3 CFRP作為先進(jìn)艦船船體結(jié)構(gòu)

CFRP對(duì)提高艦船的結(jié)構(gòu)、能耗和機(jī)動(dòng)性能等非常明顯。

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艦船關(guān)鍵部件。

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。

此外，隱身也是評(píng)價(jià)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，美國舉行了其首艘朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦的入列儀式。該艦是美國的下一代主戰(zhàn)艦艇，其集成了當(dāng)今最尖端的艦船技術(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)(簡稱IDHA)，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐銹蝕、透波性好，具有強(qiáng)大的隱身性能，被發(fā)現(xiàn)概率低于10%。

4 CFRP作為軌道交通車輛的車體結(jié)構(gòu)

輕量化是減少列車運(yùn)行能耗的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。金屬制造的軌道列車，雖車體強(qiáng)度高，但質(zhì)量大、能耗高。

CFRP是新一代高速軌道列車車體選材的重點(diǎn)，它不僅可使軌道列車車體輕量化，還可以改進(jìn)高速運(yùn)行性能、降低能耗、減輕環(huán)境污染、增強(qiáng)安全性。當(dāng)前，CFRP在軌道車輛領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢：從車箱內(nèi)飾、車內(nèi)設(shè)備等非承載結(jié)構(gòu)零件向車體、構(gòu)架等承載構(gòu)件擴(kuò)展；從裙板、導(dǎo)流罩等零部件向頂蓋、司機(jī)室、整車車體等大型結(jié)構(gòu)發(fā)展；以金屬與復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)為主，CFRP用量大幅提高。

由于車載設(shè)備幾乎沒有減重空間，因此，車身和內(nèi)部裝飾就成為了輕量化的重點(diǎn)對(duì)象。2000年，法國鐵路公司（SNCF）采用碳纖維復(fù)合材料研制出雙層 TGV型掛車；韓國鐵道科學(xué)研究院（KRRI）以此為基礎(chǔ)，研制出運(yùn)行速度為180 km/h 的TTX型擺式列車車體，其采用不銹鋼增強(qiáng)骨架，側(cè)墻體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯，蒙皮采用CFRP構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，車體外殼總質(zhì)量比鋁合金結(jié)構(gòu)降低了40%，且車體強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、防火安全性、動(dòng)態(tài)特性等性能良好，并于2010年投入商業(yè)化運(yùn)營。

2011年，韓國鐵道科學(xué)研究院（KRRI）研制出CFRP地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，質(zhì)量為 635 kg，比鋼質(zhì)構(gòu)架的質(zhì)量減少約30%。日本鐵道綜合技術(shù)研究所（JRTI）與東日本客運(yùn)鐵道公司聯(lián)合研制的CFRP高速列車車頂，使每節(jié)車箱減輕300~500 kg。2014 年9月，日本川崎重工研制的 CFRP 構(gòu)架邊梁，其質(zhì)量比金屬梁減少約40%。

（后續(xù)請(qǐng)見碳纖維的十六個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域及近期技術(shù)進(jìn)展(三)）

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