第一篇：鈦合金在船舶海水管系的應用

鈦合金在船舶海水管系的應用

船舶海水管路是船舶推進保障系統、發電機保障系統和輔助系統的重要組成部分，對保障船舶動力裝置、輔助機械和設備的正常工作具有重要作用。管系的漏損對船舶的影響近次與主機，占第二位。

多年以來，我國的船舶海水管系以銅制設計為主，從2000年以來，耐腐蝕性能優良的B10合金替代原來的紫銅在船舶海水管系中大量應用，大大改善了我國船舶海水管系的腐蝕破損問題。但隨著我國遠洋戰略的實施和船舶行業的發展，海水管系的腐蝕問題依然嚴峻。B10合金的極限設計流速為3.6m/s，無法滿足現代船舶高海水流速的要求。B10合金海水管路設計時不同海水系統對應有不同的流速限制，而部分管道關閉造成局部管道實際流速超出設計流速的情況時有發生。另外在海水管系方向發生改變的部位，管路內海水實際流速通常也會超出設計流速。同時，隨著世界經濟的發展，工業對海水造成的污染也不斷加劇，對海水管路的耐腐蝕性能提出了更高的要求。以上幾種情況導致海水管系的腐蝕問題依然突出。

鈦合金具有優良的耐海水腐蝕性能，被稱為“海洋金屬”。具有低比重、力學性能優良等特點。同時鈦合金具有優良的耐沖刷腐蝕性能（見圖1），作為海水管系使用，服役期限不少于40年。

圖1 不同海水流速下材料耐腐蝕性能

由于鈦合金同時具有較高的強度，可以使管材的壁更薄，從而減輕管系的重量。世界各國都非常重視鈦合金在海水管路上的應用研究工作。俄羅斯和美國已成功將鈦合金應用于各類動力的潛艇、水面艦船。如美國海軍對薄壁鈦合金管從費效角度進行評價，作為水面艦船海水管系的候選管材，鈦合金可以減輕管路的腐蝕和沖刷破壞，但鈦合金與其它材料的電偶不匹配，材料之間的電絕緣造價較高。

鈦合金在海水中的腐蝕電位較高，容易造成與之相連的其它金屬的加速腐蝕，因此，鈦合金在海水管路中使用時，必須加強電絕緣防護。以避免海水管系中、海水管系與船體間的電偶腐蝕發生。通常采用的方法是電絕緣連接，即用各種惰性材料（包括密封材料）制成墊片、套管，插入法蘭連接中，使兩法蘭陰極之間的導電通路被斷開。近年來，鈦合金的絕緣防護技術不斷發展，如熱氧化、陽極氧化、微弧氧化等技術已有較好的技術積累和應用經驗。這些新技術的發展和應用為鈦合金在海水管路的應用提供了有力的技術支持。

鈦合金具有良好的生物兼容性，在海水管系的應用時，易生長海生物造成管徑減小，甚至堵塞（如圖2），從而影響系統運行。針對這一問題，國內已有單位開展系統的研究工作。目前常用的有涂防污漆、電解銅鋁防污和電解氯氣防污等手段。因目前國內采用鈦合金海水管系的船舶較少，以上幾種方法的應用實踐較少。其中電解氯氣防污在濱海電廠的鈦合金管路得到較多應用，使用效果良好。

圖2 被海生物堵塞的鈦合金管路

鈦合金在海水管系的應用是一個系統的工程，除了管材材料規格齊全和電絕緣技術成熟，還要有防污技術、泵閥、管件材料制備技術、成熟的焊接技術等配套產品的工藝技術儲備。目前，國內已制備了鈦合金管件的國標和船用標準，也有部分廠家具備了多種規格鈦合金管件的供貨能力，國內船舶海水管路中采用鈦合金閥門的型號僅有很少的小型船只，應用經驗較少，相關的設計和研究工作開始也較晚，尚無法為大規模應用提供足夠的技術和供貨保障。鈦合金海水管系所需的焊接技術已經比較完善，可以滿足幾乎所有工況的應用。

