軍事專家巡航者介紹,“維克蘭特號(hào)”航母于1999立項(xiàng),2006年開(kāi)始建造,至今過(guò)去10年有余,居然還沒(méi)有服役,中間還有3次下水的“奇特”過(guò)程,讓人對(duì)印度工業(yè)“刮目相看”。從印度的武器裝備和航母的建造中我們看出,前行中有問(wèn)題不是事兒,但同種情況幾十年了不斷出現(xiàn)才是事兒,我們沒(méi)有嘲諷任何人的意思,因?yàn)槲覀円彩菑那G棘亂石中走來(lái),我們知道追趕的痛苦。
前段時(shí)間美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站刊發(fā)了一篇文章,聲稱五角大樓指望著印度國(guó)產(chǎn)航母可以幫忙“制衡”中國(guó),于是派出美國(guó)海軍技術(shù)人員前去考察印度第一艘國(guó)產(chǎn)航空母艦“維克蘭特”號(hào)。美國(guó)技術(shù)人員自然知道印度航母不能和美國(guó)海軍相比,但是他們?cè)诳催^(guò)“維克蘭特”號(hào)后才知道自己想太多了,因?yàn)?ldquo;維克蘭特”號(hào)的情況可以說(shuō)令這些美國(guó)人“瞠目結(jié)舌”,因?yàn)橛《葒?guó)產(chǎn)航母的質(zhì)量實(shí)在是太差了。
美軍技術(shù)人員認(rèn)為“維克蘭特”號(hào)在設(shè)計(jì)和建造方面都存在“嚴(yán)重瑕疵”,變速箱、戰(zhàn)機(jī)起飛系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)都有嚴(yán)重的問(wèn)題。而承造的船廠“之前沒(méi)有戰(zhàn)艦建造經(jīng)驗(yàn)”,造成的后果就是這艘3年前就下水的船艦,可能要再等10年才有作戰(zhàn)能力。
如何讓航母在強(qiáng)腐蝕海水中駛得更遠(yuǎn)?
航空母艦(航母)——作為海上大型軍艦、路上機(jī)場(chǎng)航站、空中飛機(jī)的集合體,??樟α康娜诤象w,發(fā)展至今,航空母艦已是現(xiàn)代海軍不可或缺的武器,也是海戰(zhàn)最重要的艦艇之一。
航空技術(shù)發(fā)展在很大程度上依賴于材料進(jìn)步,“一代材料、一帶裝備”是材料推動(dòng)航空技術(shù)進(jìn)步的真實(shí)寫(xiě)照。
航母是一項(xiàng)復(fù)雜的巨系統(tǒng)工程,包括船體、動(dòng)力設(shè)備、管路及附件設(shè)施、甲板、電力設(shè)備、船艙以及艦艇、戰(zhàn)斗機(jī)等裝備。因此,所使用的材料種類繁多,工作環(huán)境復(fù)雜,腐蝕破壞因素急劇增加。
1航母服役環(huán)境極其苛刻
腐蝕環(huán)境特點(diǎn)如下:
1、風(fēng)高浪大,海況險(xiǎn)惡;
2、海洋環(huán)境溫差大、高濕、干濕交替、高鹽霧等加速了材料老化、腐蝕進(jìn)程;
3、海水、泥沙、油氣、酸、堿、輻射等腐蝕介質(zhì)種類多,水、液、氣、海生物共同作用;
4、遭受波浪碰擊、沖擊、振動(dòng)、熱偏移、船貨漂移、飛機(jī)起落、武器反沖擊以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)載荷等多種載荷共同作用。
腐蝕是影響材料長(zhǎng)期性能的最重要因素。一個(gè)系統(tǒng)的腐蝕失效故障有可能影響全艦功能的發(fā)揮。然而,對(duì)于航母來(lái)說(shuō),腐蝕控制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
2航母材料腐蝕防護(hù)及控制特點(diǎn)
1、腐蝕環(huán)境多樣,防護(hù)要求高,防腐設(shè)計(jì)難度大
2、材料選擇系統(tǒng)組成復(fù)雜,設(shè)備數(shù)量多,腐敗故障影響大
3、艙室結(jié)構(gòu)復(fù)雜,防腐施工空間小,修理難度大
材料是推動(dòng)航母技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。材料的性能水平高低很大程度上影響各個(gè)系統(tǒng)的功能,進(jìn)而決定了航母的性能水平。因此要求航母用材料必須具有高強(qiáng)度、高韌性,抗海水腐蝕,防磁耐高溫和耐沖擊能力,抗微生物腐蝕,高止裂性能等。
