水下航行体用复合材料的发展
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航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
1、高强度、高刚度
先进复合材料具有高强度、高刚度的特点，能够承受较大的载荷，并保持结 构的稳定性。
2、重量轻
先进复合材料的密度较低，相较于传统金属材料，其重量轻可达50%-70%。
3、耐腐蚀性强
先进复合材料具有较好的耐腐蚀性，可以在各种恶劣环境中长期使用。
4、可设计性强
先进复合材料可以通过不同的工艺和组合方式，实现各种不同性能和功能的 材料设计。
航空航天先进复合材料研究现 状及发展趋势
目录
01 一、走进航空航天复 合材料
02 二、航空航天先进复 合材料的研究现状
03 三、航空航天先进复 合材料的发展趋势
04 四、总结
05 参考内容
随着航空航天技术的飞速发展，对材料的要求也日益苛刻。作为一种新兴的 材料，先进复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。本次演示将介绍航空航 天先进复合材料的研究现状及其发展趋势。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、智能化
未来先进复合材料将朝着智能化方向发展，实现材料的自我感知、自我修复、 自我控制等智能化功能，提高材料的使用效率和安全性。
4、广泛应用化
随着先进复合材料制备技术的不断完善和成本的逐渐降低，未来先进复合材 料将广泛应用于各种领域，包括航空、航天、汽车、船舶、电力、医疗等。
四、结论
先进复合材料作为一种新兴的材料，具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀 性强和可设计性强等特点，在航空航天领域有着广泛的应用前景。未来，随着科 技的不断发展和技术的不断完善，先进复合材料将朝着高性能化、绿色环保化、 智能化和广泛应用化方向发展。相信在不久的将来，先进复合材料将在航空航天 领域发挥更大的作用，推动航空航天事业的不断发展。
4.跨领域合作与交流
复合材料的使用范围和未来发展趋势
复合材料的使用范围和未来发展趋势在现代工业和科技领域中，复合材料的应用越来越广泛。
从航空航天、汽车制造、建筑、电子、体育器材等领域到医疗器械、船舶制造、防弹材料等领域，复合材料已经成为必不可少的材料之一。
本文将探讨复合材料的使用范围和未来发展趋势。
一、复合材料的使用范围1.航空航天领域在航空航天领域，复合材料的应用范围非常广泛，如机翼、尾翼、机身等部件。
复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，可以有效降低飞机的重量和空气阻力，提高飞机的耐久性。
此外，复合材料还可以实现快速制造和自动化生产，可以降低生产成本，提高生产效率。
2.汽车制造领域在汽车制造领域，复合材料主要应用于车身、底盘、发动机和轮毂等部件。
相比传统金属材料，复合材料具有重量轻、强度高、密度小、抗腐蚀、隔音降噪等优势，可以大幅度提升汽车的燃油经济性、安全性、舒适性和环保性能。
此外，复合材料的应用也可以为汽车制造行业提供更多创新空间，加速汽车的智能化、自动化和电动化发展。
3.建筑领域在建筑领域，复合材料主要应用于建筑外墙、屋顶、楼梯和桥梁等结构中。
复合材料具有质轻、刚性好、耐久性强、维护成本低等特点，可以大幅度提升建筑物的抗震性能和耐久性能。
此外，复合材料还可以为建筑设计和施工提供更多灵活性和创新思路，实现建筑物的可持续发展和节能减排。
4.电子领域在电子领域，复合材料主要应用于各种电子产品的外壳、散热器和线路板等部件。
复合材料具有导热性好、绝缘性好、耐化学腐蚀等特点，可以提高电子产品的使用寿命和可靠性，降低电子产品的失效率和维修成本。
5.体育器材领域在体育器材领域，复合材料主要应用于高尔夫球杆、网球拍、滑板、自行车等器材中。
复合材料具有轻质、强度高、灵活性好等特点，可以提高器材的使用性能和运动员的竞技水平。
二、复合材料的未来发展趋势随着人们对高性能、高安全性、环保性要求的提升，复合材料作为新材料具有广阔的发展前景和市场潜力。
未来复合材料的发展趋势将主要表现在以下几个方向：1.多功能化未来的复合材料将发展成具有多种性能的复合材料，如电磁屏蔽复合材料、防涂污复合材料、自修复复合材料、有机太阳能电池复合材料等，以满足不同的应用需求。
复合材料应用大全
复合材料应用大全复合材料是指由两种或两种以上的材料按一定方式组合而成的合成材料。
这种材料具有多种材料的优点，同时又克服了它们的缺点，因此在各个领域都有着广泛的应用。
以下是复合材料的一些常见应用。
1.航空航天领域：复合材料具有轻质高强度的特点，因此被广泛应用于飞机、航天器以及导弹等的制造。
例如，碳纤维复合材料被广泛用于制造飞机机身、机翼和尾翼，可以大大减轻整个飞机的重量，提高燃油效率。
2.汽车工业：复合材料在汽车领域的应用也非常广泛。
它被应用于车身、底盘和车载部件等方面，可以降低车辆重量，提高燃油效率。
此外，复合材料还可以提供更高的抗冲击性和噪音吸收性能，提高汽车的安全性和乘坐舒适性。
3.运动器材：复合材料在运动器材领域的应用也非常广泛。
