按一定比例交替混雜成束，再將其編織成織物與同類樹脂制成復合材料。F- 117的V形垂尾、F- 22的機身和機翼蒙皮采用了此吸波結構材料。

    層板型吸波材料是一種可承載的寬頻吸波復合材料，通常由透波層（面層）、損耗層（中間層）和反射層（底層）三個不同結構層次，多達十幾層或數十層材料組成。透波層（面層）一般為玻璃纖維，芳綸纖維或石英纖維增強低介電損耗樹脂基體；損耗層（中間層）可以是樹脂基體中充填電磁損耗吸收劑或直接采用具有較高損耗的樹脂基體，也可以是多層高低損耗層交替組成復合形式的中間層；反射層（底層）為碳纖維增強復合材料。吸波劑一般為鉛鐵金屬粉、不銹鋼纖維、石墨粉、鐵氧體等具有特殊電磁性能的物質。

    蜂窩夾層結構材料是采用透波性能好、強度高的復合材料作為最外層；其中間層為蜂窩形狀，一般為浸漬或填充有損耗介質的蜂窩、波紋或角錐結構，或是為浸漬有損耗介質的泡沫芯；在夾芯壁上涂覆吸波涂層或在夾芯中填充輕質泡沫型吸波材料（如聚氨脂），最內層為石墨纖維增強環氧樹脂（Gr／EP），這種結構在6～14GHz范圍內，雷達波吸收率可達95％～98％。

    戰斧巡航導彈的彈翼、尾翼和進氣道；AGM-129巡航導彈的兩個全動式方向舵面和彈翼等全部用結構吸波材料制造。我國長劍20采取結構隱身彈翼 、復合材料隱身過渡段 、 尾翼及彈體表面涂覆吸波材料來實現雷達隱身效果。

    戰斧巡航導彈已將隱身外形技術、隱身材料技術和紅外隱身技術緊密結合，使其RCS值減小至0.05m2左右，國外一種正在研究的隱身巡航導彈（SCM）為全復合材料結構，外表面和進氣道口涂覆輕質吸波材料，其RCS值能夠減小至0.01m2左右。

    氣動面用復合材料

 

    早期的機載導彈氣動面一般為鋁、鎂或者鈦合金，不過性能更為優異的樹脂基復合材料正在逐漸取代金屬合金成為氣動面的主要材料。

    舵面作為導彈最主要的受力部件之一，在導彈飛行過程中，不但要承受氣動力以及大機動帶來的大過載，還要完成導彈姿態的控制，可見，舵面設計和材料的選擇是導彈結構設計過程中最突出、最有代表性的問題。

 

    美國海軍空戰中心（NAWC）研究了高溫樹脂基復合材料在Ma為4的超聲速空中攔截導彈（AIM）舵面上的應用，認為先進復合材料不僅能使導彈的質量和費用達到最佳值，同時也能提高整個導彈系統的性能，而這些效果在使用傳統金屬材料導彈時是無法實現的。據悉，我國長劍20導彈的翼面舵面與進氣道采用玻璃纖維/環氧樹脂類材料，以及雷達波吸收能力較強的聚合物復合結構材料。

    西北工業大學高宗戰聯合中國空空導彈研究院黃帥軍結合先進導彈武器輕型化的重要發展趨勢，并針對導彈武器所追求的降低結構質量、提高有效載荷和戰斗力的目標，將某型導彈金屬舵面進行了復合材料化設計。對比分析金屬舵面與復合材料舵面，發現在剛度等效的情況下，強度滿足要求，穩定性良好，重量減輕一半左右。中國空空導彈研究院羅楚養通過研究復合材料的成型工藝，采用RTM工藝聚酰亞胺復合材料設計了一種蒙皮骨架結構的耐高溫復合材料舵面。該舵面骨架選用鈦合金承力梁，蒙皮選用碳纖維增強聚酰亞胺復合材料，內腔選用鋁泡沫作為填充芯材。同時，系統研究了聚酰亞胺復合材料整體化舵面的RTM成型工藝，探索了導彈高溫復合材料典型結構的低成本、整體化的設計與分析技術、制備與驗證技術。結果顯示，舵面成型用模具結構尺寸設計合理，可準確定位制件，合模緊密，且脫模過程較為順利，使用的RTM樹脂及工藝可保證順利成型；制件尺寸符合設計值，表面及邊緣較為光滑，且側邊無斷面，能夠達到設計要求。

    （二）導彈用先進復材之陶瓷基篇

 

 

