市场应用·无处不在的碳纤维复合材料--船舰篇
本文摘要：（由ai生成）
碳纤维复合材料因其轻质、高强、无磁性和良好的声、磁、电性能，在军舰隐身、舰船关键部件等领域得到应用。如碳纤维上层建筑能减轻船体重量、提升隐身性能；碳纤维螺旋桨减轻质量、降低噪音。碳纤维复合材料的应用正在提高舰船的速度、稳定性、运载能力及隐身性能，是舰船装备的理想材料之一。
碳纤维复合材料(CFRP)具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。目前碳纤维复合材料在船体的应用尚在尝试阶段，但在舰船关键部件已经得到应用。
碳纤维复合材料可应用于船舶上层建筑，可减轻上层建筑的质量，提高安全性能；用于舰船推进器，可减轻推进器质量，降低油耗、延长使用寿命；用于桅杆、船体结构，可增加整体强度；CFRP叶片不仅更轻、更薄，还可改善空泡性能、降低振动、减少燃油消耗；在推进系统上可用作螺旋桨和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰；在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。未来随着碳纤维复合材料科学的发展和制造工艺的改进，在船舶军舰上的应用将得到更加蓬勃的发展。
由于碳纤维增强复合材料的轻质、高强等优异性能，在装甲防护领域如防护服、装甲舰艇、装甲车辆等均有应用。CFRP用于制造装甲车辆、舰艇，除装甲防护外，还能提高速度、节省燃料。 “短剑”高速隐形快艇拥有美国使用碳纤维合成材料一次成型制造的最大船体，整个生产过程中没有使用一枚钉子、铆钉，而且不用焊接，因此它的外表十分光滑，重量大大降低，同时其磁信号特征也非常小，不易触发水雷。即使被鱼雷和导弹击中后，碳纤维船体很难完全解体，可避免毁灭性后果。“短剑”高速隐形快艇允许空气和水从下面流过采用隐形材料制造船壳，不易被雷达发现。从而减小风的阻力并产生上升力，最快速度可以达到51节。
"短剑”高速隐形快艇的设计不但使其获得了高速，也使其行驶过程中的稳定性更高，高速行驶中的颠簸现象大大减轻，这使得乘坐的舒适度和安全性大大提高。驾驶“短剑”高速隐形快艇只需要3名船员，它一次能够运载12名全副武装的"海豹”突击队员和1艘长11米的特种作战刚性充气艇，还能够搭载1架小型无人机。碳纤维复合材料质量轻、强度高、可设计性高、抗腐蚀性强，是未来追求更大有效负载、更强综合隐身能力、更低全寿期费用舰船装备的最佳材料选择之一，可有效提高舰船的稳定性、航速及运载能力。 由于复合材料具有的以下特性，所以成为理想的船用材料： - 能通过增强内部构件在阻尼振动下的稳定性而减少噪音的产生;
- 可减少雷达反射截面达到隐身效果，非磁性，不容易被鱼雷和水雷探测到；
瑞典皇家海军“维斯比”级（VisbyClass）隐形护卫舰是世界上第一个按照全隐形规 范由碳纤维制造的战舰
60年代中期以来巡逻炮艇上的炮艇甲板室就开始采用复合材料，70年代早期，猎雷艇的上层建筑也开始采用复合材料。芬兰皇家海军的快速巡逻艇Rauma的上层建筑也采用复合材料夹层结构，船体采用铝合金。 与钢和铝相比，碳纤维上层建筑存在很多缺点，如制造成本高，因为其和钢甲板的连接处花费昂贵，对于中型护卫舰来说，上层建筑采用碳纤维复合材料代替钢会给建筑成本增加50%—150%，尽管如此，许多舰船制造者和海军已开始接受更高的制造成本，因为可以节省使用周期成本，从而降低总体成本。 美国“避风港”海事公司近日推出一种名为“梭鱼”的隐身高速拦截艇，这种采用深V船形的高速艇在海上的最大航速超过40节（约合时速74千米），最大续航距离达370千米（大致相当于从天津到烟台的海上里程），而且即使遭遇5级海况（浪高达4米）时也能正常航行。
除采用高速流线型设计外，“梭鱼”的艇身还大量采用了碳纤维复合材料，降低自重的同时，还进一步提升了航速。
海军舰艇的螺旋桨材料一直以来都是镍铝铜合金，存在很多问题例如加工复杂叶片时花费高，叶片容易疲劳产生裂纹，声学阻尼性相对较差，振动时会带来噪音等等。因此海军设计者们不得不考虑其它材料，最引人注目的材料是不锈钢、钛合金以及碳纤维。 碳纤维螺旋桨系统的设计和性能高度机密，近年来的研究进展未见公开发表。不过众所周知，碳纤维叶片中的纤维可以承受主要的水动力和离心力。目前大批海军舰艇安装了碳纤维螺旋桨，如登陆舰和扫雷艇，此外碳纤维螺旋桨也用在鱼雷和小型船只上。 欧盟国家在20世纪90年代末期发起了船用复合材料螺旋桨计划，推进复合材料在船舶螺旋桨中的应用。据粗略统计，德国A.I.R公司已有400多套复合材料螺旋桨在游艇上使用，获得了比金属材料轻25%~35%的轻量化效果和良好的阻尼性能，有利于游艇的加速、降噪等。另据报道，德国研究人员已针对某常规潜艇开展了碳纤维复合材料实桨方案性能测试研究。2003年，英国奎奈蒂克公司成功设计制造了1套直径2.9m的碳纤维复合材料螺旋桨，并完成了海试。经测试，其重量远轻于传统的NAB螺旋桨，在不增加桨重的情况下增加了叶片厚度，改善了螺旋桨的空泡性能，降低了振动和水下噪声。挪威已经在其Rauma2000级快速巡逻艇上装配了碳纤维复合材料推进轴。欧洲某些登陆舰和扫雷艇也安装了碳纤维复合材料螺旋桨，如瑞典皇家海军的Viksten扫雷艇上就安装了套碳纤维复合材料三叶螺旋桨。
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