不久前，英國皇家海軍用玻璃鋼巡邏艇替換了兩艘直布羅陀中隊的鋼制巡邏艇。這兩艘玻璃鋼制19米長巡邏艇由英國默西塞德郡的海洋專業技術集團（MST Group）制造，比之前服役的更輕，速度也快得多，最高航速為40節。這種速度，結合最先進的光學和紅外探測系統，為中隊在英屬直布羅陀領海為高價值船只提供安全和部隊保護的工作提供了優勢。

MST與英國Norco Composites & GRP簽訂合同，制造船體、駕駛室和內部結構，如艙壁、大梁和碰撞艙。Norco使用由兩部分組成的GFRP工具和灌注裝置建造船體。鋪層計劃包括一層凝膠涂層和一層濕鋪設的短切氈襯底。該公司使用手壓輥將纖維壓實到復雜曲率的區域，如船體底部的噴水軌。

 

然后使用干織物，特別注意需要額外加固的區域，如動力傳動系統和龍骨。并安裝了CNC切割閉孔PVC芯套件，為面板提供所需的剛度和強度。

 

干纖維鋪層完成后，真空灌注乙烯基酯樹脂并固化12小時。同樣的制造方法被用于駕駛室。平面構件，包括艙壁、縱向和橫向梁、防撞艙室、水密艙室和地板，通過樹脂灌注單獨生產，然后由Norco或MST公司給粘合到結構上。縱向和橫向梁由多軸玻璃纖維織物和單向碳纖維制成。

 

這也為縱向大梁提供了加固，以應對船體高速在水中滑行時發生的三點彎曲。

通過使用夾具將低密度泡沫芯放置在船體上并將其粘合到位，將大梁過渡層壓到船體上。然后將玻璃織物鋪在芯上，接下來將干燥的結構真空注入預固化的船體外殼上。使用具有代表性的大梁截面進行一系列灌注測試，確保灌注布局合適，并成功潤濕蓋板層壓板。

 

將大梁灌注到位減少了制造階段，因為以后不必粘合到船體上。船壁用結構粘合劑連接到船體上，然后用雙軸玻纖織物手工覆蓋，以提供船體、艙壁和地板之間的結構連接。

 

目前MST公司獲得英國皇家海軍一份價值5076萬美元的合同，在未來四年向英國國防部警察和直布羅陀國防部警察交付18艘15米GFRP巡邏船。

 

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在艦艇工業中發揮重要作用

 

復合材料自問世以來就一直在艦艇工業中發揮著重要作用。國內外對其在海軍艦艇上的應用非常重視。復合材料在海軍艦艇上應用時具有如下突出的優點：優良的力學性能；耐腐蝕；大幅減重；優良的聲、磁、電性能；優良的設計、施工性能，容易維護，維護費用遠低于鋼制艇和木制艇。

 

復合材料在船艇制造方面比金屬和其他傳統材料，如木材，具有更多的優點。與鋼或鋁等金屬相比，復合材料可以將部件的總重量減少30～40%。重量的整體減少帶來了一連串的二次優勢，如更低的運營成本、更少的溫室氣體排放和更高的燃油效率。復合材料的使用還通過部件整合，消除了緊固件，從而進一步降低重量。

 

復合材料也為船艇建造師提供了更大的設計自由度，從而有可能制造出形狀復雜的部件。此外，如果將復合材料與有競爭力的材料相比，復合材料部件的壽命周期成本明顯更低，因為它的維護成本更低，而且由于具有耐腐蝕性和耐久性，其安裝和裝配的成本也更低。

 

對于船艇制造來說，材料和結構的一體性可大大減少車、鉗、刨等機械加工過程和裝配過程，使船殼和構件的整體性好，無接縫或少接縫，且無滲漏，從而提高船艇的整體性能。復合材料船艇的維護費用也低于鋼船和木船。每年，全球鋼制船艇因腐蝕而引起的維護費用是很可觀的。這就難怪復合材料在船艇原始設備制造商和一級供應商之中的接受度越來越高。

由于復合材料這些獨有的優勢，在20世紀40年代中期，美國海軍首先使用復合材料建造海軍船艦。這些艦艇剛度大、強度大、持久耐用而且易于維修，因此，在20世紀40年代中葉到60年代，復合材料在美國海軍中的應用迅速增加。在越南戰爭期間，應用復合材料的客運艦艇、內河巡邏艇、登陸艦和一些在役偵察艇數量達3000艘。美國海軍還將復合材料應用在小型艦艇上的艙面船室、通訊艦艇的桅桿、驅逐艦的管道系統、潛艇的流線型指揮臺外殼和鑄件。

 

在20世紀50年代，其他海軍開始在他們的艦艇和潛艇上應用復合材料結構。英國皇家海軍和法國海軍開始在潛艇聲納罩上采用復合材料代替鋼材，以獲得更高的聲波穿透率，同樣 ，在海面艦艇的天線罩上應用復合材料可保護通訊和監視天線。到20世紀70年代，英國皇家海軍、瑞典皇家海軍和挪威海軍開始采用復合材料來制造獵雷艇，荷蘭海軍也開始把復合材料應用于領航艇和登陸艦上。