    20世紀80年代中期，美國發展空天飛機計劃，提出耐高溫和質量輕兩項要求。為此研制了多種新型高溫材料，包括先進的樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料及碳／碳復合材料，陶瓷材料因具有優良的力學性能、熱學性能和電性能而成為導彈天線罩的首選材料。陶瓷基復合材料在導彈結構件中應用最多的也就是天線罩部位。

    導彈天線罩

 

    導彈天線罩位于導彈的最前端，其作用是保護導航天線不受損壞，使導彈能有效地命中目標，它既是導彈氣動外形的重要組成部分，又是天線的保護裝置，是導彈不可缺少的重要部件。導彈在飛行過程中，天線罩既要承受氣動加熱和機械過載，抵御雨水、沙塵等惡劣工況的侵蝕，還要滿足導彈控制回路所提出的苛刻的電氣性能的要求，因此，導彈天線罩材料需要具備以下性能：（1）   優良的介電性能。在制導系統中，天線罩的傳輸效率和瞄準誤差十分敏感地依賴于材料的介電性能及其與溫度、頻率等的關系。因此要求材料具有低介電常數（ε<10）和介電損耗，而且介電性能不隨溫度和頻率產生明顯變化。（2）   良好的耐熱性和抗熱沖擊性能。導彈的高馬赫數使天線罩的瞬時加熱速率高達120℃/s以上，因此，要求材料具有較好的抗熱沖擊性能，且升高溫度時要求材料分子結構穩定，材料特性（如介電性能、機械性能）變化小，以保證升高溫度時天線罩能正常工作。（3）   高強度的結構性能。天線罩材料的強度要高，而且要具有一定的剛性，強度滿足導彈高速飛行時空氣動力縱向或橫向加速度引起的機械應力和彎曲力矩。（4）   耐雨蝕性能。對沖擊角的設計允許值范圍和飛行器在雨蝕中的靈敏性起決定性的作用。（5）   低的溫度敏感性。一般材料在高溫工作時，其介電特性和強度性能會發生明顯的變化，因此，天線罩材料的各項性能，尤其是介電性能和強度，受溫度變化的影響越小越好。

    天線罩材料發展史

 

    導彈天線罩材料的發展歷程可歸結為： 纖維增強塑料→氧化鋁陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基復合材料，并逐步向寬頻帶、多模與精確制導方向發展。

 

    纖維增強塑料、氧化鋁陶瓷、微晶玻璃等一般只能適用于飛行速度小于５Ｍａ的導彈天線罩。石英陶瓷介電常數低、介電損耗低、膨脹系數小，且介電常數對頻率和溫度十分穩定，抗熱沖擊性能較好，成為目前高超音速（Ｍａ＞５）導彈唯一可用的天線罩材料。雖然石英陶瓷天線罩綜合性能優異，但是當導彈飛行速度大于6.5Ｍa時也難以滿足導彈天線罩穩定性和可靠性的高要求。而陶瓷基復合材料由于其優異的綜合性能引起了廣泛關注，成為各國研究、開發高超音速導彈天線罩材料的熱點。

    20世紀50年代初，美國波音公司采用玻璃纖維增強塑料研制出Ma為3的主動尋的導彈的波馬克天線罩。最早用于天線罩的陶瓷材料是單一氧化鋁陶瓷，美國從20世紀50年代開始研究，并成功應用于麻雀Ⅲ、響尾蛇等導彈上，氧化鋁天線罩只適用于Ma＜3的導彈。隨后，20世紀60年代，美國康寧公司開發出了TiO2為 晶核劑的 Mg-Al-Si系，牌號為9606的微晶玻璃（PyrOceram9606），該材料具有較好的介電性能、強度高和抗熱沖擊性能好，如小獵犬、百舌鳥、Typhon、GarK等導彈均選用該材料作天線罩，廣泛替代了氧化鋁陶瓷，用于Ma為3~4的導彈天線罩；我國在20世紀70年代，由中科院硅酸鹽研究所研制出3-3微晶玻璃，除介電損耗稍高于9606，其他性能與9606非常相似，是國內第一種高溫天線罩材料。

