军用舰船领域碳纤维复合材料的发展方向
2019-07-30 09:56:39
作者：本网整理 来源：挪恩复材
碳纤维的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。
（图１：碳纤维军用舰艇）
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。挪恩复材也在积极研究碳纤维在军工领域的应用，曾为某军工研究所研制碳纤维军用运输箱与通讯雷达机箱等产品，并成功通过验收。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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