Εφαρμογή θαλάσσιων σύνθετων υλικών (ανθρακόνημα/υαλοβάμβακα/αραμίδιο)
Επί του παρόντος, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αεροδιαστημική, τον αθλητισμό και την αναψυχή, την αυτοκινητοβιομηχανία, την περιβαλλοντική ενέργεια, την πολιτική μηχανική και άλλους τομείς, και το εύρος εφαρμογής τους είναι σχεδόν παντού. Μεταξύ αυτών, σε μικρά σκάφη, γιοτ, μεγάλα πλοία και άλλα πλοία, προχωρούν οι εφαρμογές ανθρακονημάτων. Οι ίνες άνθρακα είναι ένα ιδανικό υλικό για θαλάσσιες εφαρμογές, καθώς μπορούν να μειώσουν τους κραδασμούς του κύτους, να διατηρήσουν ένα καλό περιβάλλον ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ πλοίων κ.λπ.
Επιπλέον, ο πιο σημαντικός λόγος για τη χρήση ανθρακονημάτων είναι ότι το υλικό μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα και την οικονομία καυσίμου των πλοίων μειώνοντας το βάρος. Για παράδειγμα, αντικαθιστώντας τα σύνθετα υλικά από ίνες γυαλιού (GFRP) με σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRP), το βάρος της γάστρας μπορεί να μειωθεί.
Η εφαρμογή ανθρακονημάτων και των σύνθετων υλικών του σε γιοτ, μέσω της χρήσης CFRP στην υπερκατασκευή και τον εξοπλισμό του καταστρώματος, μπορεί να μειώσει περαιτέρω το βάρος και να βελτιώσει τη σταθερότητα του πλοίου. Οι κινητήριοι άξονες από ανθρακονήματα μπορούν επίσης να μειώσουν το βάρος και να μειώσουν τους κραδασμούς. ανθρακονήματα στα πτερύγια της προπέλας Υπάρχουν επίσης πιθανές εφαρμογές ευρείας κλίμακας.
Ήδη από τη δεκαετία του 1940, το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ χρησιμοποιούσε σύνθετα υλικά για την κατασκευή μικρών πλοίων, γεγονός που άνοιξε ένα νέο κεφάλαιο στην κατασκευή πλοίων. Στα μέσα-1950, ορίστηκε ότι τα πλοία κάτω των 16 μέτρων πρέπει να είναι κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά. Με την ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών, τη βελτίωση των μεθόδων κατασκευής και των εντύπων εφαρμογής, το 1994, οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησαν σύνθετα υλικά για να κατασκευάσουν ένα ναρκαλιευτικό κλάσης "Avenger" μήκους 68,{5}} μέτρων. Το σκάφος εξερεύνησης βαθιάς κατάδυσης που κατασκευάστηκε το 1996 είναι κατασκευασμένο από σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες γραφίτη για το κέλυφός του και το βάθος κατάδυσης του σκάφους μπορεί να φτάσει τα 6096 μέτρα. Το "Stiletto" με την κωδική ονομασία M80 που κατασκευάστηκε το 2006 είναι το πιο πρόσφατο ταχύπλοο stealth δοκιμής υψηλής ταχύτητας και το μεγαλύτερο κύτος που σχηματίστηκε από ανθρακονήματα ταυτόχρονα. Με μήκος 24,4 μέτρα και πλάτος 12,2 μέτρα, το βύθισμα είναι μόνο 0,9 μέτρα και το εκτόπισμα είναι 67 τόνοι, γεγονός που επιτρέπει στο ταχύπλοο να αποκτά εύκολα μεγαλύτερη ταχύτητα. Το πυρηνικό υποβρύχιο κλάσης Λος Άντζελες των Ηνωμένων Πολιτειών χρησιμοποιεί επίσης έναν νέο τύπο σύνθετου υλικού για την κατασκευή θόλου σόναρ, ο οποίος έχει μήκος 7,6 μέτρα, μέγιστη διάμετρο 8,1 μέτρα και έχει εξαιρετική απόδοση. Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ αναπτύσσει επίσης στρατιωτικά εξοπλισμένα πλοία σε παραδοσιακά hovercraft. Το συμβατικό hovercraft χρησιμοποιεί άκαμπτα κελύφη αλουμινίου παρόμοια με τα αεροσκάφη ως υλικό βάσης, ενώ η American All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) έχει αναπτύξει ένα εξολοκλήρου σύνθετο hovercraft που ονομάζεται AH-100-P, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να φιλοξενεί 150 άτομα πλήρωμα.
Ως σημαντική χώρα στην κατασκευή σύνθετων πλοίων στην Ασία, η Ιαπωνία άρχισε να ναυπηγεί πλοία FRP ήδη από το 1953. Στη δεκαετία του 1970, τα ιαπωνικά αλιευτικά σκάφη άρχισαν να χρησιμοποιούν ευρέως το FRP. Από τότε, η Ιαπωνία έχει κατασκευάσει δεκάδες χιλιάδες αλιευτικά σκάφη FRP κάθε χρόνο. όλο και πιο τέλειο. Σήμερα, η παραγωγή FRP της Ιαπωνίας κατατάσσεται μεταξύ των κορυφαίων στον κόσμο και η κατανάλωση FRP θαλάσσιων μηχανοκίνητων αλιευτικών σκαφών από μόνη της αντιστοιχεί στο 76,3 τοις εκατό. Ταυτόχρονα, στην ανάπτυξη και παραγωγή σύνθετων υλικών υψηλής απόδοσης όπως οι ανθρακονήματα, η Ιαπωνία κατέχει επίσης σημαντική θέση στον κόσμο. Τα πλοία υψηλής απόδοσης, τα αγωνιστικά σκάφη και τα πολυτελή γιοτ της χρησιμοποιούν πλέον ευρέως σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα υψηλής απόδοσης.