    熔融石英陶瓷是美國麻省理工學院 20 世紀60 年代研制出的一種材料。石英陶瓷因具有優良的耐熱沖擊和介電性能以及介電性能隨溫度變化小等優點，成為第三代也是目前應用最廣泛的陶瓷導彈天線罩材料。 20世紀70年代，國外已大規模將石英陶瓷應用于多種型號導彈上，如美國的“愛國者”D型、“潘興II”、俄羅斯的“S300”、意大的“A8paid”導彈上。國內石英陶瓷材料在80年代中期開始在天線罩領域應用研究，目前，已廣泛應用在空空、地空、艦空等導彈上，如“ XX-11”、“XX-12”“XX-6”、“XX-9”系列導彈。石英陶瓷最大的缺點在于力學性能不佳及脆性大，為了保持石英陶瓷材料優良的介電性能、耐熱性又提高石英陶瓷的強度，國內外研究學者研發了一系列纖維/顆粒增強石英陶瓷材料用于導彈天線罩，增強顆粒有Si4N3、BN、Al2O3莫來石等，增強纖維有SiO2纖維。除此之外，還有對石英成型工藝的研究，泥漿澆注熔石英材料是極少數幾種適用于制作5馬赫數以上雷達天線罩以及導向緣材料之一。該工藝允許成型大而形狀復雜的制品，且材料性能分布均勻，各向同性。與其他陶瓷材料成型工藝相比，成本低，效率高，易工程化，已廣泛應用于國內外第三代，第四代導彈天線罩上。

    雖然石英陶瓷天線罩綜合性能優異，但是當導彈飛行速度大于6.5Ｍａ時也難以滿足導彈天線罩穩定性和可靠性的高要求。而陶瓷基復合材料由于其優異的綜合性能引起了廣泛關注，成為各國研究、開發高超音速導彈天線罩材料的熱點。

    陶瓷基導彈天線罩

 

    陶瓷基導彈天線罩材料主要包括氮化硅基、氧化硅基、磷酸鹽基材料。氮化硅基陶瓷不僅具有優異的力學性能和很高的熱穩定性，而且具有較低的介電常數，其分解溫度為1900℃，其抗燒蝕性能比熔融石英好，能經受6～7Ma飛行條件下的熱振。氮化硅基陶瓷復合材料天線罩是各國研究的主要目標之一，被美國喬治亞技術研究所的試驗鑒定為最有希望的天線罩材料。研究者除繼續改進反應燒結氮化硅、熱壓燒結氮化硅、氣壓燒結氮化硅、無壓燒結氮化硅的制備技術外，在開發新型氮化硅的制備工藝技術上也進行了大量研究。但到目前為止，有關氮化硅基陶瓷作為導彈天線罩的還處于研究階段。

    氧化硅基材料中程導彈天線罩由于導彈飛行馬赫數高且加熱時間相對較長，采用單一的石英陶瓷材料不能滿足熱應力的承載要求。為發展飛行速度５Ｍａ以上的防空導彈，國內采用石英陶瓷天線罩制造技術研制出增強型石英陶瓷天線罩，目前已應用于某型號高速防空導彈。為滿足中、遠程地-地戰術和戰略導彈天線罩的需求，國內先后研制和發展了石英玻璃、高硅氧穿刺織物和正交三向石英織物增強二氧化硅基復合材料，并成功應用。

    磷酸鹽基材料磷酸鹽基復合材料是俄羅斯具有特色的透波材料，由布塊或織物通過磷酸鹽溶液浸漬后加壓固化而得。復合固化后的磷酸鉻（1200℃以下）及磷酸鉻鋁基復合材料（1200～1500℃）的力學性能、物理性能保持良好，電性能穩定。磷酸鋁在1500～1800℃具有穩定的性能。目前，這類材料在巡航導彈、反導型、戰術型導彈及航天飛機上獲得了應用。磷酸鹽的最大缺點是吸濕性很強，需要在復合材料表面涂覆有機涂層進行防潮處理。

    SIC陶瓷基復合材料SiC陶瓷基復合材料具有低密度、耐高溫、抗燒蝕、抗沖刷和抗氧化等一系列優異的性能，在航空航天領域具有廣泛的應用前景。從20世紀80年代末開始，歐美國家已研制成功一系列C/SIC、SIC/SIC陶瓷基復合材料，可應用于導彈的再入鼻錐、機翼前端等防熱結構。

    根據日本宇部新產公司披露數據，SiC陶瓷具有：高級別碳化硅纖維在1800攝氏度仍然可以正常工作，密度僅為高溫合金的1/3兩大絕對優勢。全球幾家企業可以進行SiC陶瓷量產，產能在10噸-50噸/年不等。國內陶瓷基復合材料經過十幾年的發展，正處在從研發到應用的階段，一旦技術成熟，有望加速我們高端裝備行業的發展進程。

 

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責任編輯：王元

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