موضوع پروژه: کامپوزیت ها در صنایع نظامی
تهیه کننده: محمد زارعی
شماره دانشجویی: 930245887
استاد: دکتر یونس محمدی
دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین
The Composites In Military Industry
مقدمه
کاربرد فناوری نانو کامپوزیتی و کامپوزیتی در صنایع نظامی
نانو فایبر گلاس های کامپوزیتی نظامی
نانو روکش های کامپوزیتی نظامی
زره های کامپوزیتی پیشرفته و فوق پیشرفته نظامی
زره های کامپوزیتی سرامیکی
جدیدترین دستاوردها و تجهیزات کامپوزیتی نظامی
مقایسه تجهیزات کامپوزیتی نظامی ابرقدرت ها
منابع
فهرست:
مقدمه:
به طور کلی کامپوزیت ها و نانو کامپوزیت ها متشکل از ماده ای تحت زمینه ماده دیگری به عنوان تقویت کننده هستند، این مسئله تنوع پذیری خاصی به این مواد می بخشد، برخی از نانو کامپوزیت ها ترکیبی از نانو الیاف محکم کربن و الیاف محکم کولار یا پلاستیک های مقاوم در برابر خوردگی هستند که بسیار بهتر از فولاد و آلومینیوم و آلیاژهای دیگر عمل می کنند.
نانوکامپوزیت ها، کامپوزیت های پیشرفته و زره های کامپوزیتی در بسیاری از صنایع نظامی از قبیل ساخت هواپیماهای ترابری نظامی، بالگردها، جنگنده ها، ماهواره ها، موشک اندازها رشد و توسعه قابل توجهی داشته است.
استفاده از انواع آلیاژها و آهن آلات بدلیل هزینه های نامعقول، وزن زیاد و خوردگی در برابر شرایط جوی مقرون به صرفه نیست، استفاده از کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت ها در صنایع نظامی علاوه بر استحکام و سختی فوق العاده بالا، مقاومت سایشی بالا، سبک بودن، همچنین بدلیل مقاوم بودن در برابر نور ماورای بنفش در دماهای بالا سختی خود را به هیچ وجه از دست نمی دهند.
به همین دلیل باعث افزایش عمر مفید تجهیزات و قطعات آن می شوند.
کاربرد فناوری نانوکامپوزیتی و کامپوزیتی در صنایع نظامی:
جایگزینی کامپوزیت ها و نانو کامپوزیت های سرامیکی و پلاستیکی در قطعات مکانیکی و بدنه خودروهای نظامی و اشیای پرنده از قبیل جنگنده ها، موشکها و… می تواند سبب:
کاهش مصرف سوخت
کاهش وزن
افزایش عمر مفید
افزایش برد و مسافت طی شده
پنهان ماندن از دید رادارها
مقاومت حرارتی بالا
استحکام فوق العاده بالا
در دهه های اخیر مشاهده شد که افزایش نانو ذرات اکسید آلومینیوم به نیکل موجب می شود مقاومت کششی 3 برابر فولاد شود. آلومینیوم تقویت شده با الیاف شیشه سبب شده بدنه هواپیماها از چند دهه گذشته تا کنون 15% تا 45% سبکتر نسبت به نمونه های قدیمی باشد. لازم به ذکر است این در حالی است که با 2 برابر کردن ابعاد هواپیما یا انواع اشیای پرنده از قبیل موشک ها، وزن 3 تا 4 برابر می شود.
در این نوع کامپوزیت ها نانو الیاف شیشه در دماهای بالا بین صفحات آلیاژ آلومینیوم یا تیتانیوم پرس شده اند.
البته صنایع نظامی و کامپوزیت های مرتبط با آن جزء اسرار شرکت ها و نهاد های سازنده می باشند و موارد گفته شده ساده ترین نوع کامپوزیتها در صنایع نظامی می باشند؛ البته اطلاعات طبقه بندی شده و محرمانه طبق مقالات نظامی از کشورهای آمریکا، اسراییل، روسیه، چین و… ارائه شده که در ادامه مفصل به این موضوع خواهیم پرداخت. همچنین کامپوزیتهای به کار رفته در تجهیزات نظامی از قبیل صنایع هوایی، دریایی، زمینی و دستاوردهای جدید ابرقدرت های نظامی را مقایسه خواهیم کرد.
