美军向龙虾学习研制防弹材料

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  下次把螳螂虾丢到烧烤架上的时候,不要忘记那些甲壳类动物可能有一天能救你的命。加利福尼亚大学的科学家们正在研究—种特殊动物——雀尾螳螂虾——的军事应用价值,它们的“大拳头”可能解开装甲防护的技术谜题。
  这种色彩斑斓的小虾体长不到10厘米,生长在热带水域。它们有两只“大棒”或“锤子”般的拳头。能够以每小时70千米的速度挥出。打击力高达900牛,能轻易地砸开贝类、小鱼的头骨,甚至是鱼缸的玻璃。研究小组的负责人戴维表示,这种小虾的“拳头”在4个月内会持续敲击超过50000次才会损坏,而后它们又会长出新的“拳头”。
  戴维和他的团队正试图揭示这种小虾的“拳头”质量轻且耐冲击的秘密。早在2007年,戴维在观看龙虾时,就从它们那“拳头”耐冲击结构上意识到其中的军事应用潜力。这种技术可以帮助人们开发出耐冲击的防护服,避免内脏受伤,也可以用于制造防护盔,防止冲击造成脑震荡。除了防弹衣,舰船甲板上各种枪炮的钢铁护板,也可以换用这种材料。戴维已经致信美国海军研究办公室的年轻研究员提出这个研究项目,该项目会在3年中向一个机构每年提供17万美元的资助,但目前尚未得到回应。加州大学表示,美国空军科学研究办公室已经向戴维的团队提供了60万美元的研究经费,支持他展开研究。
  “如果你能搞懂这种结构的妙处,明白它们是怎样做到经受住成千上万次的反复冲击也不损坏,那么你就能把它们用到需要保护材料的地方,比如防弹衣。”美国空军办公室数学信息和生命科学主任休德龙(音)说。“我们考虑将这一技术用在直升机上,因为它们常常低空飞行,也可以用在A—10攻击机上,用以替换现在采用的钛合金装甲。”A—10攻击机,俗称疣猪,单人亚音速攻击机,是目前美国空军的主力近距支援攻击机。主要用于攻击坦克、装甲车群和战场上的活动目标及重要火力点。它们能够长时间盘旋于任务区域附近做300米以下的低空飞行。宽且直的机翼设计使其能于短距离起飞或着陆,能迅速的进出前线战区,并拥有可靠的低速飞行能力和惊人的续航力。因为它能够以相对较低的巡航速度(仅每小时320千米),能有效发挥其作为一个对地攻击机的优势,尤其是当一般高速战斗机或轰炸机面对锁定面积较小或缓慢移动的地面目标的时候。其优良的战场存活率,且能够在战斗中承受不少可观的损伤。1991年的第一次波斯湾战争,让A—10证明了自己的实力。144架A—10攻击机—共摧毁了伊拉克1000台以上的坦克、2000台其他战斗车辆以及1200个火炮据点,外加部分的雷达设施和机动性高的飞毛腿导弹发射器。整个战争期间仅仅只有5架A—10被击落。且皆是未超过规范高度而遭击落的。2005年3月,最新改进的A—10首飞,后定名为A—10C“雷电”Ⅱ。A—10攻击机的改进升级是美国空军自1972年以来对现役飞机实施的最重要的技术改造项目,耗资3亿美元。2009年,美军完成356架A—10攻击机的升级任务。经过升级改进,已有30年役龄的A—10攻击机的使用寿命将创下美军攻击机服役55年的纪录。老机新改、巧省经费,老武备改出新战力,这也是美空军坚持多年的一条发展武备之路。A—10攻击机将在2028年才从美国空军除役,到时候将会被新式的F—35(联合打击战机)给取代。空军方面还表示,这种技术可以帮助悍马巡逻车抵御路边炸弹,也能帮助无人机或直升机抵御敌方的火力。
  研究人员认为。问题的关键是复制出“拳头”的三部分结构。最外层的结构是坚硬的类似水晶的矿物质,硬化层后面是一层一层堆叠的稍软的矿物质,可以吸收冲击能量,最内层的纤维结构则是相互平行,共同包裹着“拳头”,就像是“拳击手用布袋将拳头裹起来”。
  目前,研究人员已经制成了材料样品并开始测试,这种材料由环氧树脂和玻璃纤维制成。能够抵御子弹,且质量比钢铁轻。除了防弹材料,这种新技术也有望用于船舶领域——龙虾在打击猎物时,它们的“拳头”在水中高速运动,能够产生空泡效应,给猎物造成冲击,但对龙虾自己无害。空泡效应是一种物理现象,当物体在水中的运动速度超过50米/秒时,钝头航行器或安装在头部的气体注入系统就可能产生低密度气穴。以螺旋桨转动为例,由于桨叶要划动水流排向后方,因此,桨叶的吸水方向的水流压力要小于排水方向的水流压力,而且桨叶转速越高,吸水方向的水流压力就越小。而当桨叶转速增加到某一数值,桨叶吸水方向水流压力降到海水的饱和蒸汽压力时,一部分海水就要汽化成为水蒸气,并在桨叶的吸水面上出现气泡溢出,这就是空泡效应。螺旋桨的转数越高,空泡效应就越严重。舰艇的空泡效应不仅会使水流发生畸变,使桨叶产生空转,从而降低桨叶的推进效能,还可能导致强冲击波的出现,并引起桨叶表层的腐蚀。如果科研人员能够找出其中的原因,就能防止空泡效应对船只螺旋桨造成的损害。戴维认为,改良型的复合材料大概可以在2—3年内完成,供军方测试。届时样品使用的廉价环氧树脂和玻璃纤维将会被换成碳纤维等高强度工程材料。
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