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1.本发明属于航母或者军用水面舰船隐身及防沉救生。
背景技术:2.现代战争是科学技术的较量。超视距雷达、红外、声呐探测和反探测措施,是主要手段。谁掌握了这些先进的攻防技术,提高自身的防御生存能力,谁就能掌握战争主动权赢得胜利。
3.超视距远程探测器主要以雷达为主。常用的是电磁雷达、红外雷达、声呐探测为主要探测手段。不管是哪种探测,都有一个共同的工作原理就是利用反射回来的信号探测锁定目标。如果没有反射信号或者反射信号非常弱,就无法发现目标。反射面积越大,反射回去的信号就越多,雷达接收到的信号就越强;而且只有与入射方向一致的反射信号才会被雷达接收到;例如我国的022导弹艇,美国的ddg
‑
1000型驱逐舰的外形都制成不规则的斜面形状,改变了大部分信号的反射方向,实现了隐身。而改变信号反射方向最好的方法就是构建出漫反射面。实践证明:投影面积相同的一块平板和一个球体,平板的雷达反射截面积比球体的大四个数量级(大10000倍)。这是因为在球体表面发生了漫反射,绝大多数的雷达信号被球面漫反射到其他方向了,只有极少部分反射方向与入射方向一致的信号被雷达接收。所以,相同投影面积的球体或者球面、抛物面比平面反射回波信号减少了四个数量级(10000倍)。所以,构建出球面或者抛物面漫反射表面结构,能极大地减少反射回波信号,再叠加宽频吸波作用,能实现兼容隐身。
4.但是,改变航母(包括水面舰船)的外型,就牺牲了太多的性能;另外,已经服役的航母、舰船也无法再改变外形结构实现隐身。因此现有的航母和舰船都处于裸奔;
5.虽然航母有护卫舰等建立的防护网,但是饱和诱导弹之后的真正导弹攻击也是难以防护;更何况还有新研发出来的远程超高音速反舰导弹的突防攻击和潜艇静默守株待兔的近身攻击,都是航母无法防护的。
6.如果航母(包括其他舰船)本身有雷达、红外、噪声兼容隐身能力,就不能被对方发现锁定,就能避免一切方式的攻击。这对提高自身的防御生存能力和战斗力是至关重要的。
7.现有的隐身涂料都是二维平面型,无论是怎样的化学成分,都无法改变反射面结构,都无法形成漫反射面减小反射截面积。加上现有的二维隐身涂料吸波能力有限(都不是宽频兼容吸波,更没有三维立体吸波能力),使隐身作用明显不足。
8.本发明在不改变航母外形结构的前提下,克服了现有隐身涂料没有三维立体漫反射表面结构和三维立体吸波的不足,提供了三维立体漫反射+三维立体吸波的多功能兼容隐身涂料;在不改变航母外形的情况下,就能实现雷达/红外/噪声多功能兼容隐身。降低航母被远程探测锁定的几率,提高自身的防御生存率和战斗力,获得最直接的军事效益。
9.另外在不改变航母外形的情况下,为航母提供足够的储备浮力,防止沉没,极大地提高航母及全体舰员的生存能力和战斗力。
技术实现要素:10.本发明是组合式发明,隐身涂层除了雷达/红外/噪声隐身外,还具有最好的漂浮性,能为航母舰船提供储备浮力抗沉救生。
11.一、航母及水面舰船的隐身。
12.1、技术方案和隐身原理:
13.(1)、在不改变航母(包括其他舰船或者其他水面浮式装备,下同)外部结构形状的前提下,用本发明的漫反射+深层吸波隐身涂料将航母表面的每一处反射面都变成漫反射面,以此改变反射信号的方向,减少与入射方向相同的反射信号,实现减小雷达反射截面积的隐身效果;进一步的是在漫反射隐身涂料的涂层内部构建三维立体深层次的信号折射+多次漫反射,进一步地改变剩余的少量轴心信号的反射方向;同时在涂层内部三维介质表面产生高频电子极化,产生热量耗散,使信号失去反射的能量,实现三维立体深层吸波隐身的效果;涂层的气泡结构具有绝热隔音作用,阻断屏蔽红外线和噪声的辐射传导;
