前 言

碳纖維復合材料(CFRP)具有良好的聲、磁、電性能：透波、透聲性好，無磁性，因此可以用于提高軍艦的隱身性能。在艦船的上層建筑中使用復合材料不僅可以減輕船體的重量，而且通過在夾層中嵌入有濾波功能的頻率選擇層，就可以在預定的頻率下發射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達電磁波。目前碳纖維復合材料在船體的應用尚在嘗試階段，但在艦船關鍵部件已經得到應用。

碳纖維復合材料可應用于船舶上層建筑，可減輕上層建筑的質量，提高安全性能；用于艦船推進器，可減輕推進器質量，降低油耗、延長使用壽命；用于桅桿、船體結構，可增加整體強度；CFRP葉片不僅更輕、更薄，還可改善空泡性能、降低振動、減少燃油消耗；在推進系統上可用作螺旋槳和推進軸系，減輕船體的振動效應和噪聲，多用于偵察艦和快速巡航艦；在機械和裝備上可用作方向舵，某些特殊的機械裝置和管道系統等。此外，高強度的碳纖維繩索在海軍軍艦的纜繩和其他軍用物品上也有較為廣泛的應用。未來隨著碳纖維復合材料科學的發展和制造工藝的改進，在船舶軍艦上的應用將得到更加蓬勃的發展。

由于碳纖維增強復合材料的輕質、高強等優異性能，在裝甲防護領域如防護服、裝甲艦艇、裝甲車輛等均有應用。CFRP用于制造裝甲車輛、艦艇，除裝甲防護外，還能提高速度、節省燃料。

“短劍”高速隱形快艇擁有美國使用碳纖維合成材料一次成型制造的最大船體，整個生產過程中沒有使用一枚釘子、鉚釘，而且不用焊接，因此它的外表十分光滑，重量大大降低，同時其磁信號特征也非常小，不易觸發水雷。即使被魚雷和導彈擊中后，碳纖維船體很難完全解體，可避免毀滅性后果。“短劍”高速隱形快艇允許空氣和水從下面流過采用隱形材料制造船殼，不易被雷達發現。從而減小風的阻力并產生上升力，最快速度可以達到51節。

"短劍”高速隱形快艇的設計不但使其獲得了高速，也使其行駛過程中的穩定性更高，高速行駛中的顛簸現象大大減輕，這使得乘坐的舒適度和安全性大大提高。駕駛“短劍”高速隱形快艇只需要3名船員，它一次能夠運載12名全副武裝的"海豹”突擊隊員和1艘長11米的特種作戰剛性充氣艇，還能夠搭載1架小型無人機。碳纖維復合材料質量輕、強度高、可設計性高、抗腐蝕性強，是未來追求更大有效負載、更強綜合隱身能力、更低全壽期費用艦船裝備的最佳材料選擇之一，可有效提高艦船的穩定性、航速及運載能力。

由于復合材料具有的以下特性，所以成為理想的船用材料：

• 易于制成流線型及其它復雜形狀;

• 耐腐蝕性能優于傳統金屬材料;

• 能通過增強內部構件在阻尼振動下的穩定性而減少噪音的產生;

• 可減少雷達反射截面達到隱身效果，非磁性，不容易被魚雷和水雷探測到；

• 能很大程度上降低艦艇的熱學特征；

• 能根據需要改變基體和增強體來達到特定的目標。

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瑞典皇家海軍“維斯比”級（VisbyClass）隱形護衛艦是世界上第一個按照全隱形規 范由碳纖維制造的戰艦

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碳纖維上層建筑

60年代中期以來巡邏炮艇上的炮艇甲板室就開始采用復合材料，70年代早期，獵雷艇的上層建筑也開始采用復合材料。芬蘭皇家海軍的快速巡邏艇Rauma的上層建筑也采用復合材料夾層結構，船體采用鋁合金。

與鋼和鋁相比，碳纖維上層建筑存在很多缺點，如制造成本高，因為其和鋼甲板的連接處花費昂貴，對于中型護衛艦來說，上層建筑采用碳纖維復合材料代替鋼會給建筑成本增加50%—150%，盡管如此，許多艦船制造者和海軍已開始接受更高的制造成本，因為可以節省使用周期成本，從而降低總體成本。

美國“避風港”海事公司近日推出一種名為“梭魚”的隱身高速攔截艇，這種采用深V船形的高速艇在海上的最大航速超過40節（約合時速74千米），最大續航距離達370千米（大致相當于從天津到煙臺的海上里程），而且即使遭遇5級海況（浪高達4米）時也能正常航行。

除采用高速流線型設計外，“梭魚”的艇身還大量采用了碳纖維復合材料，降低自重的同時，還進一步提升了航速。

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碳纖維螺旋槳

海軍艦艇的螺旋槳材料一直以來都是鎳鋁銅合金，存在很多問題例如加工復雜葉片時花費高，葉片容易疲勞產生裂紋，聲學阻尼性相對較差，振動時會帶來噪音等等。因此海軍設計者們不得不考慮其它材料，最引人注目的材料是不銹鋼、鈦合金以及碳纖維。

碳纖維螺旋槳系統的設計和性能高度機密，近年來的研究進展未見公開發表。不過眾所周知，碳纖維葉片中的纖維可以承受主要的水動力和離心力。目前大批海軍艦艇安裝了碳纖維螺旋槳，如登陸艦和掃雷艇，此外碳纖維螺旋槳也用在魚雷和小型船只上。

歐盟國家在20世紀90年代末期發起了船用復合材料螺旋槳計劃，推進復合材料在船舶螺旋槳中的應用。據粗略統計，德國A.I.R公司已有400多套復合材料螺旋槳在游艇上使用，獲得了比金屬材料輕25%~35%的輕量化效果和良好的阻尼性能，有利于游艇的加速、降噪等。另據報道，德國研究人員已針對某常規潛艇開展了碳纖維復合材料實槳方案性能測試研究。2003年，英國奎奈蒂克公司成功設計制造了1套直徑2.9m的碳纖維復合材料螺旋槳，并完成了海試。經測試，其重量遠輕于傳統的NAB螺旋槳，在不增加槳重的情況下增加了葉片厚度，改善了螺旋槳的空泡性能，降低了振動和水下噪聲。挪威已經在其Rauma2000級快速巡邏艇上裝配了碳纖維復合材料推進軸。歐洲某些登陸艦和掃雷艇也安裝了碳纖維復合材料螺旋槳，如瑞典皇家海軍的Viksten掃雷艇上就安裝了套碳纖維復合材料三葉螺旋槳。