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第27章 航母纵横谈(23)

集体防护系统集中监测控制设备由监控台和显示屏组成,该监控设备可监控全舰各集体防护区和有限集体防护区的集体防护系统运行,该设备有以下监测控制功能:监控各滤毒通风装置运行;监控与滤毒通风装置联合运行的空调通风系统运行;监控所有与露天相通的风口的密闭装置的启闭;监视与集防区密闭有关的气密门的启闭;监控各集体防护区和有限集体防护区的超压控制系统,监测各集防区的超雎隋况,当超压过高或过低及时报警,并将报警信号送到舰上有关控制部门;可实施集体防护系统从平时工况到战时三防工况转换操作和战时三防工况向平时工况转换操作。

水防护系统监测控制设备由监控台和显示屏组成,可监控全舰水幕系统运行,也可监控洗消溶液供给系统的运行。

航母的建造材料2006年5月17日上午,法国西北部的布勒通海军基地一派紧张景象,天空有盘旋的直升机,海面上有数十艘海军舰艇在附近水域游弋。在12艘军拖船的牵引下,排水量2’7000吨的“克莱蒙梭”号航母被缓缓地拖到它的锚地。它曾是法国海军的骄傲,服役35年,参加过1991年的海湾战争,战功赫赫。可是这次在码头上没有欢迎的人群,无关人员都禁止进入“克莱蒙梭”号300米范围内。而在远远围观的人群中甚至有人称其为“鬼船”。这一切都是怎么了?

原来, “克莱蒙梭”号航母在退役后,法国军方多次为其寻找买家,但都未果。2005年,法国军方将“克莱蒙梭”号卖给了印度。但这笔交易遭到了环保人士的强烈反对,绿色和平组织指出,这艘皖母匕装载有包括对人体有害的石棉在内的近千吨有毒材料,违反了《巴塞尔公约》。在航母拖往印度沿途也不断遭到环保^士的抗议,甚至埃及政府一度拒绝允许其通过苏伊士运河。2006年1月,印度政府以有毒物质含量信息不清为由,拒绝“克莱蒙梭”号航母进入其水域。最终在国内外强大的压力面前,法国下令召回“克莱蒙梭”号,要求有关方面准备评估遗留在航母上的石棉含量。于是,人们就看到了前述的那一幕。

—艘航母上为什么会有这么多有毒的材料呢?这就要从航母一断中类繁多、数量巨大、性能各异的材料说起了。

航母是—个国家工业及科技水平的展示平台,它几乎集中了所有先进的技术和材料。一艘航母所用的材料主要有船体结构材料、装甲材料、耐烧蚀材料、隔热保温材料、特种装置材料和涂料等。

船体结构材料航母上用量最多的材料当属建造航母船体的结构材料,是它们构成了航母的巨大船体外壳、各层甲板、上层建筑。航母船体巨大,上面搭载的飞机、武器、辅助和补给储备重量都是十分惊人的。加之航母航行在海上,要承受巨大的波浪载荷,因此船体结构材料要有足够的强度。而且航母的服役期大都长达40年甚至更久,所以需要结构材料结实耐用。目前,航母所用的船体结构材料主要是钢材、铝合金和复合材料。

船体结构钢钢材是水面舰艇的传统结构材料,也是建造现代航母最主要、最关键的结构材料,它具有强度高、工艺性能好及耐海水腐蚀等特点。第二次世界大战后,世界各:军事强国研究开发了系列化的高强度舰船用钢。

美国从20世纪50年代开始逐步建立HY系列高强度结构钢体系,发展了用于航母建造综合性能好的HTS钢和HY80钢,屈服强度分别达到355兆帕和550兆帕。在HY8基础上,改变合金含量及回火温度以提高强度,研制了屈服强度690兆帕级的HYl00钢。

该级别钢从1966年开始用于航母飞行甲板的建造,一直到80年代,HY系列都是美国航母的主要结构用钢。但HY系列钢材在焊接时,为防I匕开裂,需要控制包括预热、层间温度、焊接材料储存和检验在内的许多因素,建造成本较高。进入20rⅡ±纪80年代后,随着超低碳、超纯净钢冶炼、微合金化及控轧控冷等冶金技术的发展,美国开始研制不需预热或只需较低温度预热就能焊接的HSLA系列钢,提高了生产效率,降低了建造成本。

