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复合材料在海军舰艇上的应用
发布时间:2022-10-13 15:46 | 浏览次数:




  随着南海局势的发展,复合材料船舰也进人到了人们的视线之中。复合材料顾名思义,是由两种或者多种具有不同性子的材料,通过物理方法或化学方法、组成具有新性能的材料。复合材料在船舰中扮演偏重要的角色。所以,假如中国要成为一个真正的海洋大国,必要研发出更先辈、性能更精良的复合材料。

  复合材料船舰的发显现状

复合材料舰船

  因为复合材料的精良的力学、电磁学以及其他独有的上风,在20世纪40年代中期,美国海军首先使用复合材料建造海军船舰。我国自1958年起开始使用复合材料建造船舰,首先应用于军品领域,然后渐渐扩展至民用领域。中国的复合材料产业高速发展,2009年年产量323万吨,接近美国复合材料生产水平,但是在先辈复合材料材料的设计和应用领域,中国仍必要加快发展速度。在军用舰船方面有肯定的发展;民船发展也有不平衡的特点。同时,我国的复合材料发展在基础技术、工程应用和规范标准上还有待进步。总体来说,我国复合材料的发显现状总体优秀。如今,复合材料已经广泛应用于建造大型海军舰艇,如巡逻艇,猎雷艇、气垫船和护卫舰等不同船舰类型。

  (一)巡逻艇

巡逻艇

  巡逻艇对于复合材料的应用已有几十年的发展。第一艘完全采用玻璃纤维制造的巡逻艇由美国建于60年代早期。在20世纪七八十年代,复合材料渐渐用于小型巡逻艇的建造。大多数的玻璃纤维巡逻艇都不超过l0m,排水量不超过I 0t,并且其一样平常在内河和沿海水域使用。因为复合材料的刚度较低,超过25m的巡逻艇外壳一样平常使用钢或者铝合金建造。如今很多国家已经有能力建造长55m,排水量达3001的海上巡逻艇。有研究比较了钢、铝合金和复合材料结构的成本、重量以及结构性能,发现使用复合材料如玻璃纤维的舰艇较划一规模的铝合金舰艇减重约10%,较划一大小的钢结构舰艇减重约36%。现阶段应用复合材料建造船舰的题目是复合材料制船体梁的刚度低,相较钢结构舰船来说,其船体梁的偏转高出300%,挠度比高出240%。从而在连接处和铰接处易产生委靡裂缝,致使螺旋桨轴线发生错位。全复合材料建造的最大的巡逻艇是挪威海军的“盾牌”(LJD)级巡逻艇。该艇为双体气垫效应船,完全由聚氯乙烯泡沫层与玻璃纤维和碳纤维夹层组成的夹芯复合材料建成。

  (二)猎雷艇

猎雷艇

  猎雷艇传统上采用没有磁性的木材制造以避免磁性水雷爆炸。1951年美国海军尝试采用复合材料蜂窝夹层结构制造了一艘15.5m长的反水雷艇XMSB-23。然而,因为建造质量、力学性能和防水性能的缘故原由,海水进人到船体中而无法实行猎雷义务。二十世纪60年代和70年代,美国和英国继承复合材料猎雷艇的研制,并于1973年成功建成长46.6m,满载排水量450t的HMS Wilton号全玻璃纤维猎雷艇。英国皇家海军、法国海军、比利时和荷兰皇家海军采用单板加筋结构相继建成了打猎级、桑道级和伙伴级猎雷艇。

  (三)海军护卫舰

护卫舰

  迄今为止,海军护卫舰是采用复合材料建造的最长船型。瑞典皇家海军建造的维斯比级护卫舰采用碳纤维和玻璃纤维混合加强的聚合物薄板包覆聚氯乙烯芯层制成的复合材料夹层结构,使用真空灌注技术使舰艇重量降低约30%。进步了船舰的性能,如降低船舰油耗和操作成本。使用碳纤维结构也使得维斯比级护卫舰拥有了电磁防护功能。新加坡皇家海军计划使用凯芙拉纤维制造复合材料夹层结构的舰体,有用加强对于小型武器火力和榴散弹的抵抗能力。预计长度可达80m排水量达1016t,其长度和规模均超过Vishy级护卫舰。采用复合材料代替钢建造长85m,排水量1200t的军舰可降低重量约30%,排水量降低7-21%,成本节约巧%,从而可增长武器载荷和舰艇的作战范围,进步作战能力。

  (四)水冀艇和气垫船

气垫船

  20世纪70年代以来,海军水翼艇和气垫船中对于复合材料的应用较少。最开始也只是用于舰船的非结构部位以减轻重量。最近,复合材料开始应用在气垫船的重要结构如上层建筑和外壳上。斯里兰卡于1998年下水的一M10级气垫船长约18.8m,完全采用凯芙拉纤维制造。其外壳材料将会有复合材料代替传统的铝合金以减轻重量,进步耐委靡性能,削减维修成本,但其建造费用也将上升约15%。

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