碳纤维的发展国防军工和国民经济的重要物资,属于技术密集型的关键材料,碳纤维产业也是国家重点发展的战略性新兴产业。碳纤维复合材料具有极高的比强度和比刚度,是大型整体化结构的理想材料,在军用飞机、军用舰船等方面都有重要的应用意义。
(图1:碳纤维军用舰艇)
1、碳纤维上层建筑
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。
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要求错落布置4台柴油机,前部柴油机中发出的功率必须通过后部的柴油机传输出去。因此,这就要求配备重量最轻、部件最少的传动装置。而采用由碳纤维复合材料的驱动轴,能够轻而易举地达到减轻