Лаборатория технологий материалов ( MTL ) была научно-исследовательским учреждением под командованием материально-технического обеспечения армии США , которое специализировалось на металлургии , материаловедении и инженерии для артиллерийских орудий и других военных целей. Расположенная в Уотертауне, штат Массачусетс , MTL изначально была известна как Watertown Arsenal Laboratories (WAL) и представляла собой одно из многих лабораторных зданий, возведенных в Watertown Arsenal . Однако, несмотря на свое название и роль в размещении механического и металлургического лабораторного оборудования арсенала, WAL действовала независимо от арсенала. [1] [2] Объект продолжал работать даже после закрытия арсенала Уотертауна в 1967 году. В 1962 году WAL был переименован в Агентство по исследованию материалов армии (AMRA), а затем в 1967 году в Исследовательский центр материалов и механики армии (AMMRC), прежде чем в 1985 году он стал Лабораторией технологий материалов. [3] В 1992 году MTL была расформирована, а большая часть ее операций и персонала была включена в недавно созданную Исследовательскую лабораторию армии США (ARL). [4]
На протяжении всей своей долгой истории Уотертаунский арсенал содержал несколько лабораторных объектов, которые проводили механические испытания, а также исследования по разработке материалов и физике твердого тела . [5] Первым известным примером лаборатории в Уотертаунском арсенале было одноэтажное деревянное здание, построенное в 1842 году. Эта ранняя лаборатория не специализировалась на научных экспериментах, а вместо этого поддерживала миссию Уотертаунского арсенала как военного склада снабжения. [1] Лаборатория выполняла широкий спектр специальных задач от водонепроницаемости бумажных патронов до подготовки ингредиентов для пиротехники, такой как портовые запалы, взрыватели и сигнальные ракеты. Однако со временем здание было переоборудовано в складское помещение и позже снесено в 1917 году. [5]
Первый заметный случай научного эксперимента в арсенале состоялся под руководством майора Томаса Дж. Родмана , командующего офицера и суперинтенданта арсенала с 1859 по 1865 год. Известный тем, что изобрел процесс литья , который значительно продлил срок службы чугунных пушек, Родман продвигал научные исследования в Уотертаунском арсенале во время своего пребывания в должности. Во время Гражданской войны в США он руководил строительством второй лаборатории в 1862 году и проводил металлургические эксперименты и испытания оборудования, чтобы определить наилучшее качество железа для литья в пушки. Эта вторая лаборатория представляла собой одноэтажное деревянное здание с двумя крыльями, каждое размером 175 футов на 25 футов. Используемое в основном для изготовления патронов для стрелкового оружия, учреждение позже было перемещено в восточную часть арсенала и перепрофилировано в складское помещение для полевых орудийных лафетов в 1871 году. Учреждение было снова перемещено в 1911 году и использовалось для хранения пиломатериалов. [1] [3] [5]
В годы после Гражданской войны работа Родмана в арсенале Уотертауна привлекла внимание Департамента артиллерийского вооружения армии США к этому комплексу как к месту для будущих испытаний материалов. В 1870-х годах интерес армии к стали как материалу для производства орудий побудил президента Улисса С. Гранта начать национальное научное исследование для проверки достоинств чугуна по сравнению со сталью с точки зрения их прочности. В рамках этого исследования правительство США заключило контракт с инженером Альбертом Гамильтоном Эмери в 1875 году на проектирование и строительство машины, которая выполняет точные испытания прочности конструкционных инженерных материалов. [1] [6] Машина, названная испытательной машиной Эмери, была способна точно испытывать 800 000 фунтов на растяжение и один миллион фунтов на сжатие. [3] Ее точность в возможности испытывать прочность на растяжение и сжатие чего угодно, от железного прута до тонкой проволоки, была отмечена как беспрецедентное новшество в американской инженерии и военной науке. [1]