美国曾作过计算,若—艘航母材料的50%使用HSLA系列钢材,将比全部使用HY系列钢材节省920万~2070万美元。由于HSLA系列钢材具有这些特定优点,美国海军已逐步用HSLA系列取代HY系列进行航母建造。

HSLAl00的第一批订货用于核动力航母“斯坦尼斯”号,以代替HY100。在“杜鲁门”号上,HSLA的用量增加到大约15420吨,“里根”号上也继续增加其使用量。

俄罗斯传统上更力11重视核潜艇的建设,1954年开发出了潜艇壳体用AK25及其改进型钢材,不仅强度高,而且可在常温下进行焊接,不需要预热,性能优良。因此,苏联建造皖母时也采用了这种材料。

铝合金材料铝合金具有重量轻、强度高、工艺性能好以及无磁性等特点,能有效减少空船重量、降低建造成本。当使用在合适的部位,诸如上层建筑上时,可以起到降低航母重心高度的作用。美国“独立”号航母上采用了1222吨铝合金,比采用钢材轻908吨。但是在马岛海战中,铝合金材料也暴露了它的重大缺陷。英国“谢菲尔德”号导弹驱逐舰在被阿根廷的“飞鱼”导弹击中后,爆炸产生大火,舰上的铝合金结构因热传导陕、熔点低而软化甚至熔化,起火后难以阻隔火势的蔓延,最后导致舰艇沉没。以后的军舰设计中各国都严格限制了铝合金材料的使用范围。

此外,铝合金上层建筑与钢结构连接处易疲劳断裂,这导致连接工艺复杂和生产成本提高。这些因素都制约了铝合金材料在航母上的大规模应用。但是,航母本身庞大,内部舱室分隔很多,因此从整体匕看利用铝合金材料建造部分区域的舱壁或上层建筑的部分结构还是利大于弊的。

增强复合材料复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料结合为—体,达到预期使用特I生而设计制造的新材料。目前用于水面岘艇建造的主要复合材料有玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料等。随着复合材料在“拉斐特”级护卫舰上层建筑上的成功应用以及其他中型舰船采用复合材料建造技术的发展,预计在航母上也将更多地采用复合材料。

增强复合材料具有一系列对航母有利的性能。

优良的力学性能 同等强度的增强复合材料,其重量仅为装甲钢板的l/10,故可甩来建造航母的上层建筑或替代部分舱壁和门,以减轻结构重量,降低舰船重心,提高船舶稳陛,改善耐波性。

低磁性特征 能够大大减低结构的磁I生信号,降低遭到磁引信水雷攻击的概率。

良好的电波透性能、声学和红外特征 复合材料对电磁波的吸收率低,适宜建造舰艇武器雷达罩和声呐导流罩。

优良的防火性能 采用该类材料制成的舱壁可防火焰扩散、减少发烟。

耐久性能卓越 复合材料抗海水、盐雾的腐蚀能力更强,抗疲劳和抗冲击性能优越,因此具有良好的耐久性,适合作为像航母这样的服役期很长的舰船的结构材料。

优良的设计、工艺性 复合材料具有材料的可设计性,可根据舰艇不同部位的结构要求,进行材料、铺层和结构的优化设计。

此外,复合材料还具有易成型、易修补的特点,适宜制造复杂的结构,可缩短建造周期,而目.维护费用也比较低。

美国海军于1995年着手实施先进的封闭桅杆/传感器(AEM/s)计划。该桅杆采用复合材料制造,极大地减少了己方频率信号损失,同时,降低了桅杆雷达反射截面,保护了主天线和其他敏感电子设备。美国新一代航母将装备AEM/s系统。同样,英国也制造了类似的复合材料桅杆,计划安装在2012年后建造的航母上。可见复合材料的优越性能使得其在造船工业中风头大展,成为当今其他材料难以替代的重要的造船材料。

