據(jù)中國某軍事工程師團隊表示,他們已經(jīng)找到了一種方法,可以借助3D打印技術提高一種被稱為軌道炮的武器的性能——這一成就以前被認為是不可行的。
高級軍事工程師張慶霞和她的同事在1月11日發(fā)表在國內(nèi)同行評審期刊《兵器材料科學與工程》上的一篇論文中說:“明顯的好處為未來指明了一條重要的道路。”
在北京的一家陸軍武器研究所領導研究團隊工作的張慶霞說,他們3D打印了軌道炮系統(tǒng)最關鍵的部件之一。研究人員在論文中稱,通過一系列測試,證明即使在最苛刻的條件下,智能制造技術也能有效提高軌道炮的性能。
軌道炮是一種動能武器,利用電磁力以7倍音速發(fā)射非爆炸性炮彈。中國正在研發(fā)一種艦載型武器,可以打擊200公里(125英里)以外的目標,遠遠超過常規(guī)火炮的射程。
3D打印使用自主機械逐層添加原材料來制造零件。該技術可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的形狀的部件,例如不規(guī)則的金屬部件,內(nèi)部有蜂窩狀結構,以減輕重量。
但與鑄造或鍛造等傳統(tǒng)方法相比,3D打印部件可能更脆弱,因此不適合在極端物理壓力和強大電流下運行的軌道炮等需求。
通過使用激光束融化從鋁合金中獲得的細粉末,張教授的團隊能夠3D打印武器的電樞,從而制造出的部件重量約為傳統(tǒng)方法制造的部件的一半。
電樞是一個馬鞍形裝置,彈丸在發(fā)射前安裝在其中。 當向電樞施加電流時,該裝置會產(chǎn)生巨大的電磁力,該電磁力會在軌道上向前移動,從而將彈丸推向高超音速。
關鍵在于電樞的重量——它越輕,炮彈從槍中發(fā)射時的飛行速度就越快。
張教授表示,通過使用中空結構,3D打印可以使電樞更輕,但由于電樞必須承受巨大的壓力,因此該過程面臨許多挑戰(zhàn)。
允許減輕重量的中空結構也產(chǎn)生了脆弱性。 如果它們位于電樞的錯誤位置,電流將受到阻礙,增加熔化和故障的風險。
張的團隊打印了兩個原型——一個在整個組件主體上都有孔,另一個在電流集中的區(qū)域有較少的空隙。
在實驗中,具有更多孔的更具侵略性設計的電樞使用相對較低的能量電荷將發(fā)射速度提高了近 90%。
超輕的重量有所幫助,而且3D打印結構在加速過程中也顯得更加靈活,形狀的輕微變化顯著減少了導軌對部件的磨損量。
然而,當研究人員增加電流強度時,組件熔化了。
當高超音速武器以峰值功率輸出運行時,孔較少的另一種版本可以承受電子和物理壓力。
據(jù)研究人員稱,雖然發(fā)射速度僅增加了 5%,但實驗表明3D打印技術比傳統(tǒng)制造方法更具優(yōu)勢。
電磁軌道炮推進技術的進步也滲透到了中國的民用領域,例如超級高鐵測試,其目標是有朝一日將客運列車的速度推至 1,000 公里/小時(621 英里/小時)。
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