加快推进潜艇结构应用复合材料等新材料技术,是潜艇隐身设计实现中高航速流激噪声降低、结构减重以及结构功能一体化的迫切需求。已有大量文献对新材料技术相关的材料配方、结构设计、成型工艺等进行了研究,但系统、全面的分析新材料在潜艇结构中的应用及发展趋势的文献较少。本文在分析潜艇隐身设计对结构新材料应用的军事需求基础上,梳理了国外舰艇(特别是潜艇)在结构新材料应用方面的先进经验,分析了潜艇结构新材料发展趋势,对于推进新材料技术应用创新提升潜艇隐身性能具有重要意义。
Accelerating the application of new materials such as composite material in submarine structure, which is the pressing needs of submarine stealth design that realizes high speed noise reduction, structure weight loss and integration of structure and function. A large number of literatures have studied the material formulation, structural design and forming process related to the new material, but few literatures systematically and comprehensively analyzed the application and development of the new material in submarine structure. Based on the analysis of the military requirements of submarine stealth design for the application of new structural materials, this paper teases out advanced experience of foreign ships (especially submarine) in the application of new structural materials, and analyzes the development trend of new structural materials for submarines, which is of great significance for promoting the application and innovation of new materials technology to improve the stealth performance of submarines.
2022,44(7): 1-6 收稿日期:2021-04-08
DOI:10.3404/j.issn.1672-7649.2022.07.001
分类号:U663
基金项目:装备预研资助项目(HJ20182A020116)
作者简介:卜文俊(1979-),男,博士,副研究员,研究方向为振动噪声控制
参考文献:
[1] 冯利军, 程正冲, 李伏. 船用复合材料应用现状及发展[J]. 装备环境工程, 2017, 14(5): 51–55
[2] 徐飞, 李铣镔. 舰用雷达波隐身材料的应用及发展[J]. 舰船科学技术, 2018, 40(11): 10-12.
XU Fei, LI Xian-bin. The application and development of the Radar wave stealth material on combat vessels[J]. Ship Science And Technology. 2018, 40(11): 10-12. (in Chinese)
[3] 杨珍菊. 国外复合材料行业进展与应用(中)[J]. 纤维复合材料, 2017, 34(1): 30-42.
[4] 鲁俊民, 靳艳芳. 复合材料层在船体表面防护的应用[J]. 舰船科学技术, 2017, 39(2): 189-191.
LU Jun-min, JIN Yan-fang. Study on the application of composite material layer on hull surface protection[J]. Ship Science And Technology. 2017, 39(2): 189-191.
[5] 周俊. 复合材料在国外海军舰船上的应用[C]//第三届中国国际复合材料科技大会摘要集-分会场51-56. 中国复合材料学会、杭州市人民政府: 中国复合材料学会, 2017: 1.
[6] 魏明恺. 复合材料在海洋船舰中的应用[J]. 中国战略新兴产业, 2017(4): 141–144
[7] 韩硕. 船体材料的发展与进化[N]. 中国有色金属报, 2017-02-04(007).
[8] 张文毓. 船舶复合材料的研究与应用进展[J]. 船舶物资与市场, 2017, (6): 41-46.
[9] 于树华. 潜艇舱段模型振动噪声源分离量化方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2013.
[10] 刘刚. 舰船宽带噪声双谱分析与波形重构[D]. 西安: 西北工业大学, 2001.
[11] 王勇, 鲁克明等. 国外潜艇声隐身技术的现状及发展方向[J]. 船舶电子工程, 2010, 30(1): 1–4
[12] 何琳, 徐伟, 卜文俊, 等. 舰船推进动力系统新型隔振装置研制与应用[J]. 船舶力学, 2013, 17(11): 1328-1338.
[13] 何琳, 赵应龙. 舰船用高内压气囊隔振器理论与设计[J]. 振动工程学报, 2013, 26(6): 886-894.
[14] 卜文俊, 何琳, 施亮. 船舶推进装置气囊隔振系统对中可控性问题研究[J]. 振动与冲击, 2015, 34(5): 56-60.
