[发明专利]含金属内衬碳纤维复合材料身管及其预应力施加方法

说明书

本发明涉及一种含金属内衬碳纤维复合材料身管及其预应力施加方法，身管包括金属内衬、金属尾管和碳纤维复合材料层，所述金属内衬和金属尾管衔接，所述金属内衬的筒身外周成型有环形凹槽，所述碳纤维复合材料层对应缠绕在所述环形凹槽内，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，便于携带，碳纤维复合材料层与金属内衬之间产生了环向预应力，从而使两者接触更加紧密，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，从而改善金属内衬的受力状况。

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预应力施加方法。

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，碳纤维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身管及其预应力施加方法，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。利用金属塑性变形的特性使金属内衬在外部高压作用下环向发生不可恢复的塑性变形，同时金属内衬外的碳纤维复合材料层保持弹性变形状态，产生环向拉应力，从而使金属内衬在碳纤维复合材料层的作用下产生环向压应力。当金属内衬内腔受到压力时，环向压应力将抵消部分金属内衬承受的拉应力，从而改善金属内衬的受力状况。而且，如果金属内衬中有细微裂纹存在，由于环向压应力的存在，可延缓其发展过程，从而提高身管耐疲劳性能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种金属内衬缠绕碳纤维复合材料身管，包括金属内衬、金属尾管和碳纤维复合材料层，所述金属内衬和金属尾管衔接，所述金属内衬的筒身外周成型有环形凹槽，所述碳纤维复合材料层对应缠绕在所述环形凹槽内，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。

金属内衬的两端设置有连接螺纹，若干金属内衬之间通过螺纹实现依次连接，金属尾管与末端金属内衬相连接。金属尾管设置在身管的末端部位，无需碳纤维复合材料层的加固。