当然,复合材料也有缺点,如玻璃钢的弹性模量不足;复合材料的层间剪切强度低,手工成型较多,建造成本较高。但随着科技的进步,复合材料在航母上的应用前景还是十分广阔的。

装甲材料

第二次世界大战的教训表明,现代军舰不仅要有战斗能力,还要具有一定防护能力和抗破损能力。例如,第二次世界大战中被击沉的航母有55%是由于水下防护差,舰体遭到破坏而沉没的。这使人们又开始重视航母装甲防护。从二战后美国建造的航母上可明显地看出这种趋势。而且随着航母的造价越来越高昂,装甲防护就更加受到重视了。

装甲材料大致可以分为钢质装甲和复合材料装甲。

钢质装甲

钢质装甲历经1代发展改进,目前在舰船装甲材料领域内仍然占有主导地位。

美国为了提高航母的装甲防护水平大量采用HY80类高强度钢。在强力甲板和一些关键部位,更是规定使用高强度钢。

钢质装甲的大量使用将导致船体重量增大,削减武器弹药的搭载,或者降低航速,从而削弱了舰艇的战斗力,因此各国都在不遗余力地研究怎样在提高装甲防护能力的同时减轻装甲的重量。

非金属材料装甲20世纪70年代后期,装甲防护技术发展进入了新的阶段,由过去单独依靠均质钢装甲逐步向通过有效的结构设计制成的复合装甲发展,装甲的性能得到很大的提高,而重量大大减轻。

复合材料装甲通常是由高性能纤维增强的树脂基材料复合制成的,主要有玻璃钢、芳纶纤维、高硬度陶瓷等新型非金属材料。先进复合材料具有密度小、防护性能高、制造工艺简单等特点,设计恰当的先进复合材料装甲,在同等重量的情况下,其防御能力是钢质装甲的数倍。

玻璃纤维复合材料(玻璃钢)

早在第二次世界大战期间,美国已开始进行玻璃钢装甲的研究。随着s一2高强度玻璃纤维的出现,高性能玻纤复合材料就成为第一代复合装甲材料。据称,美国已经将s一2玻璃纤维应用在了大型航母上。此外有报道称,俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母的舷侧防护装甲为玻璃钢质。

芳纶纤维——“凯夫拉”复合材料“凯夫拉”是由美国杜邦公司1965年研制出的一种芳香族聚酰胺纤维,它强度高、韧性高,具有很高的耐冲击能力。而且“凯夫拉”的重量轻,比重只有玻璃纤维的一半左右,在重量相同的情况下, “凯夫拉”复合装甲可提供5倍于钢质材料的防护。而且增强复合材料具有能经受多次冲击的特点,在这方面比玻璃纤维复合材料有优势。另外在自由衰减特陛、耐火、耐疲劳方面也有不俗表现,但是其价格较高。

“凯夫拉”复合材料在航母防护上具有很大潜力,是很有开发前途的一种材料。美国海军的“尼米兹”级核动力航母采用了这种材料制造复合装甲,作为作战指挥中心、弹药舱等要害舱室的防护装甲。而法国最新的“戴高乐”号核动力航母也在甲板上层建筑和舰上重要的操控室及敏感的技术舱室等关键部位敷设了“凯夫拉”装甲。

耐烧蚀材料和隔热保温材料现代航母一般都储备有大量的航空燃油、舰艇燃料和数十架飞机及各种武器弹药。一艘航母相当于一座巨大的油料库和弹药库,火灾和爆炸是它的致命大敌,所以航母的绝缘材料和耐烧蚀材料与—般的水面舰艇相比要求异常严格。绝缘材料防火陛能的好坏直接影响到航母的生命力,同时由于这类材料遍布于航母,用量很大,与舰员的生活环境以及建造的经济性也大有关系。

耐烧蚀材料耐烧蚀材料是航母的必备材料。根据其应用部位可以分为两种基本类型:—种是耐烧蚀涂料,用于航母弹药舱及其他关键部位,如舰员的应急通道、避难区、电缆管道、救生设备存放区。早期美国海军使用含有石棉填充物的碳化型耐烧蚀材料,后因为石棉是致癌物,目承受热负荷不高,研制了性能更优秀的膨胀型耐烧蚀材料,已经成为目前的主流材料。