 

我國自1958年起開始使用復合材料建造船艦，首先應用于軍品領域，然后逐步擴展至民用領域。近幾年中國的復合材料產業高速發展，我國建造速度明顯加快，大型艦艇近幾年進入快速發展期。20世紀90年代以來，隨著技術發展與工藝引進，我國采用復合材料生產了大量游艇、帆船、救助艇，以及公安、武警、海監、海關等航速較高的巡邏艇、執法艇、緝私艇等準軍事艇等。

 

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巡邏艇

 

巡邏艇對于復合材料的應用已有幾十年的發展。第一艘完全采用玻璃纖維制造的巡邏艇由美國建于60年代早期。在20世紀七八十年代，復合材料逐漸用于小型巡邏艇的建造。大多數的玻璃纖維巡邏艇都不超過l0m，排水量不超過10t，并且其一般在內河和沿海水域使用。由于復合材料的剛度較低，超過25m的巡邏艇外殼一般使用鋼或者鋁合金建造。

 

現在許多國家已經有能力建造長55m，排水量達3001的海上巡邏艇。有研究比較了鋼、鋁合金和復合材料結構的成本、重量以及結構性能，發現使用復合材料如玻璃纖維的艦艇較同等規模的鋁合金艦艇減重約10%，較同等大小的鋼結構艦艇減重約36%。

現階段應用復合材料建造船艦的問題是復合材料制船體梁的剛度低，相較鋼結構艦船來說，其船體梁的偏轉高出300%，撓度比高出240%。從而在連接處和鉸接處易產生疲勞裂縫，致使螺旋槳軸線發生錯位。全復合材料建造的最大的巡邏艇是挪威海軍的“盾牌”（LJD）級巡邏艇。該艇為雙體氣墊效應船，完全由聚氯乙烯泡沫層與玻璃纖維和碳纖維夾層組成的夾芯復合材料建成。

 

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獵雷艇

 

獵雷艇傳統上采用沒有磁性的木材制造以避免磁性水雷爆炸。1951年美國海軍嘗試采用復合材料蜂窩夾層結構制造了一艘15.5m長的反水雷艇XMSB-23。

 

然而，由于建造質量、力學性能和防水性能的原因，海水進人到船體中而無法執行獵雷任務。二十世紀60年代和70年代，美國和英國繼續復合材料獵雷艇的研制，并于1973年成功建成長46.6m，滿載排水量450t的HMS Wilton號全玻璃纖維獵雷艇。

 

英國皇家海軍、法國海軍、比利時和荷蘭皇家海軍采用單板加筋結構相繼建成了狩獵級、桑道級和伙伴級獵雷艇。

 

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海軍護衛艦

 

迄今為止，海軍護衛艦是采用復合材料建造的最長船型。瑞典皇家海軍建造的維斯比級護衛艦采用碳纖維和玻璃纖維混合增強的聚合物薄板包覆聚氯乙烯芯層制成的復合材料夾層結構，使用真空灌注技術使艦艇重量降低約30%。提高了船艦的性能，如降低船艦油耗和操作成本。

使用碳纖維結構也使得維斯比級護衛艦擁有了電磁防護功能。新加坡皇家海軍計劃使用凱芙拉纖維制造復合材料夾層結構的艦體，有效增強對于小型武器火力和榴散彈的抵抗能力。預計長度可達80m排水量達1016t，其長度和規模均超過Vishy級護衛艦。采用復合材料代替鋼建造長85m，排水量1200t的軍艦可降低重量約30%，排水量降低7-21%，成本節約巧%，從而可增加武器載荷和艦艇的作戰范圍，提高作戰能力。

 

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水冀艇和氣墊船

20世紀70年代以來，海軍水翼艇和氣墊船中對于復合材料的應用較少。最開始也只是用于艦船的非結構部位以減輕重量。最近，復合材料開始應用在氣墊船的主要結構如上層建筑和外殼上。

 

斯里蘭卡于1998年下水的一M10級氣墊船長約18.8m，完全采用凱芙拉纖維制造。其外殼材料將會有復合材料代替傳統的鋁合金以減輕重量，提高耐疲勞性能，減少維修成本，但其建造費用也將上升約15%。

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其他部件的應用

 

纖維增強型復合材料在造船業，因其具有成型方便、建造工藝簡單、建造周期短、無磁性、能透過雷達波和紅外線，以及船體易保養、不污染等優點而獲得廣泛應用。

 

近年來，復合材料在各國海軍的應用不斷增加，應用部件包括船殼、地板、墻壁板、甲板和艙壁以及管道系統、油箱、廢水箱、聲吶罩、管道、推進器、桅桿和上層建筑中應用越來越普遍。