14.(2)用双组份聚氨酯发泡剂(俗称黑白料,用1∶1的比例)做基质载体+铁氧体纳米粉(或者其它高磁导率材料纳米粉),混合均匀后用高压聚氨酯喷涂机对航母水上表面进行无缝喷涂,发泡固化成聚氨酯+ 铁氧体的泡沫层(聚氨酯泡沫是闭孔气泡结构,每一个小气泡都相当于一个空心球体);利用聚氨酯泡沫的气泡结构做载体,构成由表及里都是铁氧体空心球(铁氧体小气泡)结构层,使航母表面覆盖了一层由无数个铁氧体空心球构成的漫反射隐身涂层(厚度根据隐身需求或者航母部位的不同做调节),探测信号在铁氧体气泡表面和气泡内壁的多次漫反射+折射,改变了绝大多数反射信号的方向;同时在铁氧体气泡介质表面产生高频电子极化,信号能量被变成热量耗散掉,使信号失去反射的能量,实现涂层内部三维立体多种方式的深层吸收雷达波磁场分量的效果(为了防止船体磁化可以不加铁氧体)。
15.(3)、再在第一层涂层表面喷涂双组份聚氨酯发泡剂+石墨烯或者石墨纳米粉混合液,发泡固化后构成由表及里都是石墨烯或者石墨空心球(碳气泡)结构层,使航母表面覆盖了一层由无数个石墨烯或者石墨空心球构成的漫反射隐身涂层(厚度根据隐身需求或者航母部位的不同调节),使航母表面形成石墨烯或者石墨空心球构成的最佳漫反射表面,探测信号在石墨烯或者石墨气泡表面产生漫反射,改变了多数反射信号的方向;少数轴心信号穿过碳气泡时,发生折射+气泡内壁多次漫反射,彻底改变了轴心信号的反射方向;同时在碳气泡介质表面产生高频电子极化,使信号能量变成热量被耗散掉,失去反射的能量,实现深层吸收雷达波电场分量的效果。
16.上述隐身涂层都是低密度、极小吸水率的漂浮性泡沫层,在信号隐身以外,还是航母抗沉防沉的重要组成部分。
17.(4)、再在第二层涂层表面喷涂聚脲+石墨烯的混合液,形成非常坚韧的聚脲石墨烯保护层和最佳的石墨烯漫反射表面,将航母的每一处反射面都变成漫反射面,改变了绝大多数探测信号的反射方向,叠加两个涂层内部深层的三维立体多种方式吸波,使航母的雷达反射截面积至少减小了四个数量级,实现雷达/红外隐身。
18.实践证明,相同投影面积的球体或者球面、抛物面比平面反射回波信号减少了四个数量级,10000倍)。最新型的反隐身谐振雷达信号增强最多也就1~2个数量级(10
‑
100倍);所以,本发明的漫反射表面涂层 +深层、多维、多方式的吸波具有很强的隐身优势。
19.首先,探测信号照射到航母时,绝大部分信号被表面的漫反射层反射到别处去了,剩余的万分之一轴心直射信号能量又被表面的石墨烯吸收耗散一部分;剩余极少量的轴心直射信号突破表面漫反射面后,进入石墨烯或者石墨泡沫层和铁氧体泡沫层被多种方式吸收耗散掉;
20.其次,剩余极少量的轴心直射信号穿过泡沫气泡壁时就产生折射,被折射后的信号,又在气泡内壁产生多次漫反射,在这些多次折射和多次漫反射过程中,信号的方向已经改变了n次,同时又在气泡三维介质表面产生高频电子极化,使信号能量变成热量被耗散掉;
21.所以,本发明的隐身涂料能产生三维立体漫反射+铁氧体气泡、石墨烯气泡的多次折射+气泡内壁多次漫反射+气泡介质高频电子极化的热量耗散,实现了高效漫反射+多个维度、多种方式的吸波隐身效果。
22.聚脲+石墨烯涂层还能极大地提高航母的表面强度。使目标体表面形成高强度、三维立体漫反射+吸波的兼容隐身涂层;