После завершения строительства в 1879 году испытательная машина Emery была установлена в здании 71 арсенала Watertown, которое было переименовано в Физическую испытательную лабораторию. Построенное в 1821 году, здание 71 изначально было кузницей, в которой размещалась 18-тонная отражательная печь, а также другое оборудование для производства железа. Установка испытательной машины Emery превратила объект в испытательную лабораторию, которая обслуживала не только нужды армии и флота США, но и нужды гражданских лиц, которые платили за использование испытательной машины в своих целях. Коммерческие производители в области чугуна и стали, строительства мостов, железных дорог и котлов использовали услуги по испытаниям, предлагаемые лабораторией, для получения данных о различных конструкционных материалах. С 1882 по 1918 год результаты прецизионных испытаний, проводимых лабораторией под руководством Департамента вооружений США, ежегодно публиковались в издании под названием « Испытания металлов» . Диапазон материалов, испытанных в течение этого 36-летнего периода, включал железо, сталь, латунь, бронзу, дерево, камень и бетон, а также различные предметы, такие как манила, хлопчатобумажная пряжа, пенька и роликовые коньки. В общей сложности было проведено 87 062 испытаний для правительства, в то время как 27 096 были проведены для частного предприятия. [1] [5]
Начиная с 1890-х годов арсенал Уотертауна уделял больше внимания исследованиям и разработкам, расширяя свои лабораторные и испытательные мощности. [1] К началу 20-го века арсенал создал еще два лабораторных объекта в зданиях рядом с Физической испытательной лабораторией. Здание 72, которое было впервые построено в 1821 году и использовалось как механический цех, в 1896 году разместило Химическую лабораторию на втором этаже. К 1917 году Химическая лаборатория расширилась, пока не заняла все здание. Аналогичным образом, здание 73 также было изначально построено в 1821 году для использования в качестве орудийной мастерской, но было преобразовано в рентгеновскую лабораторию арсенала в 1923 году. К 1927 году лаборатории в зданиях 71, 72 и 73 получили широкий спектр нового оборудования, начиная от первой в стране ударной испытательной машины Шарпи до дифракционного рентгеновского аппарата для изучения атомной структуры металлов. Тесная связь лабораторного комплекса с промышленными предприятиями арсенала позволила арсеналу применять научные разработки первого для улучшения производственных процессов последнего. [1]
В 1923 году в арсенале Уотертауна был основан Консультативный совет по черной металлургии для содействия совместным исследованиям и разработкам между арсеналом, частной промышленностью и университетскими лабораториями. Консультативный совет работал с 45 частными промышленными фирмами над разработкой литых и катаных броневых листов для самолетов, шлемов и бронежилетов . Арсенал также проводил исследования эрозии оружия совместно с Bahelle Memorial Institute, разрабатывал улучшенную огнеупорную керамику совместно с Massachusetts Institute of Technology , разрабатывал улучшенный пирометрический кварц совместно с Ohio State University и улучшенные ковочные стали совместно с Carnegie Institute of Technology . [1]
Когда активность арсенала резко возросла во время Второй мировой войны , арсенал Уотертауна быстро расширил не только свои промышленные мощности, но и исследовательские и испытательные мощности. В 1941 году арсенал приобрел семь акров земли на западе, включая большое здание фабрики, принадлежавшее компании Simmons Mattress Company . Это здание фабрики, обозначенное как Здание 39, использовалось для размещения нескольких подразделений правительственных учреждений, включая Комиссию по атомной энергии США и Геофизическую лабораторию ВВС США . В 1953 году арсенал преобразовал все Здание 39 в Лаборатории арсенала Уотертауна (WAL), которые вели исследования в области металлов и керамики, органических материалов и механики, а также структурной целостности. [1] [7]