نانو فایبرگلاس های کامپوزیتی:
نانو فایبرگلاس های کامپوزیتی که در آن الیاف شیشه بصورت تارپودهای نازک و تحت فشار به صورت حصیری یا الیاف سوزنی به هم بافته شده اند برای اختلاط با پلاستیکها استفاده می شوند، از این نوع فایبرگلاس ها تنها در صنایع نظامی استفاده می شود.
در شناور های نظامی از قبیل ناوشکن ها، انواع کشتی های نظامی و زیر دریایی ها کاربرد فراوانی دارند.
نانو روکش های کامپوزیتی:
نانو روکش های کامپوزیتی یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حوزه نانو مواد هستند.
لایه ای نازک از این مواد می تواند روی سطح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت افزایش داد؛ از کاربردهای نانو روکش های کامپوزیتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
ساخت و طراحی لباس های مقاوم در برابر ضربه و آتش
لباس های سربازان و نیروهای امنیتی فوق سبک
ساخت کلاه های جنگی با مقاومت ضربه بالا و مقاومت حرارتی
استفاده از روکش ها در ساخت و تجهیز انواع سلاح های نظامی
مقاومت فرسایشی و مقاومت ضربه ای فوق العاده بالا
سبک بودن و قابل حمل بودن راحت تجهیزات فردی ساخته شده
مقاومت حرارتی بسیار بالا
عدم فرسودگی قطعات و تجهیزات یا اکسید شدن آنها
مزایای استفاده از روکش های کامپوزیتی نظامی:
زره های کامپوزیتی پیشرفته و فوق پیشرفته:
زره های کامپوزیتی پیشرفته نوعی از زره های مختص تجهیزات نظامی از قبیل خودرو های نظامی، زره کوب ها، تانک ها، شناورها، بالگرد های نَظامی می باشند؛ شامل لایه هایی از مواد متفاوت مثل: آلیاژ های فلزی، پلاستیک، سرامیک و هوا می باشند، البته ترکیبات زره های کامپوزیتی ویژه مخفی و مختص کشورها و سازمانهای سازنده آن می باشد.
انگیزه اصلی برای ساخت زره های کامپوزیتی پیشرفته و فوق پیشرفته مقاومت در برابر مهمات شدید الانفجار از قبیل ضد تانک ها و… می باشد.
تفاوت زره های کامپوزیتی تمام فلزی یا سنتی با زره های کامپوزیتی مدرن:
قدرت بسیار بالا زره های ویژه کامپوزیتی
سبکی فوق العاده زیاد
کم حجم تر بودن نسبت به زره های سنتی
هزینه بسیار بالا زره های کامپوزیتی ویژه نسبت به زره های سنتی
زره های کامپوزیتی سرامیکی:
زره های کامپوزیتی سرامیکی زره پوششی مورد استفاده در خودروهای زرهی شخصی برای پوشش ضعف آن می باشد، حساسیت دولت ها به تلفات نظامی و مسئله بودجه های دفاعی، مهندسان را مجبور کرده است تا مستمر با توجه به تغییر تهدیدات، سیستم پلتفرم تجهیزات را منطبق کنند. یکی از بزرگ ترین چالش ها ایجاد سطوح محافظتی با کمترین وزن ممکن دریک نبرد است که این امر با علم مواد، تکنولوژی ها و فیزیک ادغام شده است. این زره طیف وسیعی ازتهدیدات مانند: آتش مستقیم گلوله، خرج های انفجاری، بمب های کنار جاده، بمب های دستی، مین های فوق مخرب زمینی را برطرف می کند.
زمانی که سرباز ها از یک خودرو حفاظت شده خارج میشوند و استقرار می یابند، نیاز است تا بدن آنها با یک زره سبک حفاظت شود بطوریکه بتوانند فعالیت آزادانه داشته باشند و در دمای بالا و ارتفاعات بتوانند تجهیزات خود را به راحتی حمل کنند.
خودروهای نظامی بطور سنتی زرهشان از ورق های فولادی پر استحکام ساخته شده اند.