例如，碳纤维复合材料被广泛用于制造高档自行车、高尔夫球杆、网球拍等运动器材，可以提供更高的强度和刚度，轻便易操控。
4.建筑领域：复合材料在建筑领域的应用也越来越多。
例如，玻璃纤维复合材料被用于制造建筑外墙、屋顶和立面装饰等，可以提供更高的抗风压性能、隔热性能和防火性能。
5.电子领域：复合材料在电子领域的应用也非常广泛。
例如，聚合物复合材料被用于制造电子元器件外壳、电池壳体等，可以提供更高的阻燃性能和耐热性能。
6.医疗器械：复合材料在医疗器械领域的应用也非常广泛。
例如，生物可降解聚合物复合材料被广泛用于制造人工关节、骨修复材料和牙科材料等，可以提供更好的生物相容性和机械性能。
7.水下工程：复合材料在水下工程领域的应用也非常广泛。
例如，玻璃钢复合材料被用于制造海洋平台、潜水艇和水下管道等，可以提供更高的防腐蚀性能和耐候性能。
8.体育用品：复合材料在体育用品领域的应用也非常广泛。
例如，碳纤维复合材料被用于制造滑雪板、高尔夫球杆和网球拍等，可以提供更高的强度和轻量化。
综上所述，复合材料具有广泛的应用领域，在各个领域都发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步和材料技术的不断发展，复合材料的应用前景将会更加广阔。
复合材料在海洋环境中的应用介绍
04 复合材料在海洋环境中的 挑战与前景
技术难题与解决方案
技术难题
复合材料在海洋环境中面临盐雾腐蚀 、生物污损、紫外线老化等挑战，影 响其长期性能和稳定性。
解决方案
采用耐腐蚀、抗污损和抗老化性能优 异的复合材料，如玻璃纤维增强树脂 基复合材料、碳纤维增强树脂基复合 材料等，以提高其耐久性和稳定性。
市场发展前景
市场前景广阔
随着海洋经济的不断发展，海洋工程、船舶制造、海洋油气开发等领域的市场需求持续增长，为复合材料在海洋 环境中的广泛应用提供了广阔的市场前景。
技术创新推动
复合材料技术的不断创新和发展，将进一步推动其在海洋环境中的应用，满足不同领域和不同使用环境的需求。
对环境保护的影响
减少污染
防腐性能
复合材料对海洋腐蚀具有 较强的抵抗能力，能够延 长船舶的使用寿命。
良好的加工性能
复合材料易于加工和成型， 能够满足船舶复杂结构的 制造需求。
海洋工程结构
高强度与稳定性
01
复合材料能够提供卓越的强度和稳定性，适用于海洋石油平台、
海底管道等关键工程结构。
抗疲劳性能
02
复合材料的抗疲劳性能较好，能够承受海洋环境的周期性载荷。
耐久性与维护成本
03
复合材料具有较长的使用寿命，降低了长期维护成本。
海洋探测与科研
耐压与抗腐蚀
复合材料适用于深海探测器等设备的 制造，能够承受深海的高压和腐蚀环 境。
轻便与便携
信号传输与导电性能
某些复合材料具有优良的信号传输性 能和导电性能，适用于海洋监测和通 信设备的制造。
复合材料制成的探测设备重量轻，便 于携带和运输。
轻量化设计有助于减少结构对船舶和海洋结构的负载，提高 能源效率和航行性能。
复合材料在海洋工程中的应用
复合材料在海洋工程中的应用海洋，占据着地球表面约 71%的面积，蕴含着丰富的资源和巨大的发展潜力。
随着人类对海洋探索和开发的不断深入，海洋工程领域取得了显著的进步。
在众多的创新技术和材料中，复合材料以其独特的性能在海洋工程中发挥着越来越重要的作用。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合而成的一种新型材料。
其具有比强度高、比模量高、耐腐蚀性强、可设计性好等优点，这些特性使得复合材料在海洋工程的诸多方面展现出了卓越的应用价值。
在海洋船舶领域，复合材料的应用日益广泛。
传统的金属船舶在长期的海洋环境中容易受到腐蚀，不仅增加了维护成本，还影响了船舶的使用寿命和性能。
而复合材料制成的船舶部件，如船体、甲板、舱壁等，具有出色的耐腐蚀性，能够有效抵抗海水的侵蚀，减少维护次数和成本。
此外，复合材料的比强度和比模量高，意味着在相同强度和刚度要求下，复合材料构件的重量更轻。
这对于提高船舶的速度、燃油效率和载货能力具有重要意义。
例如，一些高速快艇和豪华游艇采用复合材料制造船体，不仅减轻了重量，还提高了航行性能和舒适性。
海洋平台是海洋油气资源开发的重要基础设施，复合材料在海洋平台的建设和维护中也发挥着关键作用。
海洋平台长期暴露在恶劣的海洋环境中，需要承受风、浪、流、腐蚀等多种因素的影响。
复合材料的耐疲劳性能和耐腐蚀性使其非常适合用于制造海洋平台的结构部件，如桩腿、甲板模块、栏杆等。
与传统的钢结构相比，复合材料结构能够减少平台的自重，提高平台的稳定性和安全性。
同时，复合材料还可以通过优化设计，实现复杂的结构形状，提高平台的空间利用率和功能性。
在海洋能源开发方面，复合材料同样具有广阔的应用前景。
例如，在海上风力发电领域，风机叶片是关键部件之一。
传统的风机叶片通常采用金属或玻璃纤维增强复合材料制造，但随着风机功率的不断增大，对叶片的性能要求也越来越高。
碳纤维增强复合材料由于其高强度、高模量和轻质的特点，逐渐成为大型风机叶片的理想材料。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势航空航天先进复合材料是用于航空航天领域的高性能材料，由于其优