В 1954 году начальник артиллерийского управления переместил Управление по исследованию артиллерийских материалов (OMRO) в арсенал Уотертауна, где оно не только руководило исследованиями материалов в других армейских лабораториях, но и проводило внутренние исследования. В том же году арсенал основал новую лабораторию по обработке металлов под названием Лаборатория генерала Томаса Дж. Родмана (не имеющую отношения к учреждению с таким же названием в арсенале Рок-Айленда ). Названная в честь бывшего командующего арсеналом во время Гражданской войны, лаборатория Родмана сосредоточилась на улучшении качества армейской продукции при одновременном снижении ее производственных затрат, а также на создании новых материалов и методов производства стратегических ресурсов. Однако позже лаборатория Родмана была поглощена лабораториями арсенала Уотертауна. С роспуском артиллерийского корпуса в 1962 году недавно созданное Командование материального обеспечения армии объединило WAL и OMRO, чтобы сформировать Агентство по исследованию армейских материалов (AMRA). Как корпоративная лаборатория для армии, AMRA разрабатывала и совершенствовала материалы для армейского оружия и оборудования, а также устанавливала спецификации и стандарты материалов. Помимо проведения фундаментальных и прикладных исследований в области конструкционных материалов, на объекте также эксплуатировался и обслуживался ядерный реактор Хораса Харди Лестера, первый и единственный исследовательский ядерный реактор армии, вместо OMRO. [8]
Когда Уотертаунский арсенал прекратил свою деятельность в 1967 году, AMRA стал Исследовательским центром по материалам и механике армии (AMMRC) и остался на месте. После окончания войны во Вьетнаме бюджетные ограничения и заморозка найма, ощущавшиеся по всей армии, грозили закрыть AMMRC в 1984 году из-за возраста его объектов. Вместо этого в 1985 году AMMRC стал Лабораторией технологий материалов (MTL). Несмотря на эту попытку ребрендинга, MTL продолжала сталкиваться с возможностью закрытия в течение 1980-х годов. Наконец, решение о создании ARL в 1989 году привело к рекомендации Министерства обороны в 1991 году объединить корпоративные лаборатории армии, включая MTL, в Адельфи и Абердине , штат Мэриленд. [8] В результате выравнивания и закрытия базы в 1991 году большая часть MTL была перемещена на Абердинский испытательный полигон , чтобы стать частью Управления материалов Исследовательской лаборатории армии США (ARL), в то время как структурный элемент MTL был переведен в Исследовательский центр NASA Langley в Хэмптоне , штат Вирджиния, чтобы стать частью Управления конструкций транспортных средств ARL. [2]
Большая часть научной деятельности, которая проводилась в арсенале Уотертауна, была направлена на поддержку роли объекта как склада боеприпасов и производственного предприятия. Работники арсенала регулярно проводили испытания и эксперименты для улучшения металлургических производственных процессов, которые управляли промышленными объектами комплекса. [1] С установкой испытательной машины Эмери в 1881 году арсенал расширил сферу своих испытаний за пределы продуктов и материалов, связанных с армейским производством. Частные испытания, заказанные гражданами и корпорациями, раскрыли свойства бесчисленного количества материалов от котельных пластин до локомотивных шин, а данные, ежегодно сообщаемые в Tests of Metals, укрепили национальную репутацию арсенала как ведущего испытательного центра. [3] [5] Однако только в 1906 году Конгресс официально разрешил «следственные испытания» в арсенале Уотертауна в своем законопроекте об ассигнованиях. Когда это изменение было принято, командующий офицер майор Чарльз Б. Уиллер увеличил объем следственной и исследовательской работы, проводимой в арсенале, пока она не стала основным элементом его деятельности. [1]
Лабораторные установки в Уотертаунском арсенале и их преемники проводили как фундаментальные , так и прикладные исследования в самых разных дисциплинах в течение 21-го века. В целом, эти исследовательские занятия были сосредоточены в основном на области материаловедения и металлургии . Области интересов включали высокопрочные стали , броневые материалы, вооружение , технологию двигателей, электрооптические материалы, химическую защиту, исследования коррозии и неразрушающий контроль . Известные исследовательские мероприятия перечислены ниже. [8]