總之，鈦合金是船舶海水管系材料未來的發展方向。目前國內相關應用經驗較少，材料配套能力尚需進一步提升。

第二篇：超塑性鈦合金在航空航天領域的應用

石河子大學機械電氣工程學院 機械工程材料?新型材料課題論文

課題論文題目： 超塑性合金在航空航天領域的應用

姓 名： 劉萍

學 號： 2011509291 院系專業班級： 機械電氣工程學院11機制

（二）班 聯 系 電 話： *** 指 導 教 師： 魏敏 填 表 日 期： 2012年12月8號

《機械工程材料》課程組 2012年11月26日

超塑性鈦合金在航空航天領域的應用

摘要：鈦及鈦合金具有比強度高、耐腐蝕、耐高溫等優良性能，在航空航天、艦艇、化工等領域得到日益廣泛的應用。闡述了航空航天用鈦合金盤件的研究現狀，重點介紹了高性能鈦合金盤件的制備工藝，包括粉末冶金熱等靜壓成形和超塑性等溫鍛造成形。分析了鈦合金盤件在航空航天領域的應用現狀，并探討了航天航空用鈦合金盤件的發展趨勢。

關鍵詞：鈦合金；超塑性；超塑性成形；擴散連接

1，超塑性合金的定義：

超塑性合金是指那些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現縮頸，也不會斷裂。金屬的超塑性現象，是英國物理學家森金斯在1982年發現的，他給這種現象做如下定義：凡金屬在適當的溫度下（大約相當于金屬熔點溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應變速度10毫米秒時產生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。根據金屬材料的結構和變形條件(溫度、應力)，可超塑性合金大致劃分為微晶超塑性合金，相變超塑性合金2大類。由于鈦合金在超塑狀態具有異常高的塑性，極小的流動應力，極大的活性及擴散能力，可以在很多領域中應用。

2，鈦合金的結構特點：

鈦合金的結構特點決定了它們不僅有良好的高溫強度，較好的抗氧化性和抗腐蝕性，而且密度較小，因此是理想的航天和航空材料。當前世界上研究較多的鈦合金有TiAl、Ti3Al等。然而，這些材料的室溫塑性和韌性一般較差；加工性能較差。在其主要優點不受很大損失的前提下，改善其塑性、韌性及加工性。而實現這些目標的主要措施是添加合金元素以形成塑性較好的第二相，超塑性鈦合金的實現一般還需要通過一定的形變熱處理以得到等軸細晶顯微組織。近年來的研究結果已經表明，鈦合金可以獲得很高的超塑性水平——Ti3Al合金的伸長率超過1000%；TiAl合金的伸長率達470%。發展起來的超塑成形技術，改善了鈦合金難以成形的狀況，因而充分發揮了鈦合金的優勢。超塑性鈦合金正以它們優異的變形性能和材質均勻等特點，在航空航天以及汽車的零部件生產、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復雜形狀構件的生產中起到了不可替代的作用。

3，超塑性成形工藝：

超塑性成形工藝主要包括了氣脹成形和體積成形兩類。超塑性氣脹成形是用氣體的壓力使板坯料（也有管坯料或其他形狀坯料）成形為殼型件，如儀差殼、拋物面天線、球型容器、美術浮雕等。氣脹成形又包括了Female和Male兩種方式，分別由圖1和圖2表示。Female成形法的特點是簡單易行，但是其零件的先帖模和最后貼模部分具有較大的壁厚差。Male成形方式可以得到均勻壁厚的殼型件，尤其對于形狀復雜的零件更具有優越性。

超塑性氣脹成形與擴散連接的復合工藝（SPF／DB）在航空工業上的應用取得重要進展，特別是鈦合金飛機結構件的SPF／DB成形提高了飛機的結構強度，減少了飛機重量，對航空工業的發展起到重要作用。