异的机械、物理和化学性能，在现代航空航天技术中得到了广泛应用。
这
种材料通常由纤维增强聚合物基体组成，具有高强度、低密度、高刚度、
耐热性和抗腐蚀性等特点，因此被广泛用于制造飞机、导弹、航天器等。
目前，航空航天先进复合材料的研究主要集中在以下几个方面：
1.复合材料制备技术：包括预浸料、热成型、自动化制造等多种技术，目的是提高复合材料的质量和生产效率。
2.复合材料性能研究：包括复合材料的强度、刚度、热膨胀系数、热
传导率、阻燃性等多个方面的研究，以满足不同的使用需求。
3.复合材料的形态和结构控制：包括复合材料的制备、表面处理、氧
化层控制、纤维方向控制等多个方面的研究，以控制复合材料的性能和使
用寿命。
4.复合材料的性能评估：通过实验测试和数学建模，评估复合材料的
机械、物理和化学性能，并为材料的应用提供理论依据和技术支持。
未来，航空航天先进复合材料的研究将继续在以上几个方面进行深入
探索，同时还将面临新的挑战和机遇。
例如，需要开发更高性能的复合材料，实现更低成本的生产技术，探索新的材料组合和形态，以适应不断发
展的航空航天技术的需求。
2024年船舶复合材料市场分析现状
2024年船舶复合材料市场分析现状1. 市场概述船舶复合材料市场是指在船舶制造和船舶维修保养领域中应用复合材料的市场。
复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的新材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，逐渐成为船舶行业的热门材料。
2. 市场规模根据统计数据显示，船舶复合材料市场在过去几年稳步增长。
根据船舶类型的不同，市场分为商船、军舰和游艇三个主要领域。
预计到2025年，全球船舶复合材料市场规模将达到XX亿美元。
3. 市场驱动因素3.1 环保要求的提升：船舶复合材料具有良好的环保特性，可以减少船舶尾气排放和废弃物产生，符合全球环保要求，因此得到广泛应用。
3.2 船舶结构优化：船舶复合材料的轻量化特性降低了船舶自重，提高了船舶的载重能力和燃料效率，使得船舶更加节能环保。
3.3 耐腐蚀性能优越：由于船舶在海水环境中运行，常常会受到海水的腐蚀破坏。
船舶复合材料具有优越的耐腐蚀能力，延长了船舶的使用寿命。
3.4 技术进步的推动：船舶复合材料的材料及生产工艺不断创新和完善，为市场提供了更多选择，并不断推动市场的发展。
4. 市场挑战4.1 成本问题：与传统的金属材料相比，船舶复合材料的生产成本较高，导致产品价格偏高。
这对市场规模的扩大造成了一定的阻碍。
4.2 技术难题：目前，船舶复合材料在生产和维修过程中仍存在一些技术难题，如连接和修补等。
这些难题需要技术人员进行研究和解决。
4.3 制度标准不完善：船舶复合材料的标准制定和认证体系还不够完善，这对产品质量和市场监管带来了一定的挑战。
5. 市场前景随着船舶复合材料的技术不断成熟和成本的降低，预计市场前景将继续向好。
船舶制造和船舶维修保养领域的需求将进一步推动船舶复合材料市场的发展。
6. 市场竞争格局目前，全球船舶复合材料市场竞争激烈。
主要的市场参与者包括国内外的船舶制造商、材料供应商和研发机构。
这些企业通过技术创新、产品质量和价格优势等方面来争夺市场份额。
7. 市场发展趋势7.1 材料和工艺的创新：船舶复合材料的发展趋势是不断推陈出新，开发出更加优良的材料和加工工艺。
复合材料轻量化技术在舰船制造领域的应用
复合材料轻量化技术在舰船制造领域的应用
舰船轻量化符合先进复合材料低成本、整体化的发展方向,成为现代复合材料研究的关键技术之一.复合材料轻量化技术有利于舰船提高航速和灵活*,降低运营成本.本文从增强材料、基体树脂、夹层材料、船体结构、结构部件以及复合材料成型工艺6个方面阐述了复合材料轻量化技术在国内外舰船制造领域的应用情况.在舰船的制造中采用先进的复合材料轻量化制造技术,对满足舰船轻量化需求,提高*事水平,展现综合国力,有着重要的社会和经济意义.。
海洋工程中的新材料应用与发展
海洋工程中的新材料应用与发展在当今世界，海洋工程的发展对于人类探索和利用海洋资源、保障海洋安全以及推动经济增长具有至关重要的意义。
而在海洋工程的不断进步中，新材料的应用无疑是其中的关键驱动力。
这些新材料不仅为海洋工程带来了更高的性能和可靠性，还为解决一系列技术难题提供了新的途径。
一、海洋工程中新材料的类型1、高强度金属材料高强度钢在海洋工程中得到了广泛应用。
例如，屈服强度更高的钢材被用于建造海洋平台的支撑结构，能够承受巨大的海洋载荷和恶劣的环境条件。
钛合金因其优异的耐腐蚀性和高强度重量比，在深海装备制造中表现出色，如深海潜水器的外壳等。
2、高性能复合材料纤维增强复合材料，如碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP），在海洋工程中的应用日益增多。
它们具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，适用于制造海洋船舶的上层建筑、桅杆等部件，能够减轻船舶重量，提高航行性能。
3、防腐涂层材料海洋环境中的腐蚀问题严重影响着海洋工程设施的使用寿命。
新型防腐涂层材料，如陶瓷涂层、有机硅涂层等，能够有效地保护金属结构免受海水腐蚀和生物附着。
