现代战争具有的突发性、速决性和多维性特点，使得武器装备的灵活机动、快速部署能力成为抢占先机，赢得胜利的关键条件。迫击炮作为一种支 援和伴随步兵作战的有效压制武器，在现代战争中仍具有不可替代的地位。而我军现役迫击炮的身管 绝大部分仍采用炮钢材料，战斗全重较大，携行不便，身管作为迫击炮的重要组成部分，其重量约占总重的一半，亟需进行轻量化改造。

　　对于纤维增强复合材料在装备领域的应用，国外已在这方面开展了大量的探索，例如，美国贝尼特实验室对碳纤维复合材料身管技术进行了深入探索，相继开发了105mm加农炮身管和120mm坦克滑膛炮身管。英国某型超轻榴弹炮复合身管，以高模量碳纤维作为纵向层，以中模量碳纤维作为环向层， 采用高拉张力工艺，将碳纤维束缠绕在钢制内衬上，获得了强度和刚度可同时比拟原身管的轻质复合身管，榴弹炮总重从4.08t降至2.27t，减重达40%。

　　本文着眼未来高机动作战对武器装备的需求，将碳纤维增强复合材料用于迫击炮身管的轻量化改进，开展了复合身管的结构设计与成型工艺研究，在获得较高强度和刚度的同时，可大大减轻身管重量，为提高装备机动性和跨区作战性能提供技术支撑，也为先进复合材料在陆军装备中的应用奠定基础。

　　与传统的金属材料相比，碳纤维复合材料具有比强度和比刚度高、耐腐蚀、破损安全性好、疲劳寿命高及可设计性好等优点，在轻量化方面具有明显的优势，本文将其用作迫击炮轻量化身管的主要材料。但由于碳纤维复合材料的密闭性、耐磨性和抗烧蚀能力较差，所以根据迫击炮身管的受力特点，复合材料身管设计可采用两层结构：内层为内衬层，可选用炮钢或钛合金等金属材料，主要起到隔绝高温火药燃气，提供密封环境，避免弹体直接接触纤维层；外层为纤维层，采用碳纤维复合材料缠 绕，外部纤维层承担大部分载荷，保证身管满足强度 要求，在内衬和纤维层之间采用隔热橡胶进行隔热。

　　不同等级碳纤维的力学性能差异较大，对身管最终的承压也有着明显的影响。T300、T700和M46为常用的碳纤维，为进一步探索采用不同碳纤维对身管承压性能的影响，分别对采用T300、T700和M46等级碳纤维缠绕的复合圆筒进行水压试验，T300、T700和M46等级碳纤维复合身管的最终爆破载荷为48MPa、63MPa和81MPa。以内衬材料的弹性模量为标准，外部纤维层的弹性模量越高，则纤维层承担的载荷越多，相同载荷下内衬的应力更低，内衬的屈服载荷就越高，越能凸显碳纤维高强的优势。因此用高模量碳纤维做外部增强层，内衬厚度可以做得更薄，轻量化效益更高。

　　分别采用30N、50N、70N、90N的缠绕张力进行迫击炮身管的缠绕加工，并对不同缠绕张力的迫击炮身管进行了承压试验，其爆破压力依次为48MPa、49MPa、49.5MPa和43MPa。 可见缠绕张力在70N之前，随着缠绕张力的增加， 复合圆筒的爆破压力逐渐升高，当缠绕张力为90N时，承压性能显著降低。这是由于适当地提高缠绕 张力可以使纤维层之间结合更紧密，排出多余的树脂减少气泡等缺陷，相当于提高了纤维层的缠绕质量。

　　结果表明：采用高模量碳纤维材料作为复合身管的外部增强层，内衬厚度可以做得更薄，轻量化效益更高：采用相同尺寸同种内衬材料，铺层顺序对复合身管静态承压性能的影响较小：适当地提高缠绕张力可以提高纤维层缠绕质量，增强金属内衬的预应力，提高复合身管的承压性能，但缠绕张力过大会降低其承压性能。

　　阅读延伸：《M46J高模量碳纤维复合材料力学性能研究 》