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碳纤维复合材料在军用舰船领域的应用发展方向是什么?

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2020-1-2     浏览次数:    
  现在越来越多的人意识到,碳纤维是发展国防军工和国民经济的重要物资,属于技术密集型的关键材料,碳纤维产业也是国家重点发展的战略性新兴产业。碳纤维复合材料具有极高的比强度和比刚度,是大型整体化结构的理想材料,在军用飞机、军用舰船等方面都有重要的应用意义。

  1、碳纤维上层建筑

  60年代中期以来巡逻炮艇上的炮艇甲板室就开始采用复合材料,70年代早期,猎雷艇的上层建筑也开始采用复合材料。芬兰皇家海军的快速巡逻艇Rauma的上层建筑也采用复合材料夹层结构,船体采用铝合金。

  与钢和铝相比,碳纤维上层建筑存在很多缺点,如制造成本高,因为其和钢甲板的连接处花费昂贵,对于中型护卫舰来说,上层建筑采用碳纤维复合材料代替钢会给建筑成本增加50%—150%,尽管如此,许多舰船制造者和海军已开始接受更高的制造成本,因为可以节省使用周期成本,从而降低总体成本。

  2、碳纤维螺旋桨

  海军舰艇的螺旋桨材料一直以来都是镍铝铜合金,存在很多问题例如加工复杂叶片时花费高,叶片容易疲劳产生裂纹,声学阻尼性相对较差,振动时会带来噪音等等。因此海军设计者们不得不考虑其它材料,最引人注目的材料是不锈钢、钛合金以及碳纤维。

  碳纤维螺旋桨系统的设计和性能高度机密,近年来的研究进展未见公开发表。不过众所周知,碳纤维叶片中的纤维可以承受主要的水动力和离心力。目前大批海军舰艇安装了碳纤维螺旋桨,如登陆舰和扫雷艇,此外碳纤维螺旋桨也用在鱼雷和小型船只上。

  3、碳纤维桅杆

  20世纪60年代复合材料首次应用在桅杆上。传统的钢桅杆采用开放式结构,突出在外,会干扰本舰的雷达和通讯系统且易于腐蚀。美国海军于1995年着手研制先进全封闭式桅杆/传感器系统(AEM/S),整个结构高28m,直径达10.7m,是美国海军舰艇上最大的碳纤维水上结构。

  4、碳纤维推进轴

  在减轻船体重量的趋势中,推进系统的动力传输部件的减重也提到了议事日程。典型的是在2或4台高速柴油机通过减速齿轮箱驱动喷水推进器的高速船上,无论柴油机与齿轮箱之间,还是齿轮箱和喷水推进装置之间的距离都缩短了。

  尤其是在双体船狭小的空间里要求错落布置4台柴油机,前部柴油机中发出的功率必须通过后部的柴油机传输出去。因此,这就要求配备重量最轻、部件最少的传动装置。而采用由碳纤维复合材料的驱动轴,能够轻而易举地达到减轻传动部件重量的目的。

  5、其他部件

  许多海军正考虑将碳纤维复合材料应用在武器外罩和甲板防护板上,及作为导弹冲击遮护板,以免受高速射弹和榴散弹的冲击;还有一些专家正在研制将碳纤维复合材料应用在舰舱壁、舱门以及甲板等部件中。

  目前,碳纤维在海军舰艇上的应用非常广泛。但是,大部分已经成熟的技术仅应用于相对较小的海军舰艇,例如护卫舰、巡逻艇、MCMV等,或一些大型舰艇的非结构、非关键性部件。相信随着科学技术的发展和进步,碳纤维复合材料在海军舰艇上的应用必将日益成熟,应用范围也将越来越广。


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