Aplikácia morských kompozitných materiálov (uhlíkové vlákna/sklolaminát/aramid)
V súčasnosti sú kompozitné materiály z uhlíkových vlákien široko používané v leteckom priemysle, športe a voľnom čase, automobilovom priemysle, environmentálnej energii, stavebnom inžinierstve a ďalších oblastiach a jeho aplikačný sortiment je takmer všade. Medzi nimi, na malých lodiach, jachtách, veľkých lodiach a iných lodných poliach, aplikácie z uhlíkových vlákien napredujú. Uhlíkové vlákna sú ideálnym materiálom pre námorné aplikácie, pretože môžu znížiť vibrácie trupu, udržiavať dobré bezdrôtové komunikačné prostredie medzi loďami atď.
Okrem toho je najdôležitejším dôvodom na používanie uhlíkových vlákien to, že materiál môže zlepšiť rýchlosť a spotrebu paliva lodí znížením hmotnosti. Napríklad nahradením kompozitov zo sklenených vlákien (GFRP) kompozitmi vystuženými uhlíkovými vláknami (CFRP) sa hmotnosť trupu môže znížiť.
Aplikácia uhlíkových vlákien a ich kompozitných materiálov na jachtách prostredníctvom použitia CFRP v nadstavbe a palubnom vybavení môže ďalej znížiť hmotnosť a zlepšiť stabilitu lode; hnacie hriadele z uhlíkových vlákien môžu tiež znížiť hmotnosť a znížiť vibrácie; uhlíkové vlákna v lopatkách vrtule Existujú aj potenciálne rozsiahle aplikácie.
Už v 40. rokoch minulého storočia americké námorníctvo použilo kompozitné materiály na výstavbu malých lodí, čo otvorilo novú kapitolu vo výstavbe lodí. V polovici 50. rokov 20. storočia bolo stanovené, že lode do 16 metrov musia byť vyrobené z kompozitných materiálov. S rozvojom materiálovej vedy, zlepšovaním stavebných metód a aplikačných foriem, v roku 1994 Spojené štáty použili kompozitné materiály na vybudovanie 68,3 metra dlhého mínového pásu triedy "Avenger". Hlboko ponorná prieskumná loď postavená v roku 1996 je vyrobená z kompozitných materiálov vystužených grafitovými vláknami pre svoju škrupinu a hĺbka potápania lode môže dosiahnuť 6096 metrov. "Stiletto" s kódovým označením M80 vyrobený v roku 2006 je najnovší vysokorýchlostný stealth skúšobný motorový čln a najväčší trup tvorený uhlíkovými vláknami naraz. S dĺžkou 24,4 m a šírkou 12,2 m je prievan len 0,9 m a posun je 67t, čo umožňuje motorovému člnu ľahko získať vyššiu rýchlosť. Jadrová ponorka triedy Los Angeles v Spojených štátoch tiež používa nový typ kompozitného materiálu na výrobu sonarovej kupoly, ktorá je dlhá 7,6 m, maximálny priemer 8,1 m a má vynikajúci výkon. Americké námorníctvo tiež vyvíja vojensky vybavené lode do tradičných vznášadiel. Konvenčné vznášadlo používa hliníkové tuhé škrupiny podobné lietadlám ako základný materiál, zatiaľ čo americká spoločnosť All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) vyvinula kompozitné vznášadlo s názvom AH-100-P, ktoré je navrhnuté tak, aby vyhovovalo 150 posádke.
Ako hlavná krajina vo výrobe kompozitných lodí v Ázii, Japonsko začalo stavať lode FRP už v roku 1953. V sedemdesiatych rokoch minulého storočia začali japonské rybárske lode široko používať FRP. Od tej doby Japonsko vyrobilo desiatky tisíc rybárskych lodí FRP každý rok. Stále viac a dokonalejšie. Dnes sa japonská produkcia FRP radí medzi špičku na svete a spotreba FRP samotných námorných motorizovaných rybárskych lodí predstavuje 76,3%. Zároveň pri vývoji a výrobe vysoko výkonných kompozitných materiálov, ako sú uhlíkové vlákna, japonsko zaujíma dôležitú pozíciu vo svete. Jeho vysokovýkonné lode, pretekárske lode a luxusné jachty teraz široko používajú vysoko výkonné kompozitné materiály z uhlíkových vlákien.