4、智能材料智能材料如形状记忆合金、压电材料等在海洋工程中也展现出了独特的应用前景。
形状记忆合金可以用于制造自修复的海洋管道连接件，当管道出现裂纹时，能够自动愈合。
压电材料则可以用于海洋结构的健康监测，通过感知结构的振动和应力变化，及时发现潜在的损伤。
二、新材料在海洋工程中的应用实例1、海洋平台在海洋平台的建造中，高强度钢材的使用使得平台的结构更加稳固，能够承受更大的风浪和海流冲击。
同时，复合材料的应用减轻了平台的重量，降低了建设和运营成本。
例如，采用碳纤维复合材料制造的平台栏杆，不仅强度高，而且耐腐蚀，减少了维护工作量。
2、海洋船舶高性能复合材料在船舶制造中的应用越来越广泛。
如豪华游艇的船体和甲板部分采用复合材料制造，不仅外观美观，而且航行速度更快，燃油消耗更低。
此外，新型防腐涂层材料的应用延长了船舶的使用寿命，降低了维修成本。
新型船舶材料的应用与发展趋势
新型船舶材料的应用与发展趋势在当今全球化的时代，船舶运输在国际贸易和经济发展中扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断进步，新型船舶材料的应用正在逐渐改变着船舶制造业的面貌，并为船舶的性能、安全性和环保性带来了显著的提升。
本文将探讨新型船舶材料的应用现状以及未来的发展趋势。
一、新型船舶材料的应用1、高强度钢高强度钢在船舶制造中的应用越来越广泛。
相比传统的钢材，高强度钢具有更高的强度和韧性，能够减轻船舶的自重，提高载货量和航行速度。
例如，在大型集装箱船和油轮的建造中，高强度钢被用于船体结构的关键部位，如船板、船梁和框架等，有效地增强了船舶的整体强度和稳定性。
2、铝合金铝合金因其轻质、耐腐蚀和良好的加工性能，在船舶制造中得到了大量应用。
特别是在高速船舶、游艇和小型工作船中，铝合金被用于制造船体、甲板和上层建筑，减轻了船舶的重量，提高了航行速度和燃油效率。
此外，铝合金还具有良好的导热性能，适用于船舶的散热系统和空调设备。
3、复合材料复合材料，如碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP），在船舶制造中的应用逐渐增加。
复合材料具有高强度、高模量、耐腐蚀和抗疲劳等优点，能够显著减轻船舶的结构重量，提高船舶的性能和耐久性。
在高性能船舶，如赛艇、军舰和豪华游艇中，复合材料被用于制造船体、桅杆和舵叶等部件，提高了船舶的速度和操控性能。
4、钛合金钛合金具有优异的耐腐蚀性、高强度和低密度等特点，在船舶领域的应用主要集中在海洋工程装备和军舰上。
例如，钛合金可用于制造海水淡化装置、冷凝器和潜艇的耐压壳体等部件，能够在恶劣的海洋环境中保持良好的性能。
5、高分子材料高分子材料在船舶上的应用范围也在不断扩大。
例如，聚乙烯、聚丙烯等塑料材料被用于制造船舶的管道、电缆护套和内饰件；橡胶材料被用于制造密封件、减震器和护舷等部件；聚氨脂泡沫材料被用于船舶的保温和隔音。
二、新型船舶材料的发展趋势1、高性能化未来的船舶材料将朝着更高性能的方向发展。
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水下航行体用复合材料的发展 &##, 年 > 月 =& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
复合材料科学的进展正在不断地拓展产品设计 师们的选材范围， 同时也在不断地改变产品设计及 加工的传统概念， 从而各种具有优异特性的产品不 航空界出现了一个引 断问世。在过去的 &# 多年中， 人注目的重大进展， 在飞机结构中用复合材料代替 金属材料。复合材料具有高比强、 高比模、 耐高温、 韧性好、 抗腐蚀与耐磨损等特性， 已广泛应用于空间 飞行器、 舰 （潜） 艇、 水下航行体 （鱼雷、 诱饵、 侦察器、 靶雷、 反鱼雷鱼雷） 、 导弹、 民用客机等各种军民用产 品上。近年来， 纳米科技使得复合材料突飞猛进的 发展， 各种先进的特殊材料层出不穷， 诸如石墨 ’ 芳 抗拉强 纶混杂复合材料、 耐高温的碳 ’ 碳复合材料、 度为钢丝强度 $# 倍以上的高强度聚乙烯、 强度比钢 高 $## 倍， 密度仅为钢的 $ ’ !， 导电性能超过铜的碳 纳米管、 以及电阻只存在于导线末端的接头的科学 发现及纳米科技将可能使氢成为第一种室温超导材 料等。复合材料在制备过程中可较容易地控制其结 构， 使得材料科学家们梦寐以求的材料设计成为可 能， 即可根据所需的性能， 确定材料的组成与结构， 然后选用适当的方法将它制备出来。因此， 采用复 合材料设计制造的产品不仅性能优异， 而且质轻物 美。本文着重论述水下航行体用复合材料及发展， 并初步探讨其在应 用 上 的 优 缺 点 及 其 可 能 存 在 的 问题。
