图4 CFRP在大型客机机身及承力结构中的应用
2016年8月17日,英国最新研制的“空中之恋10号(Airlander 10)”大型飞艇完成了其处女航(图5)。这架飞艇是一种轻于空气的航天器,被设计用来执行侦察、监视、通信、货物与救援物资的运输,以及乘客交通等。该飞艇采用日本可乐丽(Kuraray)公司生产的聚芳酯(Vectran)织物作蒙皮,蒙皮内充满了带压氦气;其形状结构材料采用CFRP,最大化地减轻了飞艇自身质量。无人值守的情况下,该飞艇一次可最长在空中漂浮5天。
图5 英国最新研制的“空中之恋10号(Airlander 10)”大型飞艇
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CFRP作为先进舰船船体结构
CFRP对提高舰船的结构、能耗和机动性能等非常明显。
瑞典在船艇制造技术方面有着传统优势,其夹层复合材料技术居世界一流水平,较早便采用CFRP技术研制军用舰船。2000年6月下水的瑞典海军维斯比号护卫舰(Stealth Visby)是世界第一艘在舰体结构中采用CFRP的海军舰艇(图6)。该舰长73.0 m、宽10.4 m、吃水深度2.4 m、排水量600 t;舰体采用CFRP夹层结构,具有高强度、高硬度、低质量、耐冲击、低雷达和磁场信号,以及吸收电磁波等优异性能。
图6 CFRP在舰船船体结构中的应用
由于成本原因,虽船舶中大量使用CFRP还有待时日,但其已实际用于制造民用新概念船艇和军用舰船关键部件。2010年,德国Kockums公司为瑞典探险家制造了一条几乎全部采用CFRP的新概念太阳能探险船——TuANor PlanetSolar。该船长31.0 m、宽15.0 m,以太阳能为动力。2010年9月27日,瑞典探险家Raphael Domjan驾驶该船出海,开始环球探险航行(图7)。
图7 CFRP在新概念船艇中的应用
CFRP还已用于舰船推进器叶片、一体化桅杆和先进水面舰艇上层建筑的制造。
低噪声、安静运行是军用舰船领域的一项核心技术,是舰船(特别是潜艇)性能的关键指标。因为螺旋桨高速运转时,其桨叶片上会产生时灭的空泡,导致桨叶剥蚀,并伴有强烈的振动和噪声。CFRP叶片不仅更轻、更薄,还可改善空泡性能、降低振动和水下特性、减少燃油消耗。图8(a)为以色列Deadliest号潜艇所用螺旋桨;图8(b)为日本中岛推进器有限责任公司(Nakashima PropellerCo., Ltd.)研制生产的CFRP大型货轮螺旋桨,它已于2014年5月安装在太鼓丸号(Taiko Maru)化学品货轮上。图9为英国罗伊斯罗尔斯公司(Rolls-Royce plc)为班尼蒂(Benetti)游艇生产的CFRP材质的推进器系统。