军用舰船领域碳纤维复合材料的发展方向研究

发展碳纤维国防工业和国民经济的重要材料，是技术密集型的关键材料，碳纤维工业也是国家重点发展的战略性新兴产业。碳纤维复合材料(CFRP)是大型集成结构的理想材料，具有较高的比强度和比刚度，在军用飞机和舰船上有重要应用。

1、碳纤维上层建筑

自上世纪60年代中期以来，复合材料一直被用于巡逻炮艇的炮艇甲板，70年代初期，复合材料被用于上层建筑的扫雷艇。芬兰皇家海军的快速巡逻艇“劳马号”(Rauma)也采用了铝制外壳的复合夹层结构上层建筑。

与钢和铝相比，碳纤维上部结构有许多缺点，如制造成本高，因为它与钢甲板的连接价格昂贵。对于中型护卫舰来说，用碳纤维复合材料代替钢材，建造成本会增加50%-150%。然而，许多造船商和海军已经开始接受更高的制造成本，因为它可以节省生命周期成本，从而降低整体成本。

2、碳纤维螺旋桨

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。

3、碳纤维桅杆

20世纪60年代复合材料首次应用在桅杆上。传统的钢桅杆采用开放式结构，突出在外，会干扰本舰的雷达和通讯系统且易于腐蚀。美国海军于1995年着手研制先进全封闭式桅杆/传感器系统（AEM/S），整个结构高28m，直径达10.7m，是美国海军舰艇上最大的碳纤维水上结构。

4、碳纤维推进轴

在减轻船体重量的趋势中，推进系统的动力传输部件的减重也提到了议事日程。典型的是在2或4台高速柴油机通过减速齿轮箱驱动喷水推进器的高速船上，无论柴油机与齿轮箱之间，还是齿轮箱和喷水推进装置之间的距离都缩短了。

尤其是在双体船狭小的空间里发展要求进行错落布置4台柴油机，前部柴油机中发出的功率工作必须可以通过后部的柴油机传输时间出去。因此，这就需要要求学生配备重量最轻、部件最少的传动系统装置。而采用由碳纤维增强复合结构材料的驱动轴，能够轻而易举地达到企业减轻传动控制部件重量的目的。

5、其他部件

许多海军正在考虑将碳纤维复合材料用于武器外壳和甲板防护罩，以及用作导弹的冲击防护罩，以保护导弹免受高速射弹和弹片的伤害; 其他专家正在开发用于舰船舱壁、舱口和甲板的碳纤维复合材料。

目前,碳纤维在海军舰艇上的应用能力非常具有广泛。但是，大部分学生已经逐渐成熟的技术仅应用于企业相对来说较小的海军舰艇，例如护卫舰、巡逻艇、MCMV等，或一些国家大型舰艇的非结构、非关键性部件。挪恩复材也在积极进行研究我国碳纤维在军工行业领域的应用，曾为某军工研究所研制碳纤维军用运输箱与通讯雷达机箱等产品，并成功可以通过质量验收。相信我们随着社会科学管理技术的发展和进步，碳纤维复合建筑材料在海军舰艇上的应用问题必将影响日益完善成熟，应用服务范围也将越来越广。