کامپوزیتهای سرامیکی نظامی تا حد زیادی به جای فولاد بعنوان زره غیر ساختاری در پوشش های تجهیزات نظامی مدرن بکار گرفته می شوند.
مزیت عمده کامپوزیتهای سرامیکی نسبت به زره های فولادی:
وزن فوق العاده پایین زره های سرامیکی
اشغال فضای بسیار کمتر
قدرت استحکام بسیار بالا
امروزه مهم ترین کامپوزیتهای سرامیکی برای حفاظت بالستیکی (حفاظت در برابر پرتابه ها مانند گلوله ها و نارنجکها و …) دو ماده زیر می باشد:
آلومینا (اکسید آلومینیوم)
کاربرد بخاطر دیرگدازی بالا
سختی بسیار بالا
استحکام فشاری بالا
کاربرد زرهی، نفربرها، زره کوب ها و…
سیلیکون کاربید Sic (سیلیسیوم کاربید)
کاربرد در ساخت تجهیزات دیر گداز و ساینده ها
کاربرد در جنگنده ها، هلی کوپترها، تجهیزات حفاظت شخصی، جلیقه ها و…
انواع دیگر:
سیلیکون نیترید SN
تیتانیوم بوراید
آلومینیوم نیترید ALN
سیالون ( سیلیکون آلومینیوم اکسی نیترید)
کامپوزیت های سرامیک – فلزی CMC
سرامیک های تقویت شده با فیبر C-Si
جدیدترین دستاوردها و تجهیزات کامپوزیتی نظامی:
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، علم فیزیک و به کارگیری بهترین مهندسان شاهد پیشرفت عظیمی در صنعت نظامی هستیم؛ کشور های آمریکا، روسیه، اسراییل، انگلستان، آلمان و چین با دانش و نبوغ مهندسان خود ابر تجهیزات نظامی تولید کرده و رقابت را برای کشور های جهان اولی سخت و برای کشور های جهان سومی تا حدودی ناممکن کرده اند.
استفاده از انواع مختلف مواد کامپوزیت و زره های کامپوزیتی رکن اصلی در ساخت قطعات و تجهیزات نظامی می باشد، هر کشور بواسطه نهاد ها و سازمان های وابسطه و با استفاده فرمولها و شیوه های ساخت نوین و سری خود، قدرت نظامی خود را به معرض نمایش میگذارد.
استفاده از کامپوزیت ها در صنایع نظامی حتی از کوچکتریت ابعاد و قطعات (قطعات مکانیکی،گلوله ها، انواع سلاح ها و…) تا بزرگترین ابعاد و تجهیزات (جنگنده ها، زیردریایی ها، خودرو های زرهی و…) کاربرد دارد.
در ادامه به بررسی سلاح ها و جنگ افزارهای کامپوزیتی بدون در نظر گرفتن ابعاد، با توجه به بیشترین میزان درصد استفاده از ترکیبات کامپوزیتی در ساخت آنها در حوزه های تجهیزات زمینی، دریایی و هوایی خواهیم پرداخت.
Carl gustaf m4 recoilless-swedish
Cbrps bullpup saiga12 shotgun-Russia
Tavor21 assault rifle-Israel
ASG Heckler and Koch m15-Usa/German
Fn scar herstal hand grenade-Belguim
Steyr aug assault rifle-German
Accuracy International AS50 sniper rifle-UK
Barrett m107-United States
مقایسه تجهیزات کامپوزیتی نظامی ابر قدرت ها:
در این بخش به مقایسه تجهیزات نظامی مورد استفاده کشور های مختلف می پردازیم؛ برترین تجهیزات نظامی مختص کشورهای آمریکا،روسیه،انگلستان، اسراییل و آلمان می باشد، و در سطح های بعدی چندی دیگر از کشورهای اروپایی (فرانسه،اوکراین و…) و کشورهای آسیایی (چین،ژاپن،کره جنوبی،ایران و…) حرفی برای گفتن دارند.