复合橡胶材料被用于潜艇消声。国内在这方面的应 用也基本相同。实际上材料科学的发展已经用复合 材料逐步取代传统的钢铁或大量合金结构材料。水 下航行体壳体使用钢铁的局面已经一去不复返， 当 前主要是铝合金及纤维增强复合材料， 而靶雷及操 雷这类水下航行体已完全可以采用纤维增强复合材 料。 ! " ! " # 水下航行体壳体 水下航行体壳体的设计应用基于强度 $ 重量和 但是这不是唯一的判据。对于各种 刚度 $ 重量性能， 结构形式， 可以计算出材料效率或 “价值指标” ， 因而 选用何种复合材料合适， 要看结构的细节而定。水 下航行体壳体的材料不仅应具有高比强、 高比模等 特性， 而且其价格也应低廉。传统概念上的金属、 铝 合金、 钛合金相对先进复合材料而言， 都不具有明显 的优势。例如， 前苏联用于制造核潜艇艇体的钛合 金用于水下航行体壳体， 虽可适于深潜航行， 但钛合 金比重大， 约为铜的 # $ !， 且价格昂贵。它不适用于 一次性使用的作战水下航行体。目前， 可用于水下 航行体壳体的低密度先进复合材料有硼 $ 铝复合材 料， 其性能已超过现代水下航行体所用的铝合 金。 靶雷及操雷采用玻璃钢、 碳纤维增强复合材料、 硼$ 环氧树脂、 芳纶 $ 环氧树脂等。所有的水下航行体头 部都采用复合橡胶材料， 其内部结构件大都采用非 金属复合材料。先进复合材料的比重较小， 这可以 通过降低水下航行体的重量相对地降低航行能耗， 有利于增加航程。 在动力系统方面采用炭黑 $ 聚四氟乙烯复合材 料作为电池的极板， 用活性碳纤维制造双层容器式 电池， 用复合材料制造电机炭刷等都有好效果。国 内的经验表明， 电机正反转动轴联轴件只有采用复 合材料才能得到满意的效果。在电机研制中， 用稀 土复合材料制造永磁电机， 其比功率较好。尽管它 已得到实际应用， 但其技术还处于进一步开发中。 ! % ! % ! 水下隐形航行体 复合材 料 为 降 低 水 下 航 行 体 的 噪 声 创 造 了 条 件， 从而能达到隐形的目的。其主要通过以下途径 来实现隐形。!降低水下航行体噪声。水下航行体 噪声主要是来自动力系统、 螺旋桨和水下航行体表 面的流动。要降低水下航行体噪声， 必须合理设计 水下航行体的内外结构， 合理选用各部分材料。水 下航行体传动装置采用高比强、 高比模的先进复合 材料能有效降低全雷的振动， 从而降低噪声。例如 先进的石墨 &芳纶混杂复合材料用于水下航行体的推
& 水下航行体基本特点及所用复合材料
!"# 水下航行体基本特点 水下航行体主要指军事目的的不载人的水下运 载器， 包 括 鱼 雷、 诱 饵、 侦 察 器、 靶 雷、 反 鱼 雷 鱼 雷。 它的携带者主要是舰艇、 潜艇及飞机。它一般由三 大部分组成， 即由动力系统、 制导系统及总体系统组 成。随着水下航行体向高速、 远航程、 大航深方向发 展和水声对抗技术的不断更新换代， 这势必要求水 下航行体除具有性能卓越的动力推进系统外， 水下
$
概
述
航行体还必须具有隐形、 重量轻、 造价低廉等特点。 要满足水下航行体的特殊要求， 采用先进复合材料 及相应的设计与制造方法来研制水下航行体是最佳 选择。当今材料科学的进展已出现了许多可用于现 代或未来水下航行体的先进复合材料， 而更多的尚 处于研发中。 水下航行体根据其组成系统功能要求， 对复合 材料的性能及设计与使用方法也有较大差异。水下 航行体用的复合材料根据使用方法分为两类， !在 市场上购买到的复合材料， 这类复合材料可以在用 户方任其加工成所需产品。在成品过程中无复合过 程， 产品的材料性能与原材料相比无根本性改变； " 用户方根据特殊要求购买具有一定性能的两种以上 材料， 加工成型产品， 在成品过程中具有复合过程但 不发生化学反应， 产品的材料性能与原材料相比是 混合的， 这里将它定义为过程复合材料。过程复合 材料所使用的原材料可以是复合材料， 也可以是普 通材料， 水下航行体所用的复合材料中有大部分属 于过程复合材料。下文对水下航行体所用的复合材 料进行阐述。 !$! 水下航行用复合材料 复合材料在船舶上的应用进展很快。英国、 日 本、 瑞士、 芬兰等国家采用纤维增强塑料 （ ()*） 制造 探矿船， 其长度达 "#+ 以上。美国制造出 ,-+ 长的 快艇和游艇。意大利 ./012+324/1 5*6 为加蓬海军建 造了 “ 7 8 9:9” 高速巡逻艇和诸如潜艇驾驶指挥台、 军 舰声纳圆盖等。复合材料在导弹、 发射装置等方面 也已应用。例如， 美国的舰用战术导弹， 包括反潜的 阿斯洛克， 其发射用的弹筒均使用石墨 ’ 环氧树脂。 与 ; <=! 鱼雷配套的 ; <&= 鱼雷发射装置是由玻璃 ’ 环氧树脂制造的， ; <=! 鱼雷的螺旋桨是尼龙制造 的。世界各国海军普遍使用的美国 ; <,& 型三联装 鱼雷发射装置， 包括英国、 日本等国的同类型鱼雷发 而聚胺酯类 射装置， 其发射管管体都采用 ()* 制造，来自水下航行体用复合材料的发展
高继和
（中国船舶重工集团公司 昆明 !"#$$%）
摘要： 本文着重论述水下航行体用复合材料的发展， 提出了水下航行体用复合材料主要围绕其总体结构系统、 动力系统 及制导系统的进步而发展。金属基复合材料、 高分子复合材料、 超导复合材料及纳米级复合材料是其主要发展趋势， 而其制导 （声自导与线导） 作用距离的进一步有效提高更将有待于材料科学的进步。 关键词： 水下航行体 复合材料 超导复合材料 纳米复合材料
万方数据 ()* ’ ?; &##, @ 79 @ "
玻璃钢 $ 复合材料 !’’( 年第 + 期 )( ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
水下航行体用复合材料的发展 !**# 年 6 月 11 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
