[发明专利]含金属内衬碳纤维复合材料的身管的冷装配方法

说明书

本发明涉及一种含金属内衬碳纤维复合材料的身管及其冷装配制造方法，身管包括金属内衬、金属尾管、金属端管和碳纤维复合材料层，金属尾管、金属端管分别衔接金属内衬的首尾末端，所述碳纤维复合材料层穿套在所述金属内衬外周，并且所述碳纤维复合材料层具有环向压紧该金属内衬的趋势。上述结构的身管采用了分段组装的设计方式，可减轻身管每段的重量，便于战士携带。另外，碳纤维复合材料层对金属内衬产生环向预应力，碳纤维复合材料层受到一个环向拉应力，而金属内衬受到一个环向压应力，从而使两者接触更加紧密，提高了身管的承压负荷能力。

技术领域

本发明涉及一种含有金属内衬碳纤维复合材料承压身管结构及相应的制造方法。

背景技术

现代军事技术的发展要求未来武器装备具有轻便、机动、灵活快速反应等特点，因此必须大力开发新型结构和功能材料。其中纤维复合材料具有轻质、高强、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳及可设计性好等优点，是目前应用最为广泛的一类新型材料。但纤维复合材料的抗烧蚀能力和密闭性较差，所以一般在纤维复合材料发射筒的内壁附加一层金属材料，这种含金属内衬的纤维复合材料发射筒不仅质量轻、可设计性强，还具有很好的密封性，可满足各种武器平台对发射筒的使用要求，具有广泛的应用前景。目前我国部队采用的发射筒身管仍采用全金属制作，过重的发射筒不方便战士携带，作战的灵活机动性也较差。

如果直接在金属内衬外表面缠绕碳纤维复合材料来制作身管，也存在一些技术上的不足:

其一：金属内衬外表面缠绕的复合材料层需要高温固化，如果采用热固性聚酰亚胺树脂，固化温度达三百度以上，在这么高的固化温度下，金属内衬发生膨胀，而外表面的碳纤维复合材料层对温度不敏感，高温下基本不发生膨胀，金属内衬热膨胀后将外表面缠绕的碳纤维复合材料层撑开，固化冷却后，金属内衬发生收缩，容易在复合材料层与金属内衬界面产生间隙，发生结合不紧密的情况，导致碳纤维复合材料层无法起到加固身管环向强度的作用。

其二：金属内衬的模量一般为200GPa，屈服强度为1280MPa，而碳纤维(T800)复合材料层环向模量一般小于金属的模量，一般为180GPa，强度为3000MPa左右，因为复合材料的环向模量小于金属内衬，所以在实弹发射时，复合材料层上的环向应力小于金属内衬上的环向应力更远远低于其自身强度，造成材料的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种含金属内衬碳纤维复合材料的身管结构及其冷装配制造方法，提高金属内衬与作为加固件的碳纤维复合材料层之间的接触紧密性。利用特殊的冷加工工艺使碳纤维复合材料层对金属内衬产生环向压应力，而碳纤维复合材料层环向产生拉应力。当发射产生高膛压时，金属内衬的环向压应力将抵消部分火药气体带来的巨大拉应力，从而改善金属内衬的受力状况。如果内衬金属中有细微裂纹存在，由于压应力的存在，可延缓其发展过程，从而提高疲劳性能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种含金属内衬碳纤维复合材料的身管，包括金属内衬、金属端管、金属连接管和碳纤维复合材料层，相邻金属内衬之间通过所述的金属连接管连接，金属端管分别衔接金属内衬的首尾末端，所述碳纤维复合材料层穿套在所述金属内衬外周，并且所述碳纤维复合材料层具有环向压紧该金属内衬的趋势。

所述金属内衬露于碳纤维复合材料层之外的两端设置有连接螺纹，所述金属内衬与无需碳纤维复合材料层加固的金属连接管或者金属端管之间螺纹连接。