超塑性體積成形包括不同的方式（例如模鍛、擠壓等），主要是利用了材料在超塑性條件下流變抗力低，流動性好等特點。一般情況下，超塑性體積成形中模具與成形件處于相同的溫度，因此它也屬于等溫成形的范疇，只是超塑性成形中對于材料，對于應變速率及溫度有更嚴格的要求。這種方法利用自由運動的輥壓輪對坯料施加載荷使其變形，使整體變形變為局部變形，降低了載荷，擴大了超塑性工藝的應用范圍。他們采用這樣的方法成形出了鈦合金、鎳基高溫合金的大型盤件以及汽車輪轂等用其他工藝難于成形的零件。

4，超塑性成形及擴散聯接（SPF/DB）：

超塑性成形及擴散聯接（SPF/DB）是航空領域多年來重點發展和應用的一種近無余量先進成形技術。通過在一次加熱、加壓過程中成型整體構件，不需要中間處理，能有效減輕結構重量和提高材料利用率，可為設計提供更大的自由度，具有廣闊的應用前景。

基本原理是：利用金屬及合金的超塑性和擴散焊無界面的一體化特點，在材料超塑溫度和擴散焊溫度相近時，采用吹脹或模鍛法在一次加熱、加壓過程中完成超塑成形和擴散連接兩道工序，從而制造高精度復雜的大型整體構件。該技術具有以下特點：

（1）成形壓力低/變形大而不破壞（2）外形尺寸精確，無殘余應力和回彈效應（3）節省裝備，縮短制造周期

（4）改善結構性能，提高結構完整性，延長機體壽命（5）降低制造成本，減輕結構重量

從以上特點分析，SPF/DB簡化了零件制造過程和裝配過程，減少了零件（標準件）和工裝數量，消除大量連接孔，避免了連接裂紋及疲勞問題，有利于提高結構耐久性和可靠性，尤其適合于加工復雜形狀的零件，如飛機機翼、機身框架、發動機葉片等。對于鈦合金，SPF/DB解決了鈦合金冷成形和機加工難的缺點，促進了鈦合金整體構件的使用（如圖3），相對常規金屬結構，夾層結構具用足夠的疲勞強度、良好的塑性和斷裂韌性。英國、美國是世界上開展SPF/ DB 技術研究及應用較早的國家，目前已建立了專業化生產廠，如英國TKR 公司、羅羅公司、Superform 公司和美國RTI公司等都具有很強的鈦合金SPF/ DB 結構件的生產能力。另外，法國、德國、俄羅斯以及日本對鈦合金SPF/ DB 技術也進行了大量研究和應用，具備了較強的鈦合金SPF/ DB 結構件的生產能力。國外SPF/ DB 鈦合金結構件在飛機上的應用廣泛（見圖4），如民機A300、A310/ 320的前緣縫翼收放機構外罩，減重10%，A330、A340機翼檢修口蓋、駕駛艙頂蓋、縫緣傳動機構等采用SPF/DB結構，減重46 %，技術經濟效益顯著。此外，A380飛機吊艙艙門結構采用了SPF/DB工藝。國內開展鈦合金SPF/DB研究已多年，已逐漸用于主承力結構，取得了一定的減重效果和經濟效益，圖5為某飛機TC4鈦合金SPF/DB腹鰭結構，已通過了全尺寸靜力試驗考核，結果證明滿足設計要求，成本降低16％，減重11％，但國內還未開展該技術在民機上的應用。

SPF/DB在國外已比較廣泛的應用于軍民用飛機，顯示出巨大的技術經濟效益，但在國內還處于應用初期，沒有充分發揮這一技術的優勢。針對民用飛機使用要求、主要結構特點等，要實現該技術的工程化成熟應用，需要盡快開展以下研究工作：