美国海军的测试证明,这种材料可以推迟自燃时间,能用于航母的弹药舱及其他关键部位。当火灾发生时,可以有效地控制火势的蔓延,赢得宝贵的时间进行扑救,对于提高航母的生命力有重大的意义。另—种是结构型耐烧蚀复合材料,舰上导弹发射时会产生大量高温气流,所有储存箱底部及气流排导系统的内表面都需要用耐烧蚀材料进行保护,这种系统常采用复合材料与涂料相结合的形式。美国目前使用以酚醛树脂为基体的碳化型纤维增强材料。

舱室隔热保温材料美国航母上除了配置自动防火系统外,还要求火灾区在燃烧时,临近舱室的温度不能过高,从而尽量减少火灾的损失。这就需要敷设隔热材料。航母常用的常规隔热保温材料有:玻璃棉、酚醛泡沫、阻燃陛的无机纤维材料。

聚酰亚胺泡沫材料聚酰亚胺绝热保温材料与其他同类材料相比,具有良好的绝热保温效果;良好的阻燃陛,抗明火,不发烟,不产生有害气体;质量轻,若在大型航母上使用,可比使用传统的纤维隔热材料轻250吨;较好的韧性和弹性;易于安装和维护;耐高低温;环境友好,不含卤素和消耗臭氧的物质。美国第—艘采用聚酰亚胺泡沫材料的登陆气垫船在使用15年后,性能仍然满足相关要求,由此可见这种材料的耐久生能优良。目前这种材料在美国的航母已经开始得到广泛的应用。

硅质纳米孔超级绝热材料硅质纳米孔超级绝热材料具有重量轻、导热系数低的特点,在高温下也能保持很好的隔热效果,绝热保温陛能优异。资料显示,船舶使用十几毫米厚的硅质纳米孔超级绝热材料就可满足很高级别的耐火分隔要求,而相同情况下达到同样效果将采用3倍以上重量的其他无机保温材料,因此大大减轻了船体的重量并节约了空间。但由于价格较贵,在航母上,硅质纳米孔超级绝热材料主要用于重要舱室、高温排气管的绝热保温和耐火分隔。

特种装置材料航母特种装置主要包括对舰载机移动、起飞、着舰起关键作用的设备装置,它们的工作条件通常十分恶劣,对所用的材料性能也会有很高的要求,如弹射器的蒸汽缸体、制动缸、喷气偏流板、阻拦索等。对于航母而言,这类材料是至关重要的,离开了它们航母是不可能正常运作的。

弹射器的储汽罐弹射器的储汽罐是—种大尺寸的高压容器,用来储存弹射飞机的蒸汽。虽然储汽罐结构简单,但由于要承受高压,尺寸大,因此对材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了很高要求。对于航母弹射器来说,有使用次数、重量限制和耐高温方面的要求,所以制造难度就更大。制罐材料为耐热的特种合金钢,必须要有很好的抗蠕变性能和抗拉强度,而目还要承受几十万次的弹射加压/卸载的疲劳测试,目前仅有几个国家具备制造能力。美国原来采用压力容器钢制造弹射器的蒸汽缸体,后改用不锈钢材料。

蒸汽弹射器制动缸蒸汽弹射器的制动缸位于弹射器的尾端,能使弹射器的活塞在完成飞机弹射任务后,在极短的时间和距离内停止。美国采用钛合金,不仅解决了腐蚀问题,而且还能减轻设备重量(大型航母—般至少有8个这样的制动缸,采用钛合金后,可减重约15吨)。

喷气偏流板喷气偏流板工作时,受到高温气流的冲击,表面温度升高很陕,需要用海水进行冷却。美国航母上的偏流板采用耐腐蚀性能良好的钛合金制造,利用钛合金耐海水腐蚀性能优异、耐热陛能也不错的特点,制造出的喷气偏流板,经过实际使用证明效果很好。

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