[15] 卜文俊, 施亮. 推进系统气囊隔振装置热膨胀变形不对中影响计算方法[J]. 海军工程大学学报, 2015, 27(6): 60–62,102
[16] 舒敏骅, 沈浩, 尤云祥, 等. 非均匀来流条件下螺旋桨诱导的脉动压力变化特性试验研究[J]. 推进技术, 2017, 38(6): 1287–1293
[17] Vinson j r Sierakowski-R-L. Springer Science & Business Media[M], 2006.
[18] 刘娟. 复合材料在国外潜艇中的应用与研究进展[J]. 军民两用技术与产品, 2019, 12: 3–5
[19] 大国利器. 军工行业深度研究报告-军工材料专题之复合材料[EB/OL]. http://www.xianyichina.com/c624.html.
[20] 国际船舶网. LR发布2030年全球海洋技术趋势报告[EB]. http://www.eworldship.com/html/2015/ classification _society_0909 /106390.html.
[21] DANIEL I M Ishai-O. Oxford University Press[M]. New York, 1994.
[22] DOGHRI I Ouaar-A. Homogenization of two-phase composite materials and structures: study of tangent operators, cyclic plasticity and numerical algorithms[J]. International Journal of Solids and Structures, 2003, 40(7): 1681–1712
[23] BARBERO-E J. Introduction to composite materials design[M]. CRC press, 2017.
[24] 杨万国, 董秀彩, 董彩常, 等. 舰船用复合材料海洋环境试验方法[J]. 全面腐蚀控制, 2017, 31(5): 40–45.
[25] 石勇, 刘宇, 刘鑫, 等. 夹层复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究[J]. 材料开发与应用, 2008, 23(6): 21–25.
[26] 韩振宇, 张鹏, 郑天宇, 等. 纤维增强树脂复合材料网格结构成型工艺研究进展[J/OL]. 复合材料学报: 1-13[2019-11-05]. https: //doi. org/10.13801/j. cnki. fhclxb. 20190628.003.
[27] 梅志远, 陈国涛. 舰船复合材料层合板结构疲劳可靠性分析方法初探[J]. 海军工程大学学报, 2017, 29(2): 1–4,10
[28] 朱锡, 石勇, 梅志远. 夹芯复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究[J]. 中国舰船研究, 2007(3): 34–39
Zhu Xi, Shi Yong, Mei Zhi-yuan. Laminated compound material and technologies in the development of acoustic stealth structure in submarine[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2007(3): 34–39
[29] 张胜男, 刘艳兵. 汽车用碳纤维复合材料的结构设计与加工工艺[J]. 汽车工艺与材料, 2018(9): 1–8+14
[30] 王增加, 刘建军, 韩笑, 等. 一种大型碳纤维复合材料桁架结构的设计与研制[J]. 化工新型材料, 2018, 46(5): 71–74
[31] Måns H, Erland J, W RJ. Cost and weight of composite ship structures: a parametric study based on det norske veritas rules[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 2018, 232(3).
[32] 田骏, 叶丹丹, 罗梅杰. 二氧化硅气凝胶/聚氨酯隔热材料的研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018(3): 96–100
[33] F Gibson-R. A review of recent research on mechanics of multifunctional composite materials and structures[J]. Composite Structures, 2010, 92(12): 2793–2810
[34] 张惠丽. 复合材料成型模具的新进展[J]. 航天工艺, 1992(1): 38–41
[35] 章令晖, 李甲申, 韩宇, 等. 复合材料成型模具研究进展[J]. 航天制造技术, 2013(1): 13–17
[36] 钱彪. 船舶轻量化连接结构设计研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2017.
[37] 张玲, 侯永振, 王雯霏. 舰船用丁腈橡胶复合阻尼材料的制备及性能研究[J]. 材料开发与应用, 2017, 32(3): 16–21
[38] 王洋. 潜艇指挥台围壳模型流激振动噪声特性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2008.