（1）SPF／DB結構設計技術，目前，SPF/ DB 技術多用于層板結構，這種板結構在強度方面存在不足。因此，應大力發展體積成形與擴散連接結合的新型SPF/ DB 構件。

（2）SPF/ DB制造控制技術，包括成形過程組織演變和變形機制，工藝過程控制與加工過程自動化，結構完整性及應力與變形控制，實現組織與性能匹配。（3）SPF/ DB質量評估與檢測技術，建立設計用性能數據庫，研制低成本檢測技術，提高檢測精度，制定質量控制程序和檢驗標準。

（4）SPF/ DB結構靜力與疲勞考核驗證，以適航標準為依據進行符合性驗證，確保民用飛機安全可靠使用。

5，高性能鈦合金盤件的研究現狀：

對于航空航天用發動機壓氣機盤、渦輪盤等轉動部件，不僅要求具有良好的高溫熱強性，還要求在高溫條件下有優良的抗疲勞性能和長期使用的可靠性。因此，制備高性能鈦合金，要綜合考慮合金成分、熱加工工藝、組織與性能及可加工性等因素。只有制備潔凈度高、成分和組織均勻的鑄錠，并在先進渦輪盤鍛壓技術和熱處理工藝的配合下，才能保證鈦合金盤件流線形態的完整性、盤件組織的均勻性和性能的高可靠性。目前制備高性能盤件的主要方法有超塑性等溫鍛造成形工藝和粉末冶金熱等靜壓成形兩種，這兩種方法各有特點。

粉末冶金鈦合金盤件在熱處理時，盤件內部存在溫度梯度，會產生較大的殘余熱應力。這些殘余應力對盤件保持完整性和機加工性能的影響很大，當局部殘余應力足夠大時，盤件就可能開裂。而小的殘余應力，也會影響盤件的加工性能，如加工變形等。因此，粉末冶金鈦合金盤件的熱處理工藝極為關鍵。對于大規格高性能鈦合金盤件，由于鈦合金導熱率低，盤件規格較大，不同部位存在較大的溫度梯度，容易造成組織和性能的不均勻性，則主要采用等溫超塑成形的方法。

超塑性等溫鍛造是利用鈦合金在高溫及低應變速率下材料具有異常好的塑性及變形抗力低的特點發展起來的一種鍛造方式。通常采用近盧或準盧熱模鍛造兩種鍛造方式。這種新工藝能獲得尺寸精確度高、組織均勻、性能穩定、形狀復雜的高精度鍛件，而且可用小噸位的液壓機鍛造大型鍛件，來提高材料的利用率和減少切削加工量。等溫鍛造有以下特征：①在整個鍛造過程中，鍛模與鍛件始終保持在同一加工溫度；②鍛造速度很慢，應變速率很小；③為防止氧化，鍛模與鍛件有時需置于真空或惰性氣體環境中。等溫鍛造可通過控制加工溫度、應變率、變形程度等來控制微觀組織，以實現組織優化的目標。結合優化的調質熱處理制度，使鈦合金的組織和性能滿足不同零部件的應用需求“。等溫鍛造的薄壁鈦鍛件具有良好的拉伸強度和綜合性能，是用于宇航加工中最經濟且簡易的成形方法。

參考文獻

[1] 劉樹桓.英國超塑成形擴散連接技術的現狀及特點.航空制造工程, 1994 [2] 王向民等.鈦合金SPF/DB技術在航空工業中的應用.鈦工業進展, 1998, No1 [3] 白秉哲等.美國超塑成形技術及應用.航天技術與民品, 1999, No1 [4] 超塑成形/擴散焊接組合工藝數值模擬初探.南京航空航天大學學報, 1999, Vol31, No3 [5 ] 李曙光等.國外先進制造技術與裝備應用現狀分析.航天制造技術, 2004,Vol6,No3 [6] 李志強等.超塑成形/擴散連接技術的應用與發展現狀.航空制造技術, 2004, No11 [7] 于衛新等.材料超塑性和超塑成形/ 擴散連接技術及應用.材料導報, 2009, Vol23,No6

