复合材料在海军舰艇上的应用

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　　随着南海局势的发展，复合材料(Material)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质的材料，通过(tōng guò)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着重要的角色。所以，如果中国要成为一个真正的海洋大国，需要研发出更先进、性能更优良的复合材料。
　　复合材料船舰的发展现状
　　由于复合材料(Material)的优良的力学、电磁学以及其他独有的优势，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，然后逐步扩展至民用领域。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(Produce)水平，但是在先进复合材料材料的设计和应用领域，中国仍需要加快发展速度。在军用舰船方面有一定的发展;民船发展也有不平衡的特性。同时，我国的复合材料发展在基础技术、工程(Engineering)应用和标准标准上还有待提高。总体来说，我国复合材料的发展现状总体良好。现在，复合材料已经一般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。 本文来自123
　　(一)巡逻艇
　　巡逻艇对于复合材料(Material)的应用已有几十年的发展。碳纤维生产传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。第一艘完全采用玻璃纤维(Glass Fiber)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，复合材料逐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，并且其一般在内河和沿海水域使用。由于复合材料的刚度较低，超过25m的巡逻艇外壳一般使用钢或者铝（Al)合金(alloy)建造。现在许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（research)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同等规模的铝合金舰艇减重约10%，较同等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问题(Emerson)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疲劳裂缝，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(C)纤维夹层组成的夹芯复合材料建成。 本文来自123
　　(二)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(Material)蜂窝夹层结构制造了一艘15.5m长的反水雷艇XMSB-23。然而，由于建造质量、力学性能和防水性能的原因，海水进人到船体中而无法执行猎雷任务。二十世纪60年代和70年代，美国和英国继续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(France)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狩猎级、桑道级和伙伴级猎雷艇。
　　(三)海军护卫舰
　　迄今(still)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材质纤维(Glass Fiber)混合增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（reduce)约30%。提高了船舰的性能，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，有效增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%，从而可增加武器载荷和舰艇的作战范围(fàn wéi)，提高作战能力。 本文来自123
　　(四)水冀(jì)艇和气垫船
　　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。碳纤维配件一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维生产传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。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主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（Al)合金(alloy)(熔点660℃)以减轻重量，提高耐疲劳性能，最大化减少维护修理成本,但其建造费用(expense)也将上升约15%。 本文来自123
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