增材制造技术在战斗部应用中的展望

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中文摘要

根据不同的毁伤模式，战斗部大致可分为三类：破片战斗部、聚能战斗部和穿甲战斗部。受材料和结构制造工艺的限制，传统制造方法难以充分发挥战斗部的毁伤能力。增材制造（AM）技术能够制造复杂的结构，分类材料成分和定制化部件，同时实现低成本、高精度和零件快速生产，其成熟发展为战斗部领域带来了一场新的技术革命。

本文首先回顾了不同增材制造技术的原理、分类和特性，指出了增材制造技术的发展趋势，包括多材料增材制造技术、混合增材制造技术以及智能增材制造技术。

研究表明，PBF（粉床熔融）、DED（直接能量沉积）和EBM（电子束加工）技术主要用于制造战斗部毁伤元件，FDM（熔融沉积成型）和DIW（直接挤出成型）技术主要用于制造战斗部装药。

随后，本文回顾了增材制造技术在三种类型战斗部及战斗部装药中的应用研究，分析了各类战斗部增材制造技术的现存问题及进展。最后，本文总结了典型应用，并展望了增材制造技术在战斗部领域的应用前景。    

https:///10.1016/.2024.02.010

主要结论

设计自由、部件定制化和制造复杂结构部件是增材制造技术相较于传统制造的显著优势。这为提升产品性能、实现产品多功能化及降低制造成本提供了巨大机遇。在过去几十年中，增材制造技术在破片战斗部、聚能战斗部和穿甲战斗部领域取得了令人鼓舞的进展。

总体来看，增材制造技术似乎为战斗部领域打开了一扇新大门，使战斗部材料性能更优、结构更精密。一方面，使用增材制造技术制造的破片、药型罩和穿甲体的材料力学性能，以及炸药化合物的燃烧性能，均已达到或超越传统制造技术水平；另一方面，使用增材制造技术制造的特殊战斗部结构和装药结构不仅增强了毁伤元件的威力，还使能量控制更加精准。

破片战斗部方面，增材制造技术生产的新型壳体材料、反应材料、精确壳体槽纹和特殊形状战斗部结构，通过改变破片质量、破片散布密度、破片能量释放和破片散布角度，显著提升了破片战斗部的毁伤效果。

聚能战斗部方面，增材制造的新型药型罩材料（如CuCrZr和CuSn10）相比传统药型罩，其穿甲性能提高了27%。此外，轻量化药型罩结构（如中空和蜂窝结构）在穿甲测试中进行了初步研究，显示出一定的应用潜力。

穿甲战斗部方面，打印具有稳定性能和良好穿甲能力的新型穿甲材料（如WHAs（钨合金）、非晶合金和高熵合金（HEAs））具有重要意义，但相关研究仍处于起步阶段。

结合拓扑优化（TO）方法与增材制造技术，可完成格子状穿甲体的设计和制造。初步的穿甲测试已验证了该方法的可行性，填充反应材料的格子状战斗部可能成为未来应用方向。

战斗部装药方面，高能量、低感度的增材制造炸药正在被广泛研究。更重要的是，增材制造彻底开辟了高精度、能量定制化炸药的发展方向。通过调控增材制造炸药的微观结构（如中空结构、梯度结构和蜂窝结构），有望获得更安全的炸药。

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