第三篇：風能在船舶上的應用

新能源新技術在船舶上的應用

——風能技術在船舶上的應用

摘要

世界經濟的現代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應用。因而它是建筑在化石能源基礎之上的一種經濟。然而，由于這一經濟的資源載體將在21世紀上半葉迅速地接近枯竭。化石能源與原料鏈條的中斷，必將導致世界經濟危機和沖突的加劇，同樣對于航運業也是個致命的沖擊。因此節能減排成為熱門的世界議題。各大航運企業紛紛加大對新能源的研究，考慮如何開發出新型能源以解決面臨的化石能源危機問題。風能以其自身各種優勢成為很多研究機構都在探討風能在船舶上的應用問題。本文就風能在船舶上的應用問題進行了介紹與分析，主要在以下幾個方面作了講述：

一、課題研究的背景和意義。

二、風能在船舶上應用的發展歷史與國內外風能在船舶上應用的現狀。

三、風能在船舶上應用的方式與方法。

四、風能在船舶上應用的技術路線。

五、風能在船舶上應用所存在的難點和關鍵技術。

六、風能在船舶上應用的創新之處。

七、風能在船舶上應用預期的效益。

關鍵詞：風能、船舶、節能、效益

一、課題研究的背景和意義

地球上可供人類使用的化石燃料資源是有限和不可再生的。據聯合國能源署報告,按可開采儲量預計,煤炭資源可供人類用200年、天然氣資源可用50年、石油資源可用30年。特別是近幾年世界燃油價格不斷飆升,能源危急日趨嚴重。在此情況下,風能的利用將可能改變人類長期依賴化石燃料和核燃料的局面。風能是一種無污染的可再生資源,它取之不盡、用之不竭,分布廣泛。隨著人類對生態環境的要求和能源的需要,風能的開發日益受到重視,風力發電將成為21世紀大規模開發的一種再生清潔能源。在自然界中，風是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源，可以再生，永不枯竭，分布廣泛，遍布世界各地，清潔能源，沒有污染。隨著全球氣候變暖和能源危機，各國都在加緊對風力的開發和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護我們賴以生存的地球。

我國早在兩千多年前就開始利用風來驅動帆船航行，至少在一千七百多年前已開始利用風來推動風車做功。人類利用風的歷史：人類利用風能的歷史可以追溯到公元前，我國是世界上最早利用風能的國家之一。公元前數世紀我國人民就利用風力提水、灌溉、磨面和利用風帆推動船舶前進。東漢劉熙在《釋書》一書中曾寫“帆泛也，隨風張幔曰帆”，表明中國1800年前已開始利用風帆駕船。宋朝是我國應用風車的全盛時代，但是流行的垂直軸風車一直沿用至今。

在國外：公元前2世紀，古波斯人就利用垂直軸風車碾米。10世紀伊斯蘭人用風車提水，11世紀風車在中東已獲得廣泛的應用。13世紀風車傳至歐洲，14世紀已成為歐洲不可缺少的原動機。在荷蘭，風車先用于萊茵河三角洲湖地和底濕地的汲水，以后又用于榨油和鋸木。只是由于蒸汽機的出現，才使歐洲風車數目急劇下降。1973年石油危機以后，常規能源告急，全球生態環境惡化，風能發展，對沿海島嶼，交通不便的邊遠山區，地廣人稀的草原牧場，以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆，作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義