تجهیزات نظامی-زمینی (اسلحه ها،تانکها و زره کوب ها،خودروهای نظامی)
تجهیزات نظامی-هوایی (جنگنده ها،بالگردهای نظامی، پهبادها و لاکهیدها)
تجهیزات نظامی-دریایی (ناوشکن ها،کشتی های نظامی،زیر دریایی ها)
این مقایسه را به سه دسته کلی تقسیم بندی خواهیم کرد؛
تجهیزات کامپوزیتی نظامی در حوزه زمینی؛
پیش از این به بررسی جدیدترین و کشنده ترین سلاح های کامپوزیتی پرداختیم، حال به بررسی بهترین تانک ها و نقاط قوت و ضعف آنها نسبت به رقیبان می پردازیم. تانک ها نسبت به دیگر تجهیزات نظامی بیشترین درصد میزان استفاده از مواد کامپوزیتی را دارا می باشند. استفاده از کامپوزیت ها در ساخت زره های تانک ها و حتی قطعات و تجهیزات مرتبط با آن باعث شده کامپوزیتها جزء جداناپذیر تجهیزات نظامی بویژه در ساخت تانک ها و زره کوب ها باشند. برترین تانکها ساخت کشورهای آمریکا، انگلستان، آلمان، اسراییل، فرانسه، اوکراین و روسیه می باشند که در ادامه به بررسی تمامی آنها می پردازیم.
تانکهای ایرانی «ذوالفقار3» و پیشرفته ترین تانک ایرانی «کرار» در لیست بهترین تانکها دنیا جایگاهی ندارند.
تانک های سپاه پاسداران جمهوری اسلامی ایران و ضعف های آن:
برترین تانکهای ایرانی «ذوالفقار3 و کرار» می باشد که نسخه ی به اصطلاح ارتقاء یافته تانکهای روسی هستند. البته تانکهای «مبارز» (مدل بهینه سازی تانک بریتانیایی چیفتن)، تانکهای «سفیر» «صمصام» «تیام» که همگی نسخه های ارتقاء یافته تانکهای بازنشسته ارتش روسیه می باشند.
Karrar-IRAN
Tank T72-Russia
تانک های ساخت روسیه همگی دارای مشگل توپ میباشند و در مسافت های بالا به هیچ وجه دقیق نیستند. مهمترین ضعف آنها سیستم چرخ و فلکی است که تا به حال صدها راننده و خدمه را به بدترین شکل ممکن به کشتن داده است، متاسفانه تانک ایرانی «کرار» هم جزء آنهاست. گلوله های ساخت روسیه اصلا با گلوله های ساخت ناتو در قدرت تخریب قابل مقایسه نیست. لازم به ذکر است زره کامپوزیتی کرار بهتر از ذوالفقار میباشد ولی اصلا رقیب تانکهای آمریکایی و اروپایی نیست.
تانک ذوالفقار3
Tank T90 Russia
Leopard 2 Tank-German army
Challenger 2-British army
M1a2 Abrams Tank-USA army
Black Panther-South Korea army
Oplot m Tank-Armed forces of Ukraine
Merkava 2 Tank-Israel army
Leclerc Tank-France army
T90 MS Special Tank-Russia army
تجهیزات کامپوزیتی نظامی در حوزه هوایی:
یکی دیگر از پرکاربردترین و بیشترین میزان استفاده از کامپوزیت ها و نانو کامپوزیتها در صنایع هوایی بویژه در ساخت جنگنده ها و بالگردها میباشد. ازکشورهای پیشگام در این عرصه می توان به کشورهای که آمریکا، روسیه و انگلستان اشاره کرد. جدیدترین جنگنده ها بدنه وقطعات فوق پیشرفته کامپوزیتی را دارا میباشند که این مواد ترکیبی، ترکیبات محرمانه خاص خود را دارند.
در برخی از موارد تمامی بدنه جنگنده ها و بالگرد ها بطور کامل از زره های کامپوزیتی ساخته شده است. که در اسلایدهای پیشین مزایای آنها را بررسی کردیم، حال به بررسی و مقایسه تجهیزات هوایی کشورهای برتر که بیشترین میزان درصد کامپوزیتها در آنها استفاده شده می پردازیم.
