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發(fā)展碳纖維國防工業(yè)和國民經(jīng)濟的重要材料,是技術密集型的關鍵材料,碳纖維工業(yè)也是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。碳纖維復合材料(CFRP)是大型集成結(jié)構的理想材料,具有較高的比強度和比剛度,在軍用飛機和艦船上有重要應用。
1、碳纖維上層建筑
自上世紀60年代中期以來,復合材料一直被用于巡邏炮艇的炮艇甲板,70年代初期,復合材料被用于上層建筑的掃雷艇。芬蘭皇家海軍的快速巡邏艇“勞馬號”(Rauma)也采用了鋁制外殼的復合夾層結(jié)構上層建筑。
與鋼和鋁相比,碳纖維上部結(jié)構有許多缺點,如制造成本高,因為它與鋼甲板的連接價格昂貴。對于中型護衛(wèi)艦來說,用碳纖維復合材料代替鋼材,建造成本會增加50%-150%。然而,許多造船商和海軍已經(jīng)開始接受更高的制造成本,因為它可以節(jié)省生命周期成本,從而降低整體成本。

2、碳纖維螺旋槳
海軍艦艇的螺旋槳材料一直以來都是鎳鋁銅合金,存在很多問題例如加工復雜葉片時花費高,葉片容易疲勞產(chǎn)生裂紋,聲學阻尼性相對較差,振動時會帶來噪音等等。因此海軍設計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)的設計和性能高度機密,近年來的研究進展未見公開發(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60年代復合材料首次應用在桅桿上。傳統(tǒng)的鋼桅桿采用開放式結(jié)構,突出在外,會干擾本艦的雷達和通訊系統(tǒng)且易于腐蝕。美國海軍于1995年著手研制先進全封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng)(AEM/S),整個結(jié)構高28m,直徑達10.7m,是美國海軍艦艇上最大的碳纖維水上結(jié)構。
4、碳纖維推進軸
在減輕船體重量的趨勢中,推進系統(tǒng)的動力傳輸部件的減重也提到了議事日程。典型的是在2或4臺高速柴油機通過減速齒輪箱驅(qū)動噴水推進器的高速船上,無論柴油機與齒輪箱之間,還是齒輪箱和噴水推進裝置之間的距離都縮短了。
尤其是在雙體船狹小的空間里發(fā)展要求進行錯落布置4臺柴油機,前部柴油機中發(fā)出的功率工作必須可以通過后部的柴油機傳輸時間出去。因此,這就需要要求學生配備重量最輕、部件最少的傳動系統(tǒng)裝置。而采用由碳纖維增強復合結(jié)構材料的驅(qū)動軸,能夠輕而易舉地達到企業(yè)減輕傳動控制部件重量的目的。
5、其他部件
許多海軍正在考慮將碳纖維復合材料用于武器外殼和甲板防護罩,以及用作導彈的沖擊防護罩,以保護導彈免受高速射彈和彈片的傷害; 其他專家正在開發(fā)用于艦船艙壁、艙口和甲板的碳纖維復合材料。
目前,碳纖維在海軍艦艇上的應用能力非常具有廣泛。但是,大部分學生已經(jīng)逐漸成熟的技術僅應用于企業(yè)相對來說較小的海軍艦艇,例如護衛(wèi)艦、巡邏艇、MCMV等,或一些國家大型艦艇的非結(jié)構、非關鍵性部件。挪恩復材也在積極進行研究我國碳纖維在軍工行業(yè)領域的應用,曾為某軍工研究所研制碳纖維軍用運輸箱與通訊雷達機箱等產(chǎn)品,并成功可以通過質(zhì)量驗收。相信我們隨著社會科學管理技術的發(fā)展和進步,碳纖維復合建筑材料在海軍艦艇上的應用問題必將影響日益完善成熟,應用服務范圍也將越來越廣。