Во время Первой мировой войны невидимые дефекты, скрытые в стальных отливках, не только приводили к отбраковке частично законченных работ, но и становились причиной несчастных случаев, когда эти дефекты оставались незамеченными. После войны исследователи из Уотертаунского арсенала исследовали использование рентгеновских лучей для лучшего обнаружения этих дефектов. В то время рентгенографические испытания рассматривались только как инструмент проверки. Однако исследователи из Уотертаунского арсенала обнаружили, что более рентабельно использовать рентгеновские лучи для улучшения производственного процесса, а не для оценки готовой продукции. Впоследствии рентгенография использовалась для решения производственных проблем и разработки новых процедур в сварочной отрасли на месте . Использование рентгенографии позже позволило Уотертаунскому арсеналу стать пионером в применении сварки при производстве компонентов лафета. [8] [9]
Watertown Arsenal возглавил разработку центробежного литья для производства оружия в конце 1930-х годов. При центробежном литье расплавленная сталь заливается в быстро вращающуюся форму, которая продолжает вращаться до тех пор, пока металл не затвердеет. Этот процесс не только сократил количество дефектов литья, но и значительно сократил время производства и количество сырья, необходимого для производства ствола орудия . Орудия, произведенные с использованием центробежного литья, также были легче, при этом их прочность оставалась неизменной. После атак на Перл-Харбор Watertown Arsenal изначально выполнял большую часть производства орудийных стволов армии с использованием этой технологии, пока вклад частной промышленности не достиг приемлемого уровня в 1942 году. В 1944 году арсенал установил крупнейшую в мире машину центробежного литья, которая впервые произвела сверхтяжелые артиллерийские стволы с использованием центробежного литья. [1] [8]
Во время Второй мировой войны Уотертаунский арсенал разработал крошечные стальные снаряды, которые имитировали поведение летящих снарядов из взорвавшихся ручных гранат для испытаний брони. Ранее оценка того, насколько хорошо броневые материалы блокируют осколочные боеприпасы, была непомерно дорогой из-за того, как часто летящие осколки не попадали в образец брони во время испытаний. Исследователи Уотертаунского арсенала изготовили снаряды, имитирующие осколки, в нескольких размерах, которые затем были запущены в образцы брони из стрелкового оружия. Даже после войны армия продолжала использовать снаряды арсенала для испытаний брони в течение более 50 лет. [8]
После того, как армия испытала ряд отказов пушек во время Второй мировой войны, арсенал Уотертауна стал первым в США учреждением, которое обнаружило и записало трещины на поверхности каналов стволов орудий неразрушающим способом. В поисках неразрушающего метода исследователи изобрели магнитно-записывающий бороскоп , инструмент, который использует магнитную ленту для определения усталостных трещин. Годы спустя AMRA и в конечном итоге AMMRC обновили и усовершенствовали процесс проверки с помощью магнитно-записывающего бороскопа для поддержки производства 175-мм орудийных стволов во время войны во Вьетнаме . В 1971 году оценочное исследование, проведенное персоналом Абердинского испытательного полигона, пришло к выводу, что магнитно-записывающий бороскоп превзошел как ультразвуковой, так и метод проверки с помощью бороскопа с черным светом. [8] [10]
В 1914 году в арсенале Уотертауна была установлена машина для испытания на удар по Шарпи , что сделало арсенал первым объектом в Соединенных Штатах, имеющим такую машину. [1] Испытание на удар по Шарпи позволило исследователям арсенала проверить, что броневые стали были надлежащим образом подвергнуты термической обработке, чтобы продемонстрировать достаточную прочность для использования в броне. В то время как промышленность сомневалась в надежности результатов испытания по Шарпи, исследователи арсенала Уотертауна считали, что испытание может помочь определить эксплуатационную пригодность оружейных сталей, броневых плит, казенных колец и других компонентов боеприпасов. Чтобы убедить производителей стали и машин в надежности испытания на удар по Шарпи, исследователи разработали испытание, которое стандартизировало и контролировало все переменные, которые могли вызвать расхождения в результатах испытаний. Когда исследователи доказали, что можно достичь точных и воспроизводимых результатов, их процедура была принята Американским обществом по испытаниям и материалам в качестве военного стандарта . [8] [11]