23.(5)、航母甲板底层喷涂耐磨、防滑、防水、弹性的聚脲涂料(道路标线常用的涂料)+铁氧体纳米粉混合涂料。
24.固化后再喷涂耐磨、防滑、弹性、防水涂料+石墨烯混合涂料。
25.对舰载机而言,这两层弹性、耐磨、防滑涂料,比钢质甲板起降要安全很多。在实现雷达/红外/噪声兼容的隐身作用同时,还有很强的防腐、防滑和非常好的表面坚韧性。
26.2、材料构成:
27.①
基质材料:用双组份喷涂型自发泡聚氨酯发泡剂(俗称黑料和白料)。调整黑白料的比例,发泡后能得到硬质或者软质弹性泡沫。黑白料比例1∶1时发泡成品是低密度硬质聚氨酯泡沫;增加白料或者减少黑料的用量,其成品是低密度软质弹性泡沫;
28.聚氨酯发泡剂既是底层基质材料,又是胶粘剂,粘结能力强,能在混凝土、砖石、钢材、沥青、各种塑料、合成材料等表面粘结牢固;
29.抗压强度>300kpa,抗拉强度>400kpa,有很强的抗风揭性。
30.低密度聚氨酯泡沫的闭孔气泡结构,使其具有热绝缘性和隔音降噪性能,表面再喷涂吸波剂,能有效地漫反射和屏蔽、阻隔目标体向外辐射红外线或者向内吸收能量(漫反射或者阻隔目标体吸收红外线热量或者光量子等粒子能量),并且吸收阻隔声波向外传递,实现雷达、红外、噪声隐身;硬质低密度聚氨酯泡沫基材具有很好的热绝缘、电绝缘、防腐保温性能,是建筑领域广泛使用的最佳保温隔热材料。广泛用在冰箱、冰柜,太阳能水箱,供热管道保温,楼房外墙保温,液化气储罐防红外辐射隔热等。这里转用为隐身涂料的基质胶粘剂并构成最佳漫反射表面结构。
31.②
基质胶粘剂。双组份聚氨酯发泡剂既是底层基质材料,又是胶粘剂;还有a、b双组份喷涂型聚脲 (俗称聚脲防水涂料)。在b种液体中加入适量的石墨烯搅拌均匀(也可以用石墨纳米粉,下同),再与a 组液体混合均匀喷涂。也可以用其他的高强度胶粘剂,例如高强度树脂等做基质胶粘剂。聚脲是建筑领域最好的防腐、防水涂料,具有很强的附着力和高强度、耐磨、防腐防水特征。常用喷涂坦克底盘和防弹头盔。这里转用为隐身涂料的基质胶粘剂和高强度面保护层;
32.③
石墨烯:具有最好的导电、导热性,能将电磁波中的电场能量或者其他光量子等
信号能量转换成热量耗散掉,具有很强的吸收电磁波电场能力。这里主要用作电磁波中的电场吸收剂。
33.另外石墨烯和聚脲防水涂料都具有极高的强度和韧性。所以聚脲防水涂料+石墨烯涂层具有非常高的强度和韧性,目标体表面喷涂后,使目标体有了很高的防御强度和韧性。
34.④
石墨纳米粉:吸波性能仅次于石墨烯。
35.⑤
铁氧体纳米粉:具有很强的吸收电磁波磁场能力,当高能量信号穿过时,铁氧体电阻分量能将高频信号能量转化成热能耗散掉。这里用作吸收电磁波磁场和高频能量吸收剂。
36.3、组合方法:
37.①
底层是双组份聚氨酯泡沫发泡剂均匀地无缝喷涂。其发泡固化后,能使装备表面覆盖一层无缝隙的气泡结构泡沫,使目标体的反射表面变成最佳的漫反射表面;是漫反射结构层和红外隐身层;具有屏蔽阻隔目标体向外辐射红外线(能量)或者目标体吸收外部红外线(能量)的红外隐身作用;
38.②
将铁氧体纳米粉或者其他磁性吸波剂均匀地分散到黑料和白料中(用搅拌器搅拌均匀),然后用高压喷涂机喷涂目标体(要边搅拌边喷涂。下同),使其无缝包裹目标体,构成三维立体漫反射和强力吸收电磁波中的磁场能量涂层;
39.③
将石墨纳米粉均匀地分散到黑料和白料中,然后用高压喷涂机喷涂在上述的铁氧体涂层上面,无缝覆盖包裹目标体,构成三维立体漫反射和强力吸收电磁波中的电场能量涂层;