? 美國早在1974年就開始實行聯邦風能計劃。其內容主要是：評估國家的風能資源；研究風能開發中的社會和環境問題；改進風力機的性能，降低造價；主要研究為農業和其他用戶用的小于100kw的風力機；為電力公司及工業用戶設計的兆瓦級的風力發電機組。目前美國已成為世界上風力機裝機容量最多的國家，超過2X104MW，每年還以10％的速度增長。現在世界上最大的新型風力發電機組已在夏威夷島建成運行，其風力機葉片直徑為97.5m，重144t，風輪迎風角的調整和機組的運行都由計算機控制，年發電量達1000萬kw?h。根據美國能源部的統計至1990年美國風力發電已占總發 電量的1％。風能有悠久的利用歷史，如何借鑒以前的經驗結合現如今的先進技術把風能更好的利用在船舶上面成了一個至關重要的問題。新能源和再生能源的開發利用不僅可以解決目前世界能源緊張的問題，還可以解決與能源利用相關的環境污染問題，促進社會和經濟的可持續性發展。根據國際權威機構的預測，到21世紀60年代，全球新能源與再生能源的比例，將會發展到世界能源構成的50%以上，成為人類社會未來能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大部分國家能源供應不足，不能滿足經濟發展的需要，各國紛紛出臺各種法規支持開發利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升溫。在21世紀，能源是國民經濟發展的動力，也是衡量綜合國力、國家文明發展程度和人民生活水平的重要指標。在航運業，綠色船舶已成為未來船舶發展的方向，其中研究利用清潔能源船舶輔助系統最具有革新性和代表性。其將充分利用風能、太陽能以及波浪能等零污染或可再生能源，為船上設施提供相對獨立的能量來源，在降低除暴發電機或主機能耗的同時保證船舶的正常航行。風能是比較容易開發的新能源，全球范圍內都分布著比較豐富的風力資源，將風能應用在船舶上便成為人們研究的熱點。首先，風能的利用有著悠久的歷史和豐富的經驗；其次，風能是取之不盡用之不竭的自然能源。風能主要是通過布置在船舶上的風帆借助風的能量，在保證船舶各項性能穩定的條件下，從而推動船舶前進。因此，對于我國這樣一個能源短缺的發展中國家來說，將風能等新能源應用在船舶上有著重要的意義和深遠的影響。

二、風能在船舶上應用的歷史

東漢劉熙在《釋書》一書中曾寫“帆泛也，隨風張幔曰帆”，表明中國1800年前已開始利用風帆駕船。宋朝是我國應用風車的全盛時代，但是流行的垂直軸風車一直沿用至今。

20世紀80、90年代，日本在風帆助航的研究和利用方面有了新的突破。1980年日本建造了第一艘裝有普通翼帆的新愛德丸（Shin A-ito ku Maru）油輪，新愛德丸好裝有兩個高12.15m、寬8m的風帆。之后又建造了扇蓉丸、日產丸等機動風帆貨船，1984年又設計和建造了26000t的臼杵先鋒丸（Usuki Pioneer）和另一艘31000t的現代風帆助航遠洋貨輪。

1980年，巴黎Pier re和Marie Curie 大學和Cousteau本部研究小組利用空氣動力學方面的知識，發明了船用渦輪帆。

1994年“Aghia Marina”號干散貨船安裝目前全球最大的“風箏”。據悉，“Aghia Marina”號長170米，建于1994年，航速14節，通常運輸工業和農業原材料等貨物，可一次運輸大約28500噸干散貨，將成為目前采用德國SkySails風能技術的最大船只。

1998年日本郵船株式會社已在營運的大型遠洋煤炭專用船上應用風力發電，該船走日本至北美和日本至澳洲東岸航線。據統計每往返一次，大約可平均每天可以節省燃油130kg。

2000年澳大利亞開發出世界第一艘商用的太陽能和風能混合動力雙體客船，是一種既可將太陽能和風能單獨作為動力，又可合二為一的新型船舶。

2003年10月15日日本游船公司宣布，它同東海大學等聯合開發出船用的風力發電機，計劃搭載在2004年8月起航的大型運送汽車專用船上進行實驗。

2007年12月15日全球第一艘用風箏拉動的貨輪白鯨天帆號（Beluga SkySails）由德國漢堡市起航。

國內的風能應用研究也有很多范例，上海龍泰節能工程有限公司自主研發制造的龍泰牌5-2000KW系列風力發電機應用系統，在中國長航集團上海寶江實業“長輪29004囤船”上首次運行取得圓滿成功。“長輪29004囤船”長90米，是5000噸級囤船，常年停泊在吳松口，為駁船提供靠泊、水電供應、應急處理等服務。