Οι ίνες άνθρακα έχουν δύο τύπους υψηλής αντοχής και υψηλού συντελεστή. Έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακαμψίας, της υψηλής αντοχής διαρροής και της υψηλής αντοχής σε κάμψη. Χρησιμοποιείται γενικά στην κατασκευή πλοίων υψηλής απόδοσης και υψηλής ταχύτητας. Οι ιαπωνικές ίνες άνθρακα πωλούνται σε όλο τον κόσμο και χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή ταχύπλοων σκαφών υψηλής ταχύτητας, αγωνιστικών σκαφών υψηλών επιδόσεων, πολυτελών γιοτ και άλλων σκαφών.
Η ίνα αραμιδίου έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής ειδικής αντοχής, υψηλής σκληρότητας, αντοχής στην κρούση και αλεξίσφαιρα και χρησιμοποιείται για εξαρτήματα σκάφους με υψηλές απαιτήσεις για εφελκυσμό, ενεργό φορτίο και αλεξίσφαιρα. Λόγω της χαμηλής αντοχής σε κάμψη σε θλίψη, δεν είναι κατάλληλο για την κατασκευή γάστρας υψηλής συμπίεσης και υψηλής κάμψης και είναι κατάλληλο μόνο για πλοία με αυστηρά όρια βάρους.
Κατά την εξέταση του κόστους κατασκευής σκαφών, με την προϋπόθεση ότι πληρούνται οι απαιτήσεις σχεδιασμού, έχει προκύψει μια μέθοδος σχεδιασμού που χρησιμοποιεί σύνθετα υλικά υβριδικών ινών. Η μικτή χρήση μιας ποικιλίας ενισχυμένων με ίνες υλικών υπερνικά ορισμένες από τις ελλείψεις ενός μόνο σύνθετου υλικού ινών, βελτιώνει τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες και βελτιώνει περαιτέρω τη σχεδιαστική ικανότητα του υλικού. Τα δισδιάστατα και τρισδιάστατα υφάσματα που σχηματίζονται από ενισχυτικά υλικά μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με τις ανάγκες του σχεδιασμού για να ανταποκρίνονται στην αντοχή, την απόδοση εντός και εντός των στρωμάτων των πλοίων και να επιτύχουν περαιτέρω τις απαιτήσεις μικρού βάρους και υψηλής αντοχής για τα πλοία
Λόγω του μικρού βάρους των σύνθετων υλικών, το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει ενισχυμένα με γυαλί φαινολικά σύνθετα υλικά στον χώρο τροφοδοσίας, συμπεριλαμβανομένων κυλίνδρων, κυλινδροκεφαλών, λαδιών, καλυμμάτων έκκεντρων, κυλίνδρων στήριξης, γραναζιών ελέγχου ταχύτητας και αντλιών νερού, λαδιού αντλίες και τροχαλίες κινητήρων ντίζελ πλοίων. Περίμενε.
Ορισμένα μηχανικά στοιχεία των πλοίων επιφανείας μπορούν επίσης να είναι κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά και στην τάση μείωσης του βάρους του κύτους, η μείωση βάρους των εξαρτημάτων μετάδοσης ισχύος του συστήματος πρόωσης είναι επίσης στην ημερήσια διάταξη. Συνήθως, σε ταχύπλοα σκάφη όπου 2 ή 4 κινητήρες ντίζελ υψηλής ταχύτητας οδηγούν τον εκτοξευτήρα νερού μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων μείωσης, η απόσταση μεταξύ του κινητήρα ντίζελ και του κιβωτίου ταχυτήτων ή μεταξύ του κιβωτίου ταχυτήτων και του πίδακα νερού μειώνεται. Ειδικά στον στενό χώρο του καταμαράν, απαιτείται κλιμάκωση 4 κινητήρων ντίζελ και η ισχύς που παράγεται από τον μπροστινό κινητήρα ντίζελ πρέπει να μεταδίδεται μέσω του πίσω κινητήρα diesel. Επομένως, αυτό απαιτεί μετάδοση με το μικρότερο βάρος και τα λιγότερα εξαρτήματα. Η χρήση του άξονα μετάδοσης κίνησης από υλικό σωλήνα από ανθρακονήματα μπορεί εύκολα να επιτύχει τον σκοπό της μείωσης του βάρους των εξαρτημάτων του κιβωτίου ταχυτήτων.
Τα κύρια πλεονεκτήματα των κινητήριων αξόνων CFRP περιλαμβάνουν: σημαντική μείωση του βάρους του κινητήριου άξονα. υψηλή κρίσιμη ταχύτητα, συνήθως δεν χρειάζεται να τακτοποιήσετε ρουλεμάν σε μακρύ άξονα, να μειώσετε τον αριθμό των ρουλεμάν, να μειώσετε το κόστος, να μειώσετε τον άξονα, να μειώσετε τα εξαρτήματα, να εξοικονομήσετε το κόστος των στηρίξεων ρουλεμάν και να μειώσετε το βάρος. αντοχή στη διάβρωση, χαμηλό μαγνητικό σήμα, ηλεκτρικό σήμα, αντι-φθορά, μπορούν να μειώσουν το θόρυβο στη δομή και τον αέρα κατά 520dB. (Πηγή: Easy Composites / Composites Xintiandi)