40.④
将石墨烯均匀分散在聚脲b种液体中(聚脲+石墨烯的混合比例大约为1∶0.002~0.008),用喷涂机喷涂在
②
或者
③
涂层上面,使其无缝覆盖、包裹目标体,构成三维立体漫反射和强力吸收信号波的高强度表面涂层;
41.二、航母和水面舰船的抗沉救生:
42.本发明的新型隐身涂料基质载体材料是低密度聚氨酯泡沫,其闭孔气泡结构是目前已知所有泡沫中吸水率最小(比聚苯乙烯泡沫
‑‑
苯板的吸水率还小),漂浮性最好的泡沫材料。所以,在航母及水面舰船上使用本发明的隐身涂料,不仅能实现雷达/红外/噪声隐身,同时还能为航母舰船提供一定的储备浮力防沉。这是一举多得的技术方案。
43.技术方案:
44.用不怕枪炮打穿漏气的固体安全气囊和不怕撞击漏气、漏水的永久浮舱以及不怕枪炮打穿漏气进水的永浮体,给航母及其他舰船提供足够的额外储备浮力,在发生沉没危险初期快速释放出来,将其浮在水面不沉,确保航母和所有官兵的生命安全。
45.1、在航母内开辟出不怕撞击漏气、漏水的永久浮舱。
46.把航母内所有不方便使用的空间,不管大小形状,都做成中空的,里面充入硬质低密度聚氨酯发泡剂(以下简称pu硬泡),发泡成具有最好漂浮性、保温性、防腐、隔音降噪的硬质聚氨酯泡沫。所有的夹层、隔断、管廊保温层等等,都注满pu硬泡发泡剂。不能做成中空腔室的狭小空间,就直接喷涂pu硬泡,表面再喷涂聚脲防水涂料做强力保护面层。船内这些具有永久漂浮性的个体总和,这里取名叫永久浮舱
47.如果有全封闭的水密舱(不是普通的水密隔板隔舱),将里面充满pu硬泡,使之成
为不怕漏气的永久浮舱(这些在前面做红外/噪声隐身时已经完成)。
48.2、给航母安装永浮体。
49.在船壳周围水位线以上的干舷上安装外飘的中空箱体,箱体内设置镂空的钢质支撑骨架(在做航母隐身时船体干舷做成加厚的隐身层即可;厚度1~5米或者按需要设计),箱体内是硬质低密度聚氨酯泡沫+ 石墨纳米粉或者其他吸波剂;箱体表面喷涂加厚的聚脲+石墨烯混合液,构成非常坚韧的抗撞击、抗打击的铠甲保护层;这就是不怕漏气的漂浮性永久浮体。相当于给航母戴上了不怕打击漏气的固体救生圈(在前面做雷达/红外/噪声隐身时已经完成)。
50.3、给航母安装固体安全气囊。
51.在船舷外水位线以上和甲板船墙等需要处,分别安装足够的的固体安全气囊,平时叠放在存放柜中,遇险时会自动打开充入pu硬泡(硬质聚氨酯)发泡剂,很短时间就形成众多巨大的不怕漏气的固体气囊。 (充气气囊更简单,也有专门技术可用,但是后续战斗相互攻击时,容易受损漏气,发生二次沉没危险)。
52.4、并联安装四套全方位的智能电控监控控制器和大型浮子式电控及拉线(也可以手动控制)开关。
53.第一套是倾角传感器,用来感知控制船体倾斜的沉船危险,适时报警并打开开关系统给气囊充入pu 硬泡发泡剂。
54.第二套是在船内的前后左右公共警戒水位处,并联安装数多个远程水深或者压力探测传感器,用来感知控制航母破舱进水的无倾斜沉船危险。他还是前者倾角传感器故障时的第二道应急触发开关;
55.第三套是大型浮子液位开关。此大型浮子液位开关既连接电动开关,又连接手动拉线开关;用来感知控制航母破舱进水的无倾斜沉船危险。他还是前面倾角传感器和远程水深压力探测开关故障时的第三道 (浮球液位开关)监控控制防线,他能感知控制任何情况下的船内进水沉船危险。
56.第四套是手动开关。由人工控制开启。
