碳纖維資訊：復合材料在海軍艦艇上的應用

　　

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隨著南海局面的發(fā)展，復合資料船艦也進人到了人們的視線之中。碳纖維制品在之前還有一種說法是，碳纖維制品與同等質(zhì)量的金屬材料相比，碳纖維的強度等于金屬強度的12倍。復合資料顧名思義，是由兩種或者多種存在不同性質(zhì)的資料，通過物理方法或化學方法、組成存在新機能的資料。復合資料在船艦中表演著重要的角色。所以，假如中國要成為一個真正的大陸大國，須要研發(fā)出更進步、機能更精良的復合資料。
　　復合資料船艦的發(fā)展示狀
　　因為復合資料的精良的力學、電磁學以及其余獨有的上風，在20世紀40年代中期，美國海軍首先利用復合資料建造海軍船艦。我國自1958年起開端利用復合資料建造船艦，首先利用于軍品范疇，而后逐步擴大至民用范疇。中國的復合資料產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，2009年年產(chǎn)量323萬噸，瀕臨美國復合資料生產(chǎn)水平，然而在進步復合資料資料的設(shè)計跟利用范疇，中國仍須要加快發(fā)展速度。在軍用艦船方面有一定的發(fā)展;民船發(fā)展也有不均衡的特點。同時，我國的復合資料發(fā)展在基本技巧、工程利用跟標準標準上還有待進步。總體來說，我國復合資料的發(fā)展示狀總體良好。當初，復合資料已經(jīng)普遍利用于建造大型海軍艦艇，如巡邏艇，獵雷艇、氣墊船跟護衛(wèi)艦等不同船艦類型。 123,123
　　(一)巡邏艇
　　巡邏艇對復合資料的利用已有多少十年的發(fā)展。第一艘完全采取玻璃纖維制造的巡邏艇由美國建于60年代早期。在20世紀七八十年代，復合資料逐步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，并且其個別在內(nèi)河跟沿海水域利用。因為復合資料的剛度較低，超過25m的巡邏艇外殼個別利用鋼或者鋁合金建造。當初很多國度已經(jīng)有才干建造長55m，排水量達3001的海上巡邏艇。有研究比較了鋼、鋁合金跟復合資料結(jié)構(gòu)的本錢、分量以及結(jié)構(gòu)機能，發(fā)明利用復合資料如玻璃纖維的艦艇較等同范圍的鋁合金艦艇減重約10%，較等同大小的鋼結(jié)構(gòu)艦艇減重約36%。現(xiàn)階段利用復合資料建造船艦的問題是復合資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%。從而在連接處跟鉸接處易產(chǎn)生疲勞裂縫，以致螺旋槳軸線產(chǎn)生錯位。全復合資料建造的最大的巡邏艇是挪威海軍的 ;盾牌 ;(LJD)級巡邏艇。該艇為雙體氣墊效應船，完全由聚氯乙烯泡沫層與玻璃纖維跟碳纖維夾層組成的夾芯復合資料建成。
　　(二)獵雷艇
　　獵雷艇傳統(tǒng)上采取不磁性的木材制造以避免磁性水雷爆炸。1951年美國海軍嘗試采取復合資料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造了一艘15.5m長的反叛雷艇XMSB-23。然而，因為建造品質(zhì)、力學機能跟防水機能的起因，海水進人到船體中而無奈履行獵雷任務。二十世紀60年代跟70年代，美國跟英國連續(xù)復合資料獵雷艇的研制，并于1973年勝利建成長46.6m，滿載排水量450t的HMS Wilton號全玻璃纖維獵雷艇。英國皇家海軍、法國海軍、比利時跟荷蘭皇家海軍采取單板加筋結(jié)構(gòu)接踵建成了狩獵級、桑道級跟錯誤級獵雷艇。
　　(三)海軍護衛(wèi)艦
　　迄今為止，海軍護衛(wèi)艦是采取復合資料建造的最長船型。瑞典皇家海軍建造的維斯比級護衛(wèi)艦采取碳纖維跟玻璃纖維混淆加強的聚合物薄板包覆聚氯乙烯芯層制成的復合資料夾層結(jié)構(gòu)，利用真空灌注技巧使艦艇分量降落約30%。進步了船艦的機能，如降落船艦油耗跟操作本錢。利用碳纖維結(jié)構(gòu)也使得維斯比級護衛(wèi)艦領(lǐng)有了電磁防護功能。新加坡皇家海軍盤算利用凱芙拉纖維制造復合資料夾層結(jié)構(gòu)的艦體，有效加強對小型武器火力跟榴散彈的抵抗才干。預計長度可達80m排水量達1016t，其長度跟范圍均超過Vishy級護衛(wèi)艦。采取復合資料取代鋼建造長85m，排水量1200t的軍艦可降落分量約30%，排水量降落7-21%，本錢節(jié)儉巧%，從而可增加武器載荷跟艦艇的作戰(zhàn)范疇，進步作戰(zhàn)才干。
　　(四)水冀艇跟氣墊船
　　20世紀70年代以來，海軍水翼艇跟氣墊船中對復合資料的利用較少。碳纖維制品廠家由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應用。碳纖維制品在之前還有一種說法是，碳纖維制品與同等質(zhì)量的金屬材料相比，碳纖維的強度等于金屬強度的12倍。最開端也只是用于艦船的非結(jié)構(gòu)部位以減輕分量。最近，復合資料開端利用在氣墊船的重要結(jié)構(gòu)如上層建造跟外殼上。斯里蘭卡于1998年下水的一M10級氣墊船長約18.8m，完全采取凱芙拉纖維制造。其外殼資料將會有復合資料取代傳統(tǒng)的鋁合金以減輕分量，進步耐疲勞機能，減少維修本錢,但其建造用度也將回升約15%。
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