Lockheed SR-71 Blackbird
نوعی هواپیمای شناسایی دوربرد بود که اولین فروند آن در سال ۱۹۶۴ به پرواز درآمده و از سال ۱۹۶۶ تا ۱۹۹۸ در خدمت نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا بود. بلک برد با بیشینه سرعتی بالای ۳.3 ماخ همچنان با اختلاف قابل توجه، رکورددار سریعترین هواپیمای سرنشین دار تاریخ است. با بدنه کامپوزیت-تیتانیومی ویژه خود رادارگریز بود وهرگز مورد اصابت آتش دشمن قرار نگرفت. بدلیل سرعت بالا و ارتفاع 24هزار متری پروازی خود هیچگاه به واسطه پدافندهای فوق پیشرفته زمینی و جنگنده های رهگیر مورد تهدید قرار نگرفت.
«کوثر» جدیدترین و پیشرفته ترین جنگنده جمهوری اسلامی ایران:
در تاریخ 30 مرداد 97 (2018 میلادی) جنگنده کاملا بومی کوثر رونمایی شد، طبق گفته های شرکت صنایع هواپیماسازی ایران در ساخت بدنه جنگنده کوثر از زره های کامپوزیتی بومی استفاده شده است؛ که توانایی رقابت با زره های جنگنده های پیشرفته امروزی را دارد. لازم بذکر است این جنگنده چه در طراحی و ساخت بدنه و موتور بسیار شبیه جنگنده آمریکایی اف5 ساخت ایالت متحده آمریکا در سال 1962 میلادی میباشد.
Kowsar Fighter aircraft-IRAN
F5 Fighter aircraft-USA
«شاهد 285» جدیدترین و پیشرفته ترین بالگرد جمهوری اسلامی ایران:
بالگردهای خانواده شاهد جدیترین بالگردهای نیروی هوایی جمهوری اسلامی ایران میباشند، این بالگرد با مهندسی معکوس بالگرد بل 206 و قطعات عمدتاً ساخت روسیه ساخته شده است. که دارای دو نوع تهاجمی و گشت دریایی/ضد کشتی میباشد. طراحی و ساخت شکل ظاهری بالگرد شاهد برگرفته از بالگرد تهاجمی وایپر ساخت ایالت متحده آمریکا میباشد.
Su-35s sukhoi super flanker-Russia
Su-30 Sukhoi fighter aircraft-Russian army
Lockheed Martin F-22A Raptor-USA
F-35A fighter Aircraft-USA army
eurofighter typhoon aircraft-British
shenyang-j fighter aircraft-china air force
mig35 fighter-Russian army
Viper ah1z cobra helicopter-USA marine army
تجهیزات کامپوزیتی نظامی در حوزه دریایی:
در صنایع نظامی بویژه در حوزه دریایی از کامپوزیت های پیشرفته بعنوان زره و نانو
فایبرگلاس های کامپوزیتی که الیاف شیشه بصورت تار پود نازک و تحت فشار به صورت حصیری به هم بافته شده اند برای ترکیب با پلاستیک ها یا انواع مختلف آلیاژ های مورد
استفاده قرار میگیرند.
در ادامه به بررسی پیشرفته ترین تجهیزات نظامی-دریایی ابر قدرت ها در این حوزه میپردازیم؛ این بخش شامل: زیردریایی ها، ناو شکن ها، کشتی های نظامی میباشد.
تجهیزات نظامی برتر در حوزه دریایی مختص کشورهای آمریکا، روسیه، بریتانیا، فرانسه ژاپن، چین و هند می باشد.
پیشرفته ترین تجهیزات کامپوزیتی نظامی ایران در حوزه دریایی:
ناو شکن تهاجمی جماران
کشتی نظامی خلیج فارس
زیردریایی الغدیر
Uss Zumwalt-USA army
Improved Nimitz class-USA army
Knyaz Vladimir submarine-Russia
Uss Arleigh burke-USA army
منابع:
www.Prfcomposites.com
www.Defanse-update.com
www.Sputniknews.com
www.Scinsedirect.com
www.en.wikipedia.org
www.wikimediacommons.org
www.Sakhtafzarmag.com
www.Defansenews.com
www.Military-Today.com
www.Army-Technology.com
www.Jangavaran.ir