57.所有的控制器状态都在中央控制器或者操作台显示屏显示。
附图说明
58.共有附图5个,共5页。
59.图1是固体气囊(1)打开以后的俯视图;
60.图2是船体两侧永浮体(3)以及气囊(1)打开以后的横剖面正视图;
61.图3是弓弦式气囊储藏柜
③
和永浮体(3)横剖面正视图;
62.图4是气囊系统控制电路和发泡机充入pu发泡剂管路连接图;
63.图5是固体防沉气囊存放柜和永浮体内骨架支撑骨架位置图。
64.图中(1)是气囊,
①
是船体。
③
是弓弦式气囊储藏柜,a处是舌簧型伸缩式电磁插销锁,弧ab是圆弧形柜门,用有弹性的薄钢板压制成,b处是带弹簧的转动门轴,弦ab是柔性布(图3中的虚线 ab),bc是由厚钢板做成的柜底。
65.(2)是倾角传感器;
⑤
是远程水深探测或者压力传感器和浮子液位开关。
⑥
是手动控制开关。
⑦
是发泡机。
⑧
是报警器。
⑨
是报警灯。
⑩
是发泡剂混合头。
66.(3)是航母干舷上的永浮体。
具体实施方式
67.一、航母及水面舰船的隐身:
68.水面舰船体量大,造型复杂。既要在水面以上防雷达、红外制导导弹和敌舰、敌机火控雷达探测,还要防水下潜艇声呐探测攻击。有空中、水面和水下三方面的隐身要求。所以,水面舰船要具备雷达/红外/ 噪声隐身功能。三者缺一不可。是最复杂的隐身技术。
69.就水面舰船而言,红外信号源有两部分:一是内部热源,如发动机、发电机和电动机产生的热量向外辐射红外线;二是外部阳光照射甲板等船体升温向外辐射红外线。
70.1、内部热源向外辐射红外线,主要是通过机舱两侧和船体两侧钢板传导出来。
71.①
舰船机舱内壁喷涂黑白料比例约为黑料∶白料=1∶0.8~0.9左右的发泡剂;发泡固化后的密度在 30km/m3~35km/m3,比硬质的聚氨酯泡沫有弹性和韧性)。其作用有三个,一是阻隔红外线向外辐射;二是吸收发动机噪音实现声隐身;三是减小噪声提高自身声呐对敌方潜艇的探测能力;
72.②
在船体外两侧空载水位线以上的全部干舷上,分层多次喷涂黑白料比例为1∶1的聚氨酯发泡剂+石墨纳米粉混合涂料,使之发泡成需要厚度的石墨聚氨酯泡沫层(为了防止船壳磁化增加铁磁性,喷涂船壳外面的涂料中不加铁氧体粉末);涂层总厚度可以在1~3米任选。厚度在100毫米以内的直接喷涂;超过 200毫米的应有支撑骨架固定。然后分层多次喷涂。
73.航母干舷上设置加厚的隐身涂层,除了提供兼容隐身以外,同时还是重要的全时、全天候减摇、抗倾斜、抗沉防沉的重要组成部分(在本发明中将其命名为“永浮体”)。
74.表面喷涂聚脲防水涂料+石墨烯混合涂料(分层多次喷涂,要达到一定的厚度);主要是构成最佳的漫反射表面和非常坚韧的表面强度,提高隐身和抗撞击、抗打击能力。实现雷达/红外/噪声隐身。
75.这个船体两侧加厚的隐身泡沫作用有六个:一是雷达隐身;二是红外隐身;三是噪声隐身;四是全时浮力减摇维稳、抗倾斜、抗侧翻;五是防腐保温;六是具有抗沉防沉作用。
76.2、覆盖阻隔外部红外辐射(如日光辐射使舰船表面升温)。
77.①
航母上层建筑及天线、桅杆表面喷涂聚氨酯发泡剂(黑白料比例为1∶1)+铁氧体纳米粉混合涂料,固化后再喷涂聚氨酯发泡剂(黑白料比例为1∶1)+石墨纳米粉混合涂料实现雷达/红外/噪声兼容隐身。
78.②
航母甲板喷涂耐磨、防滑、防水、弹性的聚脲涂料(道路标线常用的涂料)+铁氧体纳米粉混合涂料。固化后再喷涂耐磨、防滑、弹性、防水涂料+石墨烯混合涂料。实现雷达/红外/噪声兼容的隐身作用。还有很强的防腐特征和非常好的表面坚韧性。
