軍用艦船領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展方向

碳纖維的發(fā)展國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物 資，屬于技術(shù)密集型的關(guān)鍵材料，碳纖維產(chǎn)業(yè)也是 國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。碳纖維復(fù)合材料 具有極高的比強(qiáng)度和比剛度，是大型整體化結(jié)構(gòu)的 理想材料，在軍用飛機(jī)、軍用艦船等方面都有重要 的應(yīng)用意義。
1碳纖維上層建筑
60年代中期以來巡邏炮艇上的炮艇甲板室就 開始采用復(fù)合材料，70年代早期，獵雷艇的上層建 筑也開始采用復(fù)合材料。芬蘭皇家海軍的快速巡邏 艇Rauma的上層建筑也采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，船 體采用鋁合金。
與鋼和鋁相比，碳纖維上層建筑存在很多缺 點(diǎn)，如制造成本高，因?yàn)槠浜弯摷装宓倪B接處花費(fèi) 昂貴，對(duì)于中型護(hù)衛(wèi)艦來說，上層建筑采用碳纖維 復(fù)合材料代替鋼會(huì)給建筑成本增加50%~150%,盡 管如此，許多艦船制造者和海軍已開始接受更高的 制造成本，因?yàn)榭梢怨?jié)省使用周期成本，從而降低 總體成本。
2碳纖維螺旋槳
海軍艦艇的螺旋槳材料一直以來都是鐐鋁銅合 金，存在很多問題例如加工復(fù)雜葉片時(shí)花費(fèi)高，葉 片容易疲勞產(chǎn)生裂紋，聲學(xué)阻尼性相對(duì)較差，振動(dòng) 時(shí)會(huì)帶來噪音等等。因此海軍設(shè)計(jì)者們不得不考慮 其它材料，最引人注目的材料是不銹鋼、鈦合金以 及碳纖維。
碳纖維螺旋槳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能高度機(jī)密，近 年來的研究進(jìn)展未見公開發(fā)表。不過眾所周知，碳 纖維葉片中的纖維可以承受主要的水動(dòng)力和離心 力。目前大批海軍艦艇安裝了碳纖維螺旋槳，如登 陸艦和掃雷艇，此外碳纖維螺旋槳也用在魚雷和小 型船只上。
3碳纖維桅桿
20世紀(jì)60年代復(fù)合材料首次應(yīng)用在桅桿上。 傳統(tǒng)的鋼桅桿采用開放式結(jié)構(gòu)，突出在外，會(huì)干擾 本艦的雷達(dá)和通訊系統(tǒng)且易于腐蝕。美國(guó)海軍于 1995年著手研制先進(jìn)全封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng) （AEM/S）,整個(gè)結(jié)構(gòu)高28m,直徑達(dá)10.7m,是美國(guó) 海軍艦艇上最大的碳纖維水上結(jié)構(gòu)。
4碳纖維推進(jìn)軸
在減輕船體重量的趨勢(shì)中，推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力傳 輸部件的減重也提到了議事日程。典型的是在2或 4臺(tái)高速柴油機(jī)通過減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)噴水推進(jìn)器的 高速船上，無論柴油機(jī)與齒輪箱之間，還是齒輪箱 和噴水推進(jìn)裝置之間的距離都縮短了。
尤其在雙體船狹小的空間里要求錯(cuò)落布置4臺(tái) 柴油機(jī)，前部柴油機(jī)中發(fā)出的功率必須通過后部的 柴油機(jī)傳輸出去。因此，就要求配備重量最輕、部件 最少的傳動(dòng)裝置。而采用由碳纖維復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng) 軸，能夠輕而易舉地達(dá)到減輕傳動(dòng)部件重量的目的。
5其他部件
許多海軍正考慮將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在武器 外罩和甲板防護(hù)板上，及作為導(dǎo)彈沖擊遮護(hù)板，以 免受高速射彈和榴散彈的沖擊；還有一些專家正在 研制將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在艦艙壁、艙門以及甲 板等部件中。目前，碳纖維在海軍艦艇上的應(yīng)用非 常廣泛。但是，大部分已經(jīng)成熟的技術(shù)僅應(yīng)用于相 對(duì)較小的海軍艦艇，例如護(hù)衛(wèi)艦、巡邏艇、MCMV 等，或一些大型艦艇的非結(jié)構(gòu)、非關(guān)鍵性部件。挪 恩復(fù)材也在積極研究碳纖維在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用，曾 為某軍工研究所研制碳纖維軍用運(yùn)輸箱與通訊雷達(dá) 機(jī)箱等產(chǎn)品，并成功通過驗(yàn)收。相信隨著科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展和進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料在海軍艦艇上的應(yīng) 用必將日益成熟，應(yīng)用范圍也將越來越廣。