CFRP對提高艦船的結(jié)構(gòu)、能耗和機(jī)動(dòng)性能等非常明顯。
瑞典在船艇制造技術(shù)方面有著傳統(tǒng)優(yōu)勢,其夾層復(fù)合材料技術(shù)居世界一流水平,較早便采用CFRP技術(shù)研制軍用艦船。2000年6月下水的瑞典海軍維斯比號護(hù)衛(wèi)艦(Stealth Visby)是世界第一艘在艦體結(jié)構(gòu)中采用CFRP的海軍艦艇(圖6)。該艦長73.0 m、寬10.4 m、吃水深度2.4 m、排水量600 t;艦體采用CFRP夾層結(jié)構(gòu),具有高強(qiáng)度、高硬度、低質(zhì)量、耐沖擊、低雷達(dá)和磁場信號,以及吸收電磁波等優(yōu)異性能。
圖6 CFRP在艦船船體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
由于成本原因,雖船舶中大量使用CFRP還有待時(shí)日,但其已實(shí)際用于制造民用新概念船艇和軍用艦船關(guān)鍵部件。2010年,德國Kockums公司為瑞典探險(xiǎn)家制造了一條幾乎全部采用CFRP的新概念太陽能探險(xiǎn)船——TuANor PlanetSolar。該船長31.0 m、寬15.0 m,以太陽能為動(dòng)力。2010年9月27日,瑞典探險(xiǎn)家Raphael Domjan駕駛該船出海,開始環(huán)球探險(xiǎn)航行(圖7)。
CFRP還已用于艦船推進(jìn)器葉片、一體化桅桿和先進(jìn)水面艦艇上層建筑的制造。
低噪聲、安靜運(yùn)行是軍用艦船領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù),是艦船(特別是潛艇)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。因?yàn)槁菪龢咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其槳葉片上會(huì)產(chǎn)生時(shí)滅的空泡,導(dǎo)致槳葉剝蝕,并伴有強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。CFRP葉片不僅更輕、更薄,還可改善空泡性能、降低振動(dòng)和水下特性、減少燃油消耗。圖8(a)為以色列Deadliest號潛艇所用螺旋槳;圖8(b)為日本中島推進(jìn)器有限責(zé)任公司(Nakashima PropellerCo., Ltd.)研制生產(chǎn)的CFRP大型貨輪螺旋槳,它已于2014年5月安裝在太鼓丸號(Taiko Maru)化學(xué)品貨輪上。圖9為英國羅伊斯羅爾斯公司(Rolls-Royce plc)為班尼蒂(Benetti)游艇生產(chǎn)的CFRP材質(zhì)的推進(jìn)器系統(tǒng)。
圖8 CFRP用于制造潛艇和貨輪推進(jìn)器系統(tǒng)的螺旋槳槳葉
圖9 CFRP用于制造游艇的推進(jìn)器系統(tǒng)
此外,隱身也是評價(jià)軍用艦船先進(jìn)性水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。提高隱身性能必須減小艦船體的雷達(dá)反射截面,并降低其光學(xué)特性。在過去,艦船上層建筑上都豎立著多根掛滿各種鞭狀和條狀的天線桅桿,它們極大地阻礙了艦船在探測設(shè)備中的隱身能力。1995年,美軍開始研究一體式桅桿系統(tǒng),其將各種天線設(shè)計(jì)成平面形或球形陣列,并集成于采用能反射電波的復(fù)合材料制成的一體式桅桿系統(tǒng)中,可防風(fēng)雨和鹽霧的侵害。且更進(jìn)一步的是,美軍下一代作戰(zhàn)艦艇的整個(gè)上層建筑都采用復(fù)合材料制造。2016年10月15日,美國海軍舉行了其首艘朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦(Zumwalt-classdestroyer)的入列儀式。該艦是美國海軍的下一代主戰(zhàn)艦艇,其集成了當(dāng)今最尖端的海軍艦船技術(shù),艦體造型、電驅(qū)動(dòng)力、指揮控制、情報(bào)通信、隱身防護(hù)、偵測導(dǎo)航、火力配置等性能均具超越性。特別值得注意的是,該艦上層建筑及內(nèi)嵌天線系統(tǒng)由美國雷神公司(Raytheon)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)制造,采用了一體化模塊式復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(Integrated CompositeDeckhouse and Assembly,簡稱IDHA),質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐銹蝕、透波性好,具有極佳的隱身性能,被發(fā)現(xiàn)概率低于10%(圖10)。