目前,一系列高性能先進(jìn)材料在航母關(guān)鍵部件中廣泛應(yīng)用,推動(dòng)著航母工程的發(fā)展,包括:
1、特種合金鋼
2、先進(jìn)鈦及鈦合金
3、單晶高溫合金
4、先進(jìn)復(fù)合材料(鈦合金復(fù)合材料、樹(shù)脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、陶瓷及納米熱障涂層等)
5、甲板防滑、防腐涂料等。
3美國(guó)航母用特種鋼
(1)HY系列鎳-鉻-鈦合金鋼,耐蝕性、強(qiáng)度、焊接性、成型性與機(jī)加工性優(yōu)異,如HY-80、HY-100鋼,是制造航母、核潛艇最佳鋼材。
(2)HSLA系列高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼。HY-80鋼用于建造大型水面艦艇,如驅(qū)逐艦、巡洋艦和航空母艦等,尼龍茲級(jí)核動(dòng)力航母主要結(jié)構(gòu)材料之一。
(3)HSLA-100、HSLA-115鋼,HSLA-100是一種低碳、銅沉淀強(qiáng)化尖端低合金鋼。已應(yīng)用于美國(guó)新建航母殼體和核潛艇,核動(dòng)力航母“斯坦尼斯”號(hào)(CVN-74),以及航母CVN-78的飛行甲板。
俄羅斯AK系列鎳鉻加鈦合金鋼,堪稱世界上屈服強(qiáng)度最高的材料,可達(dá)1000MPa,可用來(lái)制造航母和深潛核潛艇。
4航母用特殊材料
航母用鈦及鈦合金
1、其高強(qiáng)度、可焊性和耐腐蝕性廣泛應(yīng)用于核潛艇、深潛器等艦艇結(jié)構(gòu)設(shè)備;
2、抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優(yōu)異,如Ti75合金等,廣泛應(yīng)用于螺旋槳、往復(fù)式鹽水泵 、舷側(cè)雙座雙球閥閥桿材料;
3、比其他合金更優(yōu)異的耐海水蝕性能,高比強(qiáng)度、低密度,廣泛應(yīng)用于傳熱管、冷卻管;
4、抗海水、Cl-及高溫下應(yīng)力腐蝕。如Ti31鈦合金等,廣泛應(yīng)用于冷卻器、換熱器、管路等,鈦換熱器污堵系數(shù)僅為0.95~0.99。
單晶高溫合金
單晶高溫合金憑借其蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕特性,廣泛應(yīng)用于渦輪葉片、渦輪盤(pán)等結(jié)構(gòu)材料中。
碳纖維復(fù)合材料
碳/碳復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、模具高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異性能,是世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)國(guó)家為未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件研究和發(fā)展的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。美國(guó)已經(jīng)將碳/碳復(fù)合材料應(yīng)用于F100發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室噴嘴,還計(jì)劃將其應(yīng)用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噴管;法國(guó)已經(jīng)將它應(yīng)用于M53發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的噴油桿、隔熱屏和調(diào)節(jié)片。目前,人們正在研究和解決其高溫抗氧化性能差的問(wèn)題。
陶瓷熱障涂層