Watertown Arsenal был местом первых экспериментальных испытаний карбида вольфрама в качестве бронебойного снаряда в 1930-х годах. Благодаря обладанию значительно более высокой твердостью и плотностью массы, чем сталь, карбид вольфрама продемонстрировал себя как более эффективный пенетратор, чем стандартные стальные бронебойные снаряды, будучи при этом более легким по весу. Эти снаряды из карбида вольфрама позже использовались союзными войсками во время Второй мировой войны, где они пробивали лобовую броню немецких танков . После войны Watertown Arsenal разработал улучшенные составы карбида вольфрама, а также пластиковые сбрасываемые носители для запуска пенетраторов из карбида вольфрама. В одном сравнительном испытании эта новая версия снаряда, названная T89E3, могла стрелять со скоростью 5000 футов в секунду по сравнению со скоростью оригинала 3200 футов в секунду. Однако T89E3 так и не был принят на вооружение армией из-за того, что пластиковый корпус плавился в патроннике горячего оружия. [8]
В середине 1940-х годов исследователи из Уотертаунского арсенала добились значительных успехов в понимании общего деформационного поведения металлов при высоких температурах. Эти достижения были в значительной степени инициированы Кларенсом Зинером и Джоном Х. Холломоном-младшим , оба из которых опубликовали статьи, позволившие сформироваться современной теории микромеханического поведения металлов. Одним из наиболее примечательных результатов, полученных в результате этого исследования, стал параметр Зинера-Холломона , который описывал взаимосвязь между изменениями температуры и поведением материала под действием напряжения и деформации. [8] [12]
Watertown Arsenal руководил программой Army Titanium, которая исследовала разработку, анализ и обработку титанового сплава для производственных целей. Работая с более чем 40 различными подрядчиками, арсенал увидел разработку нескольких патентов на титановый сплав. Один сплав, совместно произведенный Armour Research Foundation и арсеналом в 1951 году, названный Ti-6Al-4V , стал одним из наиболее широко используемых коммерческих титановых сплавов в отрасли. [8] [13]
Начиная с 1958 по 1990 год, WAL и его преемники оказывали постоянную поддержку менеджеру программы по ядерным боеприпасам в Picatinny Arsenal различными способами. Исследователи в Watertown проводили анализы конструкции опытных ядерных снарядов и помогали в производстве компонентов прототипов, снарядов и аксессуаров для тестирования как экспериментальных, так и полевых боеприпасов. Это сотрудничество помогло лаборатории получить доступ к новым объектам для обработки материалов, которые были критически важны для разработки ядерных боеприпасов, таких как обедненный уран и бериллий . В рамках своих услуг исследователи в лаборатории перепроектировали неисправные ядерные снаряды T-5096 и XM-785, разработали новый процесс ковки для компонентов титанового взрывателя и провели быстрое прототипирование испытательных снарядов, имитирующих ядерные снаряды M454. [8]
Когда в 1960 году газовый баллон ракеты HAWK внезапно взорвался во время хранения на армейском складе Red River , армия обратилась в WAL с просьбой помочь определить причину. Быстрое и тщательное расследование показало, что причиной взрыва стала коррозия под напряжением , и отчасти виноват материал, из которого был изготовлен газовый баллон. Впоследствии исследователи WAL объединились с Raytheon , генеральным подрядчиком ракетной системы HAWK, чтобы улучшить процедуры обработки и проверки ракеты HAWK, а также найти новую более прочную сталь для производства газового баллона. Этот инцидент привел к тому, что Raytheon установил тесные рабочие отношения с WAL, поскольку две установки продолжали работать вместе над решением проблем, связанных с ракетной системой HAWK, в течение следующих 16 лет. Темы сотрудничества варьировались от термообработки газового баллона до проблем пайки и сварки . [8]