飞机结构中已得到广泛应用， 但应用于水下航行体 结构的设计与制造时， 将会遇到以下两方面的问题。 ! " # " $ 设计方面 由于复合材料是由纤维与基体复合而成， 其性 能具有一定的方向性， 在设计时必须考虑这一特点。 值得注意的是相同组分的复合材料， 由于结构设计 问题会导致不同的效果， 因此在设计中应将其最优 性能与构件的受力状态作综合分析， 进行优化设计 以求最佳效果。此外， 复合材料结构件中若需要嵌 入必要的金属件， 如何将其二者有机地 “胶接” 在一 起而不影响局部受力状态， 这些都是有待研究的问 题。 ! " # " ! 加工方面 对于已成型的复合材料结构件， 其表面一般不 需要再进行机械加工， 但有时也需进行必要的加工 处理， 例如钻孔、 开槽等。在进行钻孔、 切割后， 构件 局部强度可能会降低， 有时需要进行修补。另一方 面， 一般的钻头、 刀具难以加工复合材料， 如石墨 % 环 氧树脂， 一般都需要碳化钨刀具才能进行加工； 硼纤 维复合材料只有用金刚石刀具才能勉强进行机械加 工； 而芳纶的复合材料更是难予进行机械加工。因 此， 对于先进复合材料的机械加工， 目前正在研究采 用激光、 高压水、 超声波技术等先进工艺设备。 &’ ( 成型工艺技术也是解决问题的途径之一， 它是当前 世界纤维增强复合材料工业中发展速度最快的成型 工艺技术之一， 属于复合材料的液体成型技术范畴。 其基本方法是在设计好的模具中铺置经合理设计、 剪裁或经过机械化预成型的增强材料， 闭模后注入 定量树脂， 待树脂固化脱模后即可得到所期望的产 品。总之， 正 像 复 合 材 料 科 学 一 样， 复合材料的应 用、 设计方法、 加工工艺、 工装设备等都在不断地发 展， 现在看来存在的问题不久的将来就会变得相当 容易。
万方数据
进轴， 碳&碳复合材料用于热动力水下航行体的耐高 温部件， 也有采用陶瓷复合材料的。水下航行体螺 旋桨采用石墨 $ 环氧树脂或石墨 $ 芳纶混杂复合材料 可有效降低噪声。国内的有关研究表明， 采用这类 复合材料可降低噪声达每个空泡 #’ 分贝以上。 " 降低水下航行体阻力。水下航行体航行过程中所受 的阻力主要为形状阻力及水下航行体与水的摩擦阻 力。前者可以通过合理的外形设计来降低， 后者则 可通过采用降阻材料来实现， 这类材料有人造海豚 皮、 聚丙烯酰胺等。通过降阻， 同时也降低了水下航 行体表明的流动噪声， 且提高了航速。 # 降低水下 航行体的主动声反射能力。水下航行体壳体采用先 进的复合材料可吸收主动声纳对水下航行体的探测 信号， 从而降低了水下航行体的声反射能力。 $ 抑 制磁异常变化 复合材料都系低磁或无磁性材料， 用 于水下航行体壳体， 磁异常探测仪就探测不到水下 航行体， 从而达到另外途径隐形的目的。 ! % ! % ( 制导系统 水下航行体制导系统用复合材料主要应具有导 电、 绝缘、 柔韧等特性。目前主要应用于水下航行体 头部、 线控系统放线装置、 制导专用导线或光纤、 加 固型复合材料电路板等。水下航行体头部用的复合 材料主要是金属基橡胶及陶瓷复合材料。其功能是 满足水声主 $ 被动自导声学基阵工作性能要求， 也要 符合声成像技术对材料的要求。这种复合材料成型 工艺较特殊， 归属于过程复合材料范畴。导电复合 材料主要应用在线控系统放线装置线团的绕制。这 种材料一般由炭黑粉、 磁粉按一定比例混合后进行 加温处理， 再按一定比例加入液态油状物配制而成。 它具有导电性能好， 粘结力持久而不强， 长期存放不 会干固， 耐海水浸蚀等特点。其成品工艺特殊， 归属 于过程复合材料范畴。水下航行体制导专用导线用 的材料主要应具有比重小、 强度高的特点。此外， 芯 线要求导电性能好， 覆层材料要求绝缘性能及耐磨 性能俱佳。在这方面， 俄罗斯研制的专用导线最典 型， 其专用线缆是由 ) 种不同材料复合成的， 有的采 用了 * 种不同材料复合而成。在专用光纤方面， 芯 线采用石英或塑料， 包层材料大多采用芳纶等高比 强材料， 为了解决传输问题有时采用掺铒光纤及光 纤表面涂钛以实现其柔韧性要求。 !"# 存在的技术问题 先进复合材料在水下航行体上的应用将改变传 统的机械设计与加工的概念。尽管复合材料比金属 或合金材料容易制造出形状复杂的结构件， 且其在 ,-. $ /0 !’’( " 12 " +
复合材料科学的进展正在不断地拓展产品设计 师们的选材范围， 同时也在不断地改变产品设计及 加工的传统概念， 从而各种具有优异特性的产品不 航空界出现了一个引 断问世。在过去的 &# 多年中， 人注目的重大进展， 在飞机结构中用复合材料代替 金属材料。复合材料具有高比强、 高比模、 耐高温、 韧性好、 抗腐蚀与耐磨损等特性， 已广泛应用于空间 飞行器、 舰 （潜） 艇、 水下航行体 （鱼雷、 诱饵、 侦察器、 靶雷、 反鱼雷鱼雷） 、 导弹、 民用客机等各种军民用产 品上。近年来， 纳米科技使得复合材料突飞猛进的 发展， 各种先进的特殊材料层出不穷， 诸如石墨 ’ 芳 抗拉强 纶混杂复合材料、 耐高温的碳 ’ 碳复合材料、 度为钢丝强度 $# 倍以上的高强度聚乙烯、 强度比钢 高 $## 倍， 密度仅为钢的 $ ’ !， 导电性能超过铜的碳 纳米管、 以及电阻只存在于导线末端的接头的科学 发现及纳米科技将可能使氢成为第一种室温超导材 料等。复合材料在制备过程中可较容易地控制其结 构， 使得材料科学家们梦寐以求的材料设计成为可 能， 即可根据所需的性能， 确定材料的组成与结构， 然后选用适当的方法将它制备出来。因此， 采用复 合材料设计制造的产品不仅性能优异， 而且质轻物 美。本文着重论述水下航行体用复合材料及发展， 并初步探讨其在应 用 上 的 优 缺 点 及 其 可 能 存 在 的 问题。