79.3、航母的噪声隐身。
80.①
除了机舱内部和干舷的涂层有噪声隐身以外,船内所有的夹层、管廊、全封闭的气密舱等易产生共振共鸣的空腔内部都注入聚氨酯发泡剂,发泡成聚氨酯泡沫实体。消除共振共鸣噪声(同时也是航母抗沉防沉的重要组成部分,这里命名为永久浮舱);
81.②
对航母内不方便使用的空间、裸露管道、光滑的壁板等易产生噪声反射、回荡的表面,全部喷涂聚氨酯发泡剂或者弹性聚脲涂料降噪;
82.③
对甲板(地面)、过道、楼梯踏板喷涂防滑、耐磨的弹性聚脲涂料降噪;
83.④
航母水下部分多次加厚喷涂聚脲弹性涂料,实现噪声隐身、防腐和提高强度。
84.二、航母和水面舰船的抗沉救生:
85.1、航母内的永久浮舱:
86.将航母内不方便使用的空间或者没有什么使用价值的地方都做成中空的,其形状大小不限,按照舾装要求用任何材料做表面都行,是中空的,就注入低密度硬质聚氨酯发泡剂,不是中空的,直接往表面上喷涂,发泡固化后形成防腐、保温、隔音又有最好漂浮性的聚氨酯泡沫层。所有的管道保温层、隔断、夹层也都注入发泡剂,构成聚氨酯泡沫体。需要保留的全封闭式水密、气密舱里面都注满聚氨酯泡沫。以上这些合起来组成航母的永久浮舱(在前面做红外/噪声隐身时已经完成)。
87.2、航母外永久浮体的制作与安装:
88.2.1首先确定航母的空载水位线,标出水位线gh。(图5中的浪线gh)。由船头h点向上大约500
‑
1000 毫米(由船的大小设计而定),取点c,由船尾g点向上约100
‑
200毫米取点b,bc就是气囊储藏柜的底。柜底bc是前头高,后头低,使船向前航行时能有一个向上抬升和航行减摇作用。
89.2.2做出永浮体下底ae。ae//bc,ae和bc之间是气囊存放柜
③
。
90.2.3做出永浮体内的骨架支撑板。骨架支撑板是永浮体与船体连接固定的重要部件之一,既起支撑固定作用,又要经得起碰撞和大浪的抨击。所以支撑板用3~5毫米以上的镂空钢板,牢固的固定在船体周围。有单板支撑和三角形支撑骨架。三角形支撑骨架更坚固防撞、防弹。
91.看图5的上半部分,骨架支撑板从船尾向船头排列,间隔宽度=蒙皮用钢板的宽度(蒙皮钢板厚度1~3 毫米即可,无需太厚,)。船前面的迎浪、易撞击处要加密骨架支撑板。从船帮上沿至ae等间隔地画垂线 fd,fd就是骨架支撑板的安装位置。
92.骨架支撑板一定是钢质、镂空的。钢质为的是要有钢性强度。镂空是为了减少重量,重要的是镂空孔能让发泡剂更好地流淌均匀、发泡均匀。
93.如果是三角形支撑板,不镂空时其三角形斜面能滑掉非垂直斜面射击的子弹或者弹片,如果是垂直于支撑板斜面的子弹穿透支撑板,则其能量被衰减,而且垂直于支撑板斜面的子弹,一定不垂直于船壳钢板,所以穿过支撑板的子弹或者弹片会被船壳钢板滑掉。所以三角形支撑板抗撞击还有一定的防弹作用。
94.骨架支撑板的形状、大小、间隔都因船而设计。
95.2.4做出永浮体外侧蒙皮(图3中的ek),构成无盖的箱体。
96.①
在箱体内壁用高压喷涂机在箱体四壁喷涂一层pu硬泡+石墨纳米粉混合液进行密封。
97.②
箱体厚度不超过1米的非镂空三角形支撑的箱体,可以给三角形箱体一次性地灌注pu硬泡+石墨纳米粉混合液发泡完成(每一个箱体的聚氨酯+石墨纳米粉混合液的用量可根据箱体的体积计算确定。发泡一定要满。以箱体上盖预留的观察孔溢出一些泡沫为好)。
98.③
较大的箱体可以用泡沫块砌筑法填充箱体。是在箱体四壁喷涂一层pu硬泡+石墨纳米粉混合液进行密封,发泡厚度约100毫米左右,然后向箱内填入pu硬泡块体(有很多