Вскоре после убийства президента Джона Ф. Кеннеди в 1963 году AMRA тесно сотрудничала с Секретной службой США для проектирования и бронирования лимузина президента с целью защиты от будущих угроз. Всего через 13 недель после убийства президенту Линдону Б. Джонсону был доставлен новый лимузин, способный защищать от боеприпасов стрелкового оружия, взрывов динамита и отравляющего газа . С тех пор AMRA и ее преемники выступали в качестве консультантов по бронированию президентских государственных автомобилей, причем каждая последующая итерация обеспечивала большую защиту, чем предыдущая, по мере развития технологий. В результате этого партнерства с Секретной службой исследователи из Уотертауна также внесли свой вклад в проектирование и разработку комплектов брони для коммерческих лимузинов, используемых послами и дипломатами, а также компонентов брони для вертолета президента. [8]
Во время войны во Вьетнаме угроза от боеприпасов стрелкового оружия для низколетящих вертолетов заставила армию искать материалы высокой твердости и низкой плотности для использования в качестве легкой брони. В 1964 году исследователи AMRA продемонстрировали первую композитную систему брони с покрытием из карбида бора , которая оказалась самой эффективной с точки зрения баллистики и легкой системой брони в то время. Подкрепленный стеклопластиком , материал карбида бора в броне мог защищать от 7,62-мм боеприпасов стрелкового оружия, при этом веся всего около четверти своего стального аналога брони. Затем AMRA работала с Natick Laboratories и частной промышленностью над разработкой нового промышленного процесса производства щитков и сидений для экипажей после того, как AMRA определила, что национальные производственные мощности карбида бора были недостаточными. Разработка композитной брони из карбида бора быстро перешла от лабораторной демонстрации к крупномасштабному производству и полевой эксплуатации примерно за два года, и более 30 000 комплектов щитков для защиты торса летчиков были отправлены союзным войскам во Вьетнаме. [8]
AMRA отвечала за разработку и коммерческую доступность стальной брони двойной твердости, которая достигала высокого уровня твердости без разрушения при ударе, как большинство монолитных сталей. После разработки способа производства композитных ламинированных материалов двойной твердости в начале 1960-х годов, AMRA вступила в отраслевое партнерство с Philco Corporation и Republic Steel Corporation в 1964 году, что позволило внедрить систему брони в Юго-Восточной Азии. Позднее контракт с Jessop Steel Company позволил отраслевому партнеру стать первым коммерческим производителем в США прокатанной , термообрабатываемой стальной брони двойной твердости. С тех пор стальная броня двойной твердости использовалась в производстве боевых машин, артиллерийских установок, наземного вспомогательного оборудования и основных компонентов самолетов. [8]
Начиная с конца 1960-х годов, AMMRC поддерживал Natick Laboratories в разработке системы брони для личного состава сухопутных войск , разрабатывая легкие броневые материалы для PASGT. После исследования нескольких различных высокопрочных, легких материалов, таких как титан, исследователи AMMRC остановились на кевларе , осознав его потенциал в качестве бронематериала вскоре после его первоначальной коммерциализации в качестве материала для шинного корда. AMMRC сотрудничал с DuPont для разработки тканевых переплетений, отделок волокон и смоляных систем, чтобы продемонстрировать этот потенциал, и первые композитные панели из кевлара были испытаны баллистически в AMMRC в 1971 году. Затем Natick и AMMRC работали с Лабораторией баллистических исследований для дальнейшей оценки баллистических свойств кевлара и совместно определили, что его внедрение может сократить потери на 25 процентов без увеличения веса брони. После создания первого прототипа кевларового шлема AMMRC продолжила совместную работу с Natick по разработке нового кевларового шлема и жилета для PASGT, которые были приняты на вооружение в конце 1970-х годов. [8] [14]
В ответ на растущую важность органических матричных композитов в системах брони, AMMRC стал ответственным за испытания и оценку воспламеняемости, начиная с начала 1970-х годов. Исследователи проводили такие испытания, как термогравиметрический анализ , определение предельного кислородного индекса, измерение плотности дыма и анализ токсичности отходов, чтобы получить представление о том, как материал ведет себя в огне. AMMRC проводил эти оценки воспламеняемости на различных системах, включая тактическое укрытие GUARDRAIL, гаубицу M109 и различные композитные доспехи и противоосколочные подкладки, в целях пожарной безопасности. Исследователи также провели испытания композитов на основе смоляной матрицы M2 Bradley , чтобы убедиться, что они представляют минимальную опасность возгорания в случае, если транспортное средство получит повреждения на поле боя. [8]
