復(fù)合材料在海軍艦艇上的應(yīng)用

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　　隨著南海局勢的發(fā)展，復(fù)合材料(Material)船艦也進(jìn)人到了人們的視線之中。復(fù)合材料顧名思義，是由兩種或者多種具有不同性質(zhì)的材料，通過(tōng guò)物理方法或化學(xué)方法、組成具有新性能的材料。復(fù)合材料在船艦中扮演著重要的角色。所以，如果中國要成為一個(gè)真正的海洋大國，需要研發(fā)出更先進(jìn)、性能更優(yōu)良的復(fù)合材料。
　　復(fù)合材料船艦的發(fā)展現(xiàn)狀
　　由于復(fù)合材料(Material)的優(yōu)良的力學(xué)、電磁學(xué)以及其他獨(dú)有的優(yōu)勢，在20世紀(jì)40年代中期，美國海軍首先使用復(fù)合材料建造海軍船艦。我國自1958年起開始使用復(fù)合材料建造船艦，首先應(yīng)用于軍品領(lǐng)域，然后逐步擴(kuò)展至民用領(lǐng)域。中國的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，2009年年產(chǎn)量323萬噸，接近美國復(fù)合材料生產(chǎn)(Produce)水平，但是在先進(jìn)復(fù)合材料材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域，中國仍需要加快發(fā)展速度。在軍用艦船方面有一定的發(fā)展;民船發(fā)展也有不平衡的特性。同時(shí)，我國的復(fù)合材料發(fā)展在基礎(chǔ)技術(shù)、工程(Engineering)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)上還有待提高?？傮w來說，我國復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀總體良好?，F(xiàn)在，復(fù)合材料已經(jīng)一般應(yīng)用于建造大型海軍艦艇，如巡邏艇，獵雷艇、氣墊船和護(hù)衛(wèi)艦等不同船艦類型。 本文來自123
　　(一)巡邏艇
　　巡邏艇對于復(fù)合材料(Material)的應(yīng)用已有幾十年的發(fā)展。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。第一艘完全采用玻璃纖維(Glass Fiber)制造的巡邏艇由美國建于60年代早期。在20世紀(jì)七八十年代，復(fù)合材料逐漸用于小型巡邏艇的建造。大多數(shù)的玻璃纖維巡邏艇都不超過l0m，排水量不超過I 0t，并且其一般在內(nèi)河和沿海水域使用。由于復(fù)合材料的剛度較低，超過25m的巡邏艇外殼一般使用鋼或者鋁（Al)合金(alloy)建造?，F(xiàn)在許多國家已經(jīng)有能力建造長55m，排水量達(dá)3001的海上巡邏艇。有研究（research)比較了鋼、鋁合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成本、重量以及結(jié)構(gòu)性能，發(fā)現(xiàn)使用復(fù)合材料如玻璃纖維的艦艇較同等規(guī)模的鋁合金艦艇減重約10%，較同等大小的鋼結(jié)構(gòu)艦艇減重約36%。現(xiàn)階段應(yīng)用復(fù)合材料建造船艦的問題(Emerson)是復(fù)合材料制船體梁的剛度低，相較鋼結(jié)構(gòu)艦船來說，其船體梁的偏轉(zhuǎn)高出300%，撓度比高出240%。從而在連接處和鉸接處易產(chǎn)生疲勞裂縫，致使螺旋槳軸線發(fā)生錯(cuò)位。全復(fù)合材料建造的最大的巡邏艇是挪威海軍的 ;盾牌 ;(LJD)級(jí)巡邏艇。該艇為雙體氣墊效應(yīng)船，完全由聚氯乙烯泡沫層與玻璃纖維和碳(C)纖維夾層組成的夾芯復(fù)合材料建成。 本文來自123
　　(二)獵雷艇
　　獵雷艇傳統(tǒng)上采用沒有磁性的木材制造以避免磁性水雷爆炸。1951年美國海軍嘗試采用復(fù)合材料(Material)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造了一艘15.5m長的反水雷艇XMSB-23。然而，由于建造質(zhì)量、力學(xué)性能和防水性能的原因，海水進(jìn)人到船體中而無法執(zhí)行獵雷任務(wù)。二十世紀(jì)60年代和70年代，美國和英國繼續(xù)復(fù)合材料獵雷艇的研制，并于1973年成功建成長46.6m，滿載排水量450t的HMS Wilton號(hào)全玻璃纖維獵雷艇。英國皇家海軍、法國(France)海軍、比利時(shí)和荷蘭皇家海軍采用單板加筋結(jié)構(gòu)相繼建成了狩獵級(jí)、桑道級(jí)和伙伴級(jí)獵雷艇。
　　(三)海軍護(hù)衛(wèi)艦
　　迄今(still)為止，海軍護(hù)衛(wèi)艦是采用復(fù)合材料建造的最長船型。瑞典皇家海軍建造的維斯比級(jí)護(hù)衛(wèi)艦采用碳纖維和玻璃材質(zhì)纖維(Glass Fiber)混合增強(qiáng)的聚合物薄板包覆聚氯乙烯芯層制成的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，使用真空灌注技術(shù)使艦艇重量降低（reduce)約30%。提高了船艦的性能，如降低船艦油耗和操作成本。使用碳纖維結(jié)構(gòu)也使得維斯比級(jí)護(hù)衛(wèi)艦擁有了電磁防護(hù)功能。新加坡皇家海軍計(jì)劃使用凱芙拉纖維制造復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的艦體，有效增強(qiáng)對于小型武器火力和榴散彈的抵抗能力。預(yù)計(jì)長度可達(dá)80m排水量達(dá)1016t，其長度和規(guī)模均超過Vishy級(jí)護(hù)衛(wèi)艦。采用復(fù)合材料代替鋼建造長85m，排水量1200t的軍艦可降低重量約30%，排水量降低7-21%，成本節(jié)約巧%，從而可增加武器載荷和艦艇的作戰(zhàn)范圍(fàn wéi)，提高作戰(zhàn)能力。 本文來自123
　　(四)水冀(jì)艇和氣墊船
　　20世紀(jì)70年代以來，海軍水翼艇和氣墊船中對于復(fù)合材料的應(yīng)用較少。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。最開始也只是用于艦船的非結(jié)構(gòu)部位以減輕重量。最近，復(fù)合材料開始應(yīng)用在氣墊船的主要結(jié)構(gòu)如上層建筑和外殼上。斯里蘭卡于1998年下水的一M10級(jí)氣墊船長約18.8m，完全采用凱芙拉纖維制造。其外殼材料將會(huì)有復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁（Al)合金(alloy)(熔點(diǎn)660℃)以減輕重量，提高耐疲勞性能，最大化減少維護(hù)修理成本,但其建造費(fèi)用(expense)也將上升約15%。 本文來自123
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