家生产这种pu硬泡块体),每填完一层泡沫块体,就喷涂一层pu硬泡+石墨纳米粉混合液,让发泡剂填满缝隙并粘接成一体,这样既省时、省力、节省材料又能防止“烧芯”,漂浮和隐身效果一样。
99.④
最好完全采用高压发泡机喷涂方法制作永浮体。方法是向箱体内喷涂pu硬泡+石墨纳米粉混合液进行密封。发泡厚度100毫米左右。然后分层、多次喷涂pu硬泡+石墨纳米粉混合液。每次要等上一次的硬泡固化以后再喷涂下一层,直到发泡满箱体以后,用铆接的方式将箱体上盖板封闭,与船体形成一体的永浮体。
100.⑤
最后在箱体表面喷涂加厚的聚脲+石墨烯混合液,构成防腐、防水,抗撞击抗打击的、非常坚韧的保护层,形成船壳干舷的雷达/红外/噪声隐身和坚韧的铠甲(这些都在做隐身涂层时一并完成)。
101.当航母快速摇晃倾斜时,气囊储藏柜的底bc和永浮体的底ae以及永浮体的浮力,能产生三个与航母摇晃、倾斜方向相反的阻力,明显地阻止或者减小航母的摇晃倾斜,有减摇、抗倾斜、防止侧翻、防沉作用。
102.3、航母固体防沉救生气囊的制造安装与使用:
103.3.1气囊采用高强度、柔性、合成纤维网布做受力骨架,布的内面是高强度pvc气密涂层。
104.用这种气密的布料做成像图2中的(1)所示的“e字型气囊”。(图2中的(1)是气囊充满时的横剖面正视图,气囊内里是pvc涂层,外表面是网布。网布放在外表面为的是散热和防止划伤)。气囊整体外围每间隔1米用绑带横向环绕捆绑,再将绑带穿过绑带固定头或者销轴固定在航母船体上。
105.绑带是由多层强拉力的合成纤维丝(如涤纶丝)编织成,像汽车用的牵引带或者吊车用的吊带一样,经高温热合粘接在气囊表面。
106.绑带固定头用高强度钢做成,形状像汽车安全带插头一样,是做气囊时就穿在绑带上,安装时用大号的螺栓固定在船体上。
107.如果用销轴穿过绑带固定气囊的,要先将穿销轴的基座固定好。可择优选用。
108.气囊做成这种复杂的“e字型气囊”,是因为硬质聚氨酯发泡剂在发泡固化时,是高分子聚合反应,会产生热量,如果不能及时的散发掉,发泡体的中心会被烧焦碳化,俗称“烧芯”(聚氨酯硬泡有阻燃性,只会碳化,不会燃烧起火)。所以要把很大的发泡体(气囊),从中间分隔成若干个扁方体,每个扁方体的厚度1米左右,之间留有一定的空隙,让空气或海水进入降温。
109.3.2固体气囊发泡剂的充入方法
110.用管网式充入法。用多台高压聚氨酯(pu硬泡)喷涂机或者发泡机充入发泡剂。发泡机必须是高压、大输出量、带加热的。
111.根据气囊的大小,每组气囊要用一个以上的发泡机,每个发泡机配用多个枪头(也叫混合头),从多处同时向叠放着的气囊内注入发泡剂。
112.管网式充入法的连接方法见图4虚线框起来部分。
113.充入气囊发泡剂的重量(黑料+白料按1∶1)=气囊的容积
×
40kg/m3+15%(考虑低气温时的发泡缩量)+石墨纳米粉的重量。
114.3.3气囊的存放。气囊抽成真空的叠放在弓弦式存放柜
③
中,存放柜安装在船的外
侧水位线以上或者安装在甲板船墙等需要处(可以随船型进行设计)。
115.3.4存放柜的横断面是扇形或者是普通的方形柜子(门一定要能够自动开启或者气囊挤压就能开启)。这里以扇形柜门为例进行说明。