В начале 1970-х годов AMMRC начал масштабное научное исследование процесса электрошлакового переплава (ESR) для решения проблемы высокой стоимости различных твердых сталей, которые армия рассматривала как потенциальных кандидатов на броню. Процесс ESR включал простое оборудование и давал благоприятные металлургические результаты, что привело AMMRC к рассмотрению его как метода производства высококачественной, но недорогой стали. Благодаря этой исследовательской кампании AMMRC внес значительные улучшения в процедуру и показал, что стали ESR могут достигать уровней баллистических характеристик, конкурирующих со стальной броней двойной твердости, при значительно меньших затратах. Когда слухи об исследованиях AMMRC по процессу ESR достигли представителей промышленности, производители вертолетов Apache и Black Hawk применили новый подход AMMRC ESR для повышения долговечности своих соответствующих вертолетов. [8]
В 1970-х годах AMMRC имел самую большую лабораторию по исследованию керамики в Министерстве обороны США, что позволило исследователям внести значительный вклад в разработку технологии двигателей на основе нитрида кремния . Среди них было открытие того, что оксид иттрия может использоваться в качестве спекающей добавки для повышения полезной рабочей температуры нитрида кремния свыше 1300 °C. Это открытие привело к разработке нового типа керамики, которая нашла коммерческое применение в роторах турбокомпрессоров, компонентах дизельных двигателей , шарикоподшипниках и режущих инструментах. Исследователи AMMRC также разработали технологию спекания, которая позволила им обрабатывать нитрид кремния при температурах выше 1800 °C для достижения более высокой плотности. Эта процедура позже использовалась для производства большинства роторов турбокомпрессоров из нитрида кремния по всему миру. [8]
AMMRC активно участвовал в исследованиях, связанных с урановыми сплавами, и часто решал проблемы, возникающие с обедненным ураном (DU). В 1977 году исследователи AMMRC помогли исследовать отказ снаряда M774 при низкотемпературном выстреле . Благодаря совместным усилиям с Picatinny Arsenal исследователи обнаружили, что направленная закалка сердечников DU во время термической обработки обеспечивает более высокие свойства вязкости разрушения, чем обычный метод закалки. Это открытие позволило AMMRC впервые установить минимальные требования к вязкости разрушения для сердечников DU. Исследователи AMMRC также активно изучали коррозионные характеристики DU и разработали множество методов, таких как алюминиево-цинковое покрытие, для предотвращения коррозионных повреждений, особенно для сердечников, находящихся на длительном хранении. [8]
В конце 1970-х годов AMMRC первым создал поликристаллический, стабилизированный азотом кубический сплав оксида алюминия, известный как ALON . Первоначально он был произведен, когда исследователи AMMRC исследовали нитрид кремния для применения в газовых турбинах и обнаружили возможность создания материала из оксида алюминия, который был бы на 100 процентов стабилизирован азотом. AMMRC работал с Raytheon , чтобы оценить потенциал ALON в приложениях для наведения инфракрасных ракет, и Raytheon позже разработал свою собственную запатентованную технологию обработки для производства материалов и компонентов ALON. После коммерциализации ALON армия одобрила купола наведения ALON по крайней мере для одной армейской ракетной системы. [8] [15]
AMMRC продвинул разработку ламинированной металлокомпозитной брони в конце 1970-х годов в ответ на растрескивание и закупорку броневых систем из-за адиабатического сдвига. Системы броневых материалов, разработанные AMMRC, представляли собой металлическую переднюю пластину, либо алюминиевую, либо твердую сталь, подкрепленную армированным волокном органическим матричным композитом, часто кевларом . В то время как ламинаты из алюминия и кевлара обеспечивали улучшенную защиту от осколков, ламинаты из стали и кевлара обеспечивали превосходную защиту как от бронебойных снарядов стрелкового оружия, так и от осколков. Эти ламинированные металлокомпозитные броневые системы были позже использованы на пусковой установке M220 TOW на M901ITV в 1978 году, сиденьях экипажа на вертолете UH-60 Black Hawk в 1980 году, M9 Armored Combat Earthmover в 1983 году и модернизации M109 Howitzer в 1985 году. [8]