陶瓷基復(fù)合材料具有低密度、耐高溫、耐腐蝕和耐燒蝕等優(yōu)點(diǎn),耐溫高達(dá)1370~1480℃,是戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室/加力燃燒室火焰筒、渦輪轉(zhuǎn)子/靜子葉片、加力燃燒室火焰穩(wěn)定器、排氣噴管調(diào)節(jié)片等部件的極好候選材料。目前,金屬纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于M53和M88發(fā)動(dòng)機(jī)上。
第4代陶瓷熱障涂層以及第5代納米熱障涂層也逐步替代等離子噴涂涂層成功應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等高溫部件上,實(shí)現(xiàn)內(nèi)外超級(jí)熱障性能,如JT9D戰(zhàn)斗機(jī)。
航母甲板防滑防腐涂料
飛行甲板涂料不但要承受艦載機(jī)尾鉤的沖擊和阻攔索的研磨,飛機(jī)、車(chē)輛和人員的碾壓,還要遭受潮濕鹽霧的海洋大氣環(huán)境侵蝕,以及甲板清潔劑與油污的腐蝕。
近年來(lái),國(guó)外開(kāi)展了非晶態(tài)金屬基涂料、高耐久性防滑涂料、單層快干防滑涂料等多種新型防滑涂料、單層快干防滑涂料等多種新型防滑涂料的研究工作,以期進(jìn)一步提高防滑涂料的耐腐蝕、抗高溫等性能,減少使用維護(hù)工作量。
DARPA開(kāi)發(fā)出耐高溫抗沖擊防滑涂料可解決MV-22“魚(yú)鷹”運(yùn)輸機(jī)和未來(lái)F-35B聯(lián)合攻擊機(jī)在兩棲艦飛行甲板起降時(shí)艦載機(jī)高溫尾流噴射帶來(lái)的甲板變形問(wèn)題;
海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)正致力于開(kāi)發(fā)出更長(zhǎng)壽命、耐高溫的下一代非環(huán)氧類防滑涂料;
美國(guó)奧斯汀公司新推出一種利用玻璃纖維加強(qiáng)“抓牢”防滑復(fù)合材料,含有韌化劑,不含易揮發(fā)的有機(jī)化合物,也不含毒劑和致癌化合物,主要用于起降落區(qū)。“抓牢”涂層可承受15000次阻攔著艦。
石墨烯防腐涂料
隨著石墨烯的火熱,石墨烯防腐涂料也逐漸出現(xiàn)在了人們面前。雖然還沒(méi)應(yīng)用到航母這種超大型軍事裝備上,但目前已大規(guī)模應(yīng)用于海船、海上風(fēng)電塔筒等海上設(shè)備的防腐。這種新型防腐涂料填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外將石墨烯運(yùn)用于防腐領(lǐng)域的空白。石墨烯作為人類已知最硬、最薄的納米新材料,相信在不久后,其防腐涂料就能大規(guī)模應(yīng)用到航母等大型軍事裝備的防腐領(lǐng)域。
5案例:艦載機(jī)腐蝕防護(hù)
米格29-K艦載機(jī)采用高防腐蝕性的海軍RD33K發(fā)動(dòng)機(jī),采用無(wú)煙燃燒室和一種新型抗腐蝕蒙皮,并增加可折疊的空中受油裝置。
美國(guó)著名的F-14“雄貓”艦載戰(zhàn)斗機(jī)、FA-18機(jī)身均采用高抗腐蝕涂層。美國(guó)也用了多種材料防止飛機(jī)腐蝕,其中例如采用鋁皮包減少腐蝕趨向,改善涂層附著力。使用卓越彈性和耐久性的聚氨酯面漆。聚硫化物密封劑和鉻酸鹽底漆被用于連接表面和鏈條密封,以減少水侵入。
6如何讓航母行得更遠(yuǎn)?
1、加大新材料的研發(fā)力度,提高結(jié)構(gòu)材料、管路材料的防腐性能;
2、加強(qiáng)海水系統(tǒng)腐蝕、污損規(guī)律及控制技術(shù)研究;
3、研發(fā)長(zhǎng)效防腐防污涂料、高性能飛行甲板涂料;
4、提高材料腐蝕、老化機(jī)制評(píng)價(jià)手段,從總體設(shè)計(jì)、施工控制、仿真、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)與評(píng)估等方面全方位開(kāi)展航母腐蝕控制技術(shù)方案研究;
5、編制航母及艦載設(shè)備腐蝕控制設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)修理指南。
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