116.如图3。弧ab是柜门,弦ab是柔性布(图3中的虚线ab),bc是厚钢板焊出的柜底(船内的储藏柜是借助甲板做底,船外储藏柜的底固定在船壳水位线以上的位置。储藏柜的底还有重要的减摇作用,所以要用厚钢板焊接牢固。)b是转动轴,转动轴上安装开门用的旋转弹簧。柜门ab通过转动轴b铰链式连接在底bc上。a处是柜门关闭时与船体连接的舌簧型电磁插销锁,(舌簧插销用塑料的,万一电磁锁失灵打不开,气囊充气时的膨胀力也能胀断插销,不至于影响气囊的打开)。c处是固定气囊的螺栓或销轴基座,每个气囊绑带对应一个基座固定在此处。
117.启用气囊时,自动控制电路同时也给电磁锁通电,打开插销,柜门ab在弹簧作用下弹开。(气囊充气膨胀时也能胀开柜门)。
118.3.5柜门做成弓弦式的,是为了便于打开或者胀开柜门,弧ab是弓,柔性布ab犹如弓上的弦,当气囊内充入发泡剂快速发泡膨胀时,弦被挤压,就像弓ab的弦被拉紧一样,柜门a处被拉脱离插销锁,柜门被打开。
119.3.6为了更保险,可以安装一套备用的充气系统,在气囊顶部另安装一个带限压阀的充气口连接充气管路备用。万一没能充入发泡剂或者气温超低发泡不良,就启用备用系统充气救生。
120.4、气囊的控制:
121.气囊控制器的控制电路接到发泡机和柜门电磁锁、报警器、报警灯上,如图4中的(2)、
⑤
、
⑥
,连接
④
、
⑧
、
⑨
、和
⑦
上。
122.4.1、有倾斜的沉船危险智能感知控制器(2):
123.采用多路倾角传感器。当航母倾斜到警戒倾角时,自动启动应急装置给气囊充入足量的发泡剂后,10 多秒钟就发泡、固化成固体气囊。
124.4.2、船体无倾斜沉船危险的智能感知控制:
125.在航母内的前后左右关键的公共位置的警戒水位线处,安装八套以上的远程压力传感器和大型浮子液位开关
⑤
并联同时接入控制电路(大型浮子液位开关
⑤
上设置有拉线与手动开关拉线相连),与控制器(2) 并联接入控制电路。当船舱内进水到警戒水位时,远程压力传感器感知到水的压力便能接通控制电路,同时浮球液位开关也接通控制电路,控制电路故障时,浮子拉线也能启动气囊抗沉救生。
126.4.3将手动开关
⑥
与电控的倾角传感器(2)和浮球液位开关
⑤
并联后接入电路。如图4中虚线框外面的电路图。
127.有益效果:
128.(1)、航母两侧干舷上安装永浮体以后有减摇、维稳、抗倾斜作用,使航母更加平稳,不易倾斜侧翻。
129.①
永浮体具有升力减摇作用:永浮体下底是前高后低的平面,当航母高速航行时会产生升力减摇维稳作用;
130.②
永浮体下底平面具有全时阻尼减摇作用;当航母横向摇晃时,永浮体底平面会产生一个与摇晃方向相反的水阻力,能阻止或者减小横摇幅度(包括纵摇或者垂荡),有全
时减摇维稳作用,
131.③
永浮体有全时浮力减摇作用:永浮体的浮力是向上的,当航母向左摇晃时,船体左侧是向下运动,左侧的永浮体吃水加大,其产生的浮力也随之加大,而浮力的方向是向上,与摇晃的方向相反,所以此时永浮体产生的摇晃浮力能阻止或者减小航母向左的摇晃;同理向右摇晃也是如此;所以永浮体有全时的浮力减摇作用;
132.④
永浮体具有浮力抗倾斜作用:与
③
同理,永浮体具有全时的浮力抗倾斜作用;
133.永浮体的阻尼减摇、浮力减摇和抗倾斜作用是全天候、全时的,摇晃的频率越大,减摇抗倾斜的效果越明显;
134.这对舰载机(尤其是直升机)的安全起降有非常大的好处。
135.⑤
永浮体还有隐身、保温、防腐、抗沉等有益效果。
136.(2)、船内的永久浮舱+船外永浮体+足够的固体防沉气囊=全部的储备浮力,能将航母浮在水面不沉,能增加航母和水兵的安全性,提高生存力和战斗力。