[39] 徐直. 水下吸声复合材料结构优化设计[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017.
[40] 李艳臣, 李任戈, 熊伟, 等. 新型复合材料模块化上层建筑的应用[J]. 广东造船, 2018, 37(1): 67, 79-80.
[41] 郑毅. 舰船复合阻振基座的减振特性研究与实验[J]. 舰船科学技术, 2017, 39(12): 25–27
ZHENG Yi. Research and experiment on vibration resistance performance of ship composite base structure[J]. Ship Science And Technology, 2017, 39(12): 25–27
[42] 潘康华. 船用复合材料夹层板架极限强度分析[D]. 镇江: 江苏科技大学, 2017.
[43] 康逢辉, 吴医博, 杨瑞瑞, 等. 阻尼复合材料在舰船筏架中的应用研究[J]. 舰船科学技术, 2018, 40(7): 58–62
[44] 汤晓迪, 程一超. 舰艇声隐身技术与材料发展研究[J]. 民营科技, 2016(7): 50,53
[45] 德国214级潜艇[EB/OL]. 2018.https://www.sohu.com/a/231704160_817468.
[46] 崔为耀. 从212到216: 德国燃料电池AIP潜艇的演化[EB/OL]. 2012. http://www.rimnds.com/art/show.htm?id=499.
[47] 高倩. 德国的新型212A潜艇[J]. 飞航导弹, 2002(3): 26–27
[48] 连鲁军, 胡传辉, 吕家良. 常规动力潜艇的最新力作——德国214级潜艇性能评述[J]. 国防科技, 2006(6): 6–10
[49] 李玉荣. 德国海军潜艇发展思路分析[J]. 现代军事, 2017(9): 56–62
[50] 高峰. 212型潜艇——德国海军下一代潜艇指挥艇[J]. 船舶物资与市场, 1996(6): 45–48
[51] 王志华. U—212: 德国下一代柴电推进潜艇[J]. 船电技术, 1997(1): 55–56
[52] “弗吉尼亚”级潜艇首个复合材料围壳交付[J]. 玻璃钢/复合材料, 2012, (3): 113.
[53] 美国“弗吉尼亚”号攻击型核潜艇[J]. 现代兵器, 2005, (1): 53.
[54] 林科, 侯建军. 美国海军“弗吉尼亚”级核潜艇装备发展研究[J]. 现代军事, 2015(10): 72–76
[55] 陈昱澍, 黄继谦. 美国海军新一代“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇[J]. 现代兵器, 1999(8): 21–22
[56] 汪洋. 大张力缠绕复合材料身管的力学分析与结构优化[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2018.
[57] 毕婷婷. 浅谈海洋船舶中复合材料的应用要点[J]. 科技创新与应用, 2017(1): 148
[58] 复合材料船舶及其应用实例[EB/OL]. 2017. http://www.aitmy.com/news/201712/01/nems_224096.html.
[59] 钱江, 李楠, 史文强. 复合材料在国外海军舰船上层建筑的应用与发展[J]. 舰船科学技术, 2015(1): 233–237
QIAN Jiang, LI Nan, SHI Wen-qiang. The application and development of composites for foreign naval warships' superstructure[J]. Ship Science and Technology, 2015(1): 233–237
[60] 兰精灵. 高性能纤维复合材料在海洋中应用[EB/OL]. 2016.https://max.book118.com/html/2016/1220/74759165.shtm.
[61] 兰精灵. 美海军最新型短剑高速隐形试验快艇[EB/OL]. 2006. http://blog.sina.com.cn/s/blog_ 4a32d42f010004h1.html.
[62] 互动百科. 瑞典维斯比级轻型护卫舰[EB/OL]. 2018. http://www. baike.com/wiki.
Interactive Encyclopedia. Swedish Vesby class light frigate [EB / OL]. 2018. http://www.baike.com/wiki.
[63] 王健. 新一代飞行器雷达隐身技术发展方向初步分析[C]. 中国航空学会. 第八届中国航空学会青年科技论坛论文集, 2018.