AMMRC поддержал разработку 155-мм Copperhead, управляемого снаряда, запускаемого из пушки, который был разработан как противотанковое оружие. Когда в конструкции Copperhead на ранней стадии разработки появились трещины, AMMRC было поручено помочь корпорации Martin Marietta с проектом. В течение семи лет исследователи AMMRC оказывали повседневную помощь в выборе стали и методов обработки для корпуса управления Copperhead, а также проводили анализ механики разрушения снаряда. В какой-то момент исследователям AMMRC пришлось убеждать подрядчиков отрасли заменить обычную авиационную сталь 4340, используемую в снаряде, на более прочный материал. Полный анализ напряжений, проведенный AMMRC, выявил наличие высокой прочности на растяжение в нерегулярных точках и привел к перепроектированию Copperhead.
В начале 1980-х годов MTL внесла вклад в разработку ракеты ПВО Patriot , помогая Командованию ракетных войск США и его главному подрядчику Raytheon в оценке керамического материала, используемого для радарного купола ракеты. Исследователи MTL также помогли установить требования к свойствам керамики и создали новый вариант керамического материала, который значительно повысил прочность и устойчивость к дождевой эрозии. На этапе оценки прототипа ракеты Patriot MTL выявила критические проблемы в производстве радарного купола, которые Raytheon смогла решить. [8]
В 1986 году исследователи из MTL бросили вызов традиционной философии проектирования брони для самолетов и исследовали модульную конструкцию броневых панелей, которые можно было бы быстро устанавливать или снимать, а также подгонять под определенные потребности миссии. Главное преимущество модульной брони заключается в том, как быстро ее можно установить для враждебных операций и заменить, если она повреждена в бою. Такая философия проектирования была особенно привлекательна для военных самолетов, поскольку она обеспечивала более простые варианты усиления брони при полетах в районах с высокой плотностью угроз, позволяя при этом снимать модули брони в более безопасных районах для экономии топлива. Впоследствии армия США запустила программу модульной брони для самолетов, которая состояла из двух этапов. Первый этап, который был завершен в 1990 году, ознаменовался введением нескольких прототипов модульной брони. Второй этап завершился в 1993 году после того, как руководители программы успешно испытали новую модульную систему брони, способную поражать как 12,7-мм бронебойные пули B32, так и 23-мм взрыватели MG25. [8]
Начиная с 1986 года исследователи MTL сотрудничали с Land Systems Division of General Dynamics, чтобы найти более экономически эффективную смесь защитного газа для сварки танка M1 Abrams . В то время General Dynamics использовала запатентованную смесь защитного газа для изготовления корпусов и башен танка M1 Abrams, что стало дорогостоящим. Исследователи MTL протестировали широкий спектр газовых смесей, пока не нашли смесь из 95 процентов аргона и 5 процентов кислорода , которая была менее дорогой, но не ухудшала качество сварки. Впоследствии General Dynamics перешла на эту смесь защитного газа для производства танка Abrams. [8] [16]
В 1988 году исследователи MTL разработали баллистический тест остаточного проникновения для стандартизации процесса оценки броневой керамики. Также известный как тест глубины проникновения (DOP), он установил специальную испытательную установку, которая определяла конкретное значение для измерения баллистической эффективности. В то время различия в методах тестирования затрудняли сравнение систем керамической брони, поэтому тест DOP быстро получил признание в сообществе специалистов по бронетехнике после того, как он был представлен на исследовательской конференции в 1989 году. К 1993 году тест остаточного проникновения MTL был официально признан военным стандартом в соответствии с MIL-STD-376. [8] [17]
