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碳纤维的主要应用领域:舰船船体结构

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-03-14 09:39:42    浏览次数:285    评论:0
导读

CFRP对提高舰船的结构、能耗和机动性能等非常明显。 瑞典在船艇制造技术方面有着传统优势,其夹层复合材料技术居世界一流水平,

     CFRP对提高舰船的结构、能耗和机动性能等非常明显。

     瑞典在船艇制造技术方面有着传统优势,其夹层复合材料技术居世界一流水平,较早便采用CFRP技术研制军用舰船。2000年6月下水的瑞典海军维斯比号护卫舰(Stealth Visby)是世界第一艘在舰体结构中采用CFRP的海军舰艇(图6)。该舰长73.0 m、宽10.4 m、吃水深度2.4 m、排水量600 t;舰体采用CFRP夹层结构,具有高强度、高硬度、低质量、耐冲击、低雷达和磁场信号,以及吸收电磁波等优异性能。


 


图6 CFRP在舰船船体结构中的应用

      
  由于成本原因,虽船舶中大量使用CFRP还有待时日,但其已实际用于制造民用新概念船艇和军用舰船关键部件。2010年,德国Kockums公司为瑞典探险家制造了一条几乎全部采用CFRP的新概念太阳能探险船——TuANor PlanetSolar。该船长31.0 m、宽15.0 m,以太阳能为动力。2010年9月27日,瑞典探险家Raphael Domjan驾驶该船出海,开始环球探险航行(图7)。



图7 CFRP在新概念船艇中的应用

        CFRP还已用于舰船推进器叶片、一体化桅杆和先进水面舰艇上层建筑的制造。

        低噪声、安静运行是军用舰船领域的一项核心技术,是舰船(特别是潜艇)性能的关键指标。因为螺旋桨高速运转时,其桨叶片上会产生时灭的空泡,导致桨叶剥蚀,并伴有强烈的振动和噪声。CFRP叶片不仅更轻、更薄,还可改善空泡性能、降低振动和水下特性、减少燃油消耗。图8(a)为以色列Deadliest号潜艇所用螺旋桨;图8(b)为日本中岛推进器有限责任公司(Nakashima PropellerCo., Ltd.)研制生产的CFRP大型货轮螺旋桨,它已于2014年5月安装在太鼓丸号(Taiko Maru)化学品货轮上。图9为英国罗伊斯罗尔斯公司(Rolls-Royce plc)为班尼蒂(Benetti)游艇生产的CFRP材质的推进器系统。
 

 

 



图8 CFRP用于制造潜艇和货轮推进器系统的螺旋桨桨叶

图片


 

 

图9 CFRP用于制造游艇的推进器系统

        此外,隐身也是评价军用舰船先进性水平的一项重要指标。提高隐身性能必须减小舰船体的雷达反射截面,并降低其光学特性。在过去,舰船上层建筑上都竖立着多根挂满各种鞭状和条状的天线桅杆,它们极大地阻碍了舰船在探测设备中的隐身能力。1995年,美军开始研究一体式桅杆系统,其将各种天线设计成平面形或球形阵列,并集成于采用能反射电波的复合材料制成的一体式桅杆系统中,可防风雨和盐雾的侵害。且更进一步的是,美军下一代作战舰艇的整个上层建筑都采用复合材料制造。2016年10月15日,美国海军举行了其首艘朱姆沃尔特级驱逐舰(Zumwalt-classdestroyer)的入列仪式。该舰是美国海军的下一代主战舰艇,其集成了当今最尖端的海军舰船技术,舰体造型、电驱动力、指挥控制、情报通信、隐身防护、侦测导航、火力配置等性能均具超越性。特别值得注意的是,该舰上层建筑及内嵌天线系统由美国雷神公司(Raytheon)负责设计制造,采用了一体化模块式复合材料结构(Integrated CompositeDeckhouse and Assembly,简称IDHA),质量轻、强度高、耐锈蚀、透波性好,具有极佳的隐身性能,被发现概率低于10%(图10)。
 


 

图10 朱姆沃尔特级驱逐舰及施工中的复合材料上层建筑



 
(文/小编)
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