复合橡胶材料被用于潜艇消声。国内在这方面的应 用也基本相同。实际上材料科学的发展已经用复合 材料逐步取代传统的钢铁或大量合金结构材料。水 下航行体壳体使用钢铁的局面已经一去不复返， 当 前主要是铝合金及纤维增强复合材料， 而靶雷及操 雷这类水下航行体已完全可以采用纤维增强复合材 料。 ! " ! " # 水下航行体壳体 水下航行体壳体的设计应用基于强度 $ 重量和 但是这不是唯一的判据。对于各种 刚度 $ 重量性能， 结构形式， 可以计算出材料效率或 “价值指标” ， 因而 选用何种复合材料合适， 要看结构的细节而定。水 下航行体壳体的材料不仅应具有高比强、 高比模等 特性， 而且其价格也应低廉。传统概念上的金属、 铝 合金、 钛合金相对先进复合材料而言， 都不具有明显 的优势。例如， 前苏联用于制造核潜艇艇体的钛合 金用于水下航行体壳体， 虽可适于深潜航行， 但钛合 金比重大， 约为铜的 # $ !， 且价格昂贵。它不适用于 一次性使用的作战水下航行体。目前， 可用于水下 航行体壳体的低密度先进复合材料有硼 $ 铝复合材 料， 其性能已超过现代水下航行体所用的铝合 金。 靶雷及操雷采用玻璃钢、 碳纤维增强复合材料、 硼$ 环氧树脂、 芳纶 $ 环氧树脂等。所有的水下航行体头 部都采用复合橡胶材料， 其内部结构件大都采用非 金属复合材料。先进复合材料的比重较小， 这可以 通过降低水下航行体的重量相对地降低航行能耗， 有利于增加航程。 在动力系统方面采用炭黑 $ 聚四氟乙烯复合材 料作为电池的极板， 用活性碳纤维制造双层容器式 电池， 用复合材料制造电机炭刷等都有好效果。国 内的经验表明， 电机正反转动轴联轴件只有采用复 合材料才能得到满意的效果。在电机研制中， 用稀 土复合材料制造永磁电机， 其比功率较好。尽管它 已得到实际应用， 但其技术还处于进一步开发中。 ! % ! % ! 水下隐形航行体 复合材 料 为 降 低 水 下 航 行 体 的 噪 声 创 造 了 条 件， 从而能达到隐形的目的。其主要通过以下途径 来实现隐形。!降低水下航行体噪声。水下航行体 噪声主要是来自动力系统、 螺旋桨和水下航行体表 面的流动。要降低水下航行体噪声， 必须合理设计 水下航行体的内外结构， 合理选用各部分材料。水 下航行体传动装置采用高比强、 高比模的先进复合 材料能有效降低全雷的振动， 从而降低噪声。例如 先进的石墨 &芳纶混杂复合材料用于水下航行体的推
& 水下航行体基本特点及所用复合材料
!"# 水下航行体基本特点 水下航行体主要指军事目的的不载人的水下运 载器， 包 括 鱼 雷、 诱 饵、 侦 察 器、 靶 雷、 反 鱼 雷 鱼 雷。 它的携带者主要是舰艇、 潜艇及飞机。它一般由三 大部分组成， 即由动力系统、 制导系统及总体系统组 成。随着水下航行体向高速、 远航程、 大航深方向发 展和水声对抗技术的不断更新换代， 这势必要求水 下航行体除具有性能卓越的动力推进系统外， 水下
$
概
述
航行体还必须具有隐形、 重量轻、 造价低廉等特点。 要满足水下航行体的特殊要求， 采用先进复合材料 及相应的设计与制造方法来研制水下航行体是最佳 选择。当今材料科学的进展已出现了许多可用于现 代或未来水下航行体的先进复合材料， 而更多的尚 处于研发中。 水下航行体根据其组成系统功能要求， 对复合 材料的性能及设计与使用方法也有较大差异。水下 航行体用的复合材料根据使用方法分为两类， !在 市场上购买到的复合材料， 这类复合材料可以在用 户方任其加工成所需产品。在成品过程中无复合过 程， 产品的材料性能与原材料相比无根本性改变； " 用户方根据特殊要求购买具有一定性能的两种以上 材料， 加工成型产品， 在成品过程中具有复合过程但 不发生化学反应， 产品的材料性能与原材料相比是 混合的， 这里将它定义为过程复合材料。过程复合 材料所使用的原材料可以是复合材料， 也可以是普 通材料， 水下航行体所用的复合材料中有大部分属 于过程复合材料。下文对水下航行体所用的复合材 料进行阐述。 !$! 水下航行用复合材料 复合材料在船舶上的应用进展很快。英国、 日 本、 瑞士、 芬兰等国家采用纤维增强塑料 （ ()*） 制造 探矿船， 其长度达 "#+ 以上。美国制造出 ,-+ 长的 快艇和游艇。意大利 ./012+324/1 5*6 为加蓬海军建 造了 “ 7 8 9:9” 高速巡逻艇和诸如潜艇驾驶指挥台、 军 舰声纳圆盖等。复合材料在导弹、 发射装置等方面 也已应用。例如， 美国的舰用战术导弹， 包括反潜的 阿斯洛克， 其发射用的弹筒均使用石墨 ’ 环氧树脂。 与 ; <=! 鱼雷配套的 ; <&= 鱼雷发射装置是由玻璃 ’ 环氧树脂制造的， ; <=! 鱼雷的螺旋桨是尼龙制造 的。世界各国海军普遍使用的美国 ; <,& 型三联装 鱼雷发射装置， 包括英国、 日本等国的同类型鱼雷发 而聚胺酯类 射装置， 其发射管管体都采用 ()* 制造，来自水下航行体用复合材料的发展