Uhlíkové vlákna majú dva typy vysokej pevnosti a vysoký modul. Má vlastnosti vysokej tuhosti, vysokej pevnosti výnosu a vysokej pevnosti pri ohýbaní. Vo všeobecnosti sa používa pri výrobe vysokovýkonných a vysokorýchlostných lodí. Japonské uhlíkové vlákna sa predávajú po celom svete a používajú sa hlavne pri výrobe vysokorýchlostných motorových člnov, vysokovýkonných pretekárskych lodí, luxusných jácht a iných lodí.
Aramid vlákno má vlastnosti vysokej špecifickej pevnosti, vysokej húževnatosti, odolnosti proti nárazu a nepriestrelnosti a používa sa pre komponenty lodí s vysokými požiadavkami na ťah, aktívne zaťaženie a nepriestrelnosť. Vzhľadom na nízku pevnosť v ohybe tlaku nie je vhodný na výrobu vysoko kompresných a vysoko ohýbajúcich trupov a je vhodný len pre lode s prísnymi hmotnostnými limitmi.
Pri zvažovaní nákladov na výrobu lodí sa za predpokladu splnenia konštrukčných požiadaviek objavila metóda návrhu s použitím kompozitných materiálov z hybridných vlákien. Zmiešané použitie rôznych materiálov vystužených vláknami prekonáva niektoré nedostatky jedného vláknového kompozitného materiálu, zlepšuje fyzikálne a mechanické vlastnosti a ďalej zlepšuje dizajnovateľnosť materiálu. Dvojrozmerné a trojrozmerné tkaniny tvorené výstužnými materiálmi môžu byť vyrobené podľa konštrukčných potrieb, aby spĺňali pevnosť, vnútrovrstvový a medzivrstvový výkon lodí a ďalej dosiahli požiadavky na ľahkú hmotnosť a vysokú pevnosť pre lode.
Vzhľadom na ľahkú hmotnosť kompozitných materiálov plánuje americké námorníctvo používať sklom vystužené fenolové kompozitné materiály v elektrickom priestore, vrátane valcov, hláv valcov, olejových panvíc, krytov vačiek, podporných valčekov, ozubených koliesok na reguláciu rýchlosti, ozubených kolies a vodných čerpadiel, olejových čerpadiel a kladiek námorných dieselových motorov. Čakať.
Niektoré mechanické prvky povrchových lodí môžu byť tiež vyrobené z kompozitných materiálov a v trende znižovania hmotnosti trupu je na programe aj zníženie hmotnosti komponentov prevodu energie pohonného systému. Zvyčajne na vysokorýchlostných lodiach, kde 2 alebo 4 vysokorýchlostné dieselové motory poháňajú vodný prúd cez redukčnú prevodovku, sa vzdialenosť medzi dieselovým motorom a prevodovkou alebo medzi prevodovkou a vodným prúdom skracuje. Najmä v úzkom priestore katamaránu sa vyžadujú, aby boli 4 dieselové motory usporiadané rozloženým spôsobom a výkon generovaný predným dieselovým motorom sa musí prenášať cez zadný dieselový motor. Preto si to vyžaduje prenos s najľahšou hmotnosťou a najmenšími komponentmi. Použitie hnacieho hriadeľa vyrobeného z materiálu trubice z uhlíkových vlákien môže ľahko dosiahnuť účel zníženia hmotnosti komponentov prevodovky.
Medzi hlavné výhody hnacích hriadeľov CFRP patria: výrazné zníženie hmotnosti hnacieho hriadeľa; vysoká kritická rýchlosť, zvyčajne nie je potrebné usporiadať ložiská na dlhé hriadeľe, znížiť počet ložísk, znížiť náklady, znížiť hriadeľ, znížiť diely, ušetriť náklady na nosné podpery a znížiť hmotnosť; odolnosť proti korózii, nízky magnetický signál, elektrický signál, anti-opotrebovanie, môže znížiť hluk v konštrukcii a vzduchu o 520 dB. (Zdroj: Jednoduché kompozity / kompozity Xintiandi)