高继和
（中国船舶重工集团公司 昆明 !"#$$%）
摘要： 本文着重论述水下航行体用复合材料的发展， 提出了水下航行体用复合材料主要围绕其总体结构系统、 动力系统 及制导系统的进步而发展。金属基复合材料、 高分子复合材料、 超导复合材料及纳米级复合材料是其主要发展趋势， 而其制导 （声自导与线导） 作用距离的进一步有效提高更将有待于材料科学的进步。 关键词： 水下航行体 复合材料 超导复合材料 纳米复合材料
万方数据 ()* ’ ?; &##, @ 79 @ "
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水下航行体用复合材料的发展 !**# 年 6 月 11 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
飞机结构中已得到广泛应用， 但应用于水下航行体 结构的设计与制造时， 将会遇到以下两方面的问题。 ! " # " $ 设计方面 由于复合材料是由纤维与基体复合而成， 其性 能具有一定的方向性， 在设计时必须考虑这一特点。 值得注意的是相同组分的复合材料， 由于结构设计 问题会导致不同的效果， 因此在设计中应将其最优 性能与构件的受力状态作综合分析， 进行优化设计 以求最佳效果。此外， 复合材料结构件中若需要嵌 入必要的金属件， 如何将其二者有机地 “胶接” 在一 起而不影响局部受力状态， 这些都是有待研究的问 题。 ! " # " ! 加工方面 对于已成型的复合材料结构件， 其表面一般不 需要再进行机械加工， 但有时也需进行必要的加工 处理， 例如钻孔、 开槽等。在进行钻孔、 切割后， 构件 局部强度可能会降低， 有时需要进行修补。另一方 面， 一般的钻头、 刀具难以加工复合材料， 如石墨 % 环 氧树脂， 一般都需要碳化钨刀具才能进行加工； 硼纤 维复合材料只有用金刚石刀具才能勉强进行机械加 工； 而芳纶的复合材料更是难予进行机械加工。因 此， 对于先进复合材料的机械加工， 目前正在研究采 用激光、 高压水、 超声波技术等先进工艺设备。 &’ ( 成型工艺技术也是解决问题的途径之一， 它是当前 世界纤维增强复合材料工业中发展速度最快的成型 工艺技术之一， 属于复合材料的液体成型技术范畴。 其基本方法是在设计好的模具中铺置经合理设计、 剪裁或经过机械化预成型的增强材料， 闭模后注入 定量树脂， 待树脂固化脱模后即可得到所期望的产 品。总之， 正 像 复 合 材 料 科 学 一 样， 复合材料的应 用、 设计方法、 加工工艺、 工装设备等都在不断地发 展， 现在看来存在的问题不久的将来就会变得相当 容易。
万方数据
进轴， 碳&碳复合材料用于热动力水下航行体的耐高 温部件， 也有采用陶瓷复合材料的。水下航行体螺 旋桨采用石墨 $ 环氧树脂或石墨 $ 芳纶混杂复合材料 可有效降低噪声。国内的有关研究表明， 采用这类 复合材料可降低噪声达每个空泡 #’ 分贝以上。 " 降低水下航行体阻力。水下航行体航行过程中所受 的阻力主要为形状阻力及水下航行体与水的摩擦阻 力。前者可以通过合理的外形设计来降低， 后者则 可通过采用降阻材料来实现， 这类材料有人造海豚 皮、 聚丙烯酰胺等。通过降阻， 同时也降低了水下航 行体表明的流动噪声， 且提高了航速。 # 降低水下 航行体的主动声反射能力。水下航行体壳体采用先 进的复合材料可吸收主动声纳对水下航行体的探测 信号， 从而降低了水下航行体的声反射能力。 $ 抑 制磁异常变化 复合材料都系低磁或无磁性材料， 用 于水下航行体壳体， 磁异常探测仪就探测不到水下 航行体， 从而达到另外途径隐形的目的。 ! % ! % ( 制导系统 水下航行体制导系统用复合材料主要应具有导 电、 绝缘、 柔韧等特性。目前主要应用于水下航行体 头部、 线控系统放线装置、 制导专用导线或光纤、 加 固型复合材料电路板等。水下航行体头部用的复合 材料主要是金属基橡胶及陶瓷复合材料。其功能是 满足水声主 $ 被动自导声学基阵工作性能要求， 也要 符合声成像技术对材料的要求。这种复合材料成型 工艺较特殊， 归属于过程复合材料范畴。导电复合 材料主要应用在线控系统放线装置线团的绕制。这 种材料一般由炭黑粉、 磁粉按一定比例混合后进行 加温处理， 再按一定比例加入液态油状物配制而成。 它具有导电性能好， 粘结力持久而不强， 长期存放不 会干固， 耐海水浸蚀等特点。其成品工艺特殊， 归属 于过程复合材料范畴。水下航行体制导专用导线用 的材料主要应具有比重小、 强度高的特点。此外， 芯 线要求导电性能好， 覆层材料要求绝缘性能及耐磨 性能俱佳。在这方面， 俄罗斯研制的专用导线最典 型， 其专用线缆是由 ) 种不同材料复合成的， 有的采 用了 * 种不同材料复合而成。在专用光纤方面， 芯 线采用石英或塑料， 包层材料大多采用芳纶等高比 强材料， 为了解决传输问题有时采用掺铒光纤及光 纤表面涂钛以实现其柔韧性要求。 !"# 存在的技术问题 先进复合材料在水下航行体上的应用将改变传 统的机械设计与加工的概念。尽管复合材料比金属 或合金材料容易制造出形状复杂的结构件， 且其在 ,-. $ /0 !’’( " 12 " +