世界各國在風帆助航方面都有很多的研究，各國都有實船在運行。丹麥、德國、美國、日本、澳大利亞等過對風能作為船舶推進能源在船舶上的應用都作了研究和實船嘗試。有研究學者認為，利用風力的裝置推動船只航行，可節省30%—40%的燃料費用。

日本對在大型遠洋船上應用風能發電系統的可能性展開了多項比較深入的研究評價工作，已取得很大成功，并已獲得不少專利，到2004年日本已有14艘以風做輔助動力的船只航行在海上，它們的耗油量僅為普通機動船的75%。

日本福岡的生態船舶動力公司（EMP）已經開始詳細設計其水瓶座系統（Aquarius System）風能和太陽能帆板。

目前該公司正同一些開發合作伙伴合作開發水瓶座系統風能和太陽能帆板。這種帆板將用來收集風能和太陽能，然后用來為船舶提供動力，以便減少燃油耗和溫室氣體排放。這種堅固的風能和太陽能帆板將產生一種有助于在海上、港口或拋錨時，船舶利用可再生能源。

每張帆板都將通過日本大阪KEI系統有限公司開發的計算機控制系統定位。在這些帆板不用時，可以收攏和儲存起來。在風況不利時，可通過調節這些帆板的定位達到減少風阻力的目的，不過仍能夠收集太陽能。

日本生態船舶動力公司深信，水瓶座系統風能和太陽能帆板將給航運公司帶來引人注目的回報。該水瓶座系統風能和太陽能帆板意味著可在不對各種類型的船舶進行重新設計的情況下使用。水瓶座系統風能和太陽能帆板還可以安裝在海軍、海岸警衛隊和漁業保護船上。

國內風能驅動船的研究及應用：

圖1 風力發電驅動船的結構圖

以上就是風力驅動船的結構圖，船上動力系統由風力發電機(1)、和與發電機(1)相聯的變壓器(2)、變壓器(2)輸出端聯接的電動機(3)組成。

風能驅動船，顧名思義，為一種利用風力發電實現驅動的船舶。它的結構要點是船上動力系統由風力發電機、和與發電機相聯的變壓器、變壓器輸出端聯接的電動機組成，并利用風力發電提供電動機運輪產生的動力，推動船只行駛。隨著，低碳、節能、環保理念的推廣以及相關技術的成熟，風能驅動技術能夠在內河、沿海的小型船舶中推廣應用。

我國風能驅動船的應用

中國長航集團上海寶江實業“長輪29004囤船”裝備了上海龍泰節能工程有限公司自主研發制造的龍泰牌5-2000KW系列風力發電機應用系統，并圓滿運行成功。該船設計的風力發電機裝機容量20kw，選用4臺單機功率為5kw的“龍泰牌” LTFD/HY-5KW風力發電機，按照最長5天無風日計算，當連續5天無風天氣下均能滿足全船的日常生活需要，體現了超低風速運行的特性，當風速在2米/秒的情況下即開始發電，并能滿足220/380V船載設備的正常用電，系統全部采用了數字化全自動控制。為了保證系統穩定和運行安全，實現智能化管理和控制，該項目攻克了數十項技術難題，保證了在全天侯氣候條件下的安全運行。實現了微電腦數字化控制，自動跟蹤風向并根據額定風速、電壓、電流等，自動實現迎風30°/60°/90°偏航直至停機，保證了系統的安全。即時液晶顯示發電電壓、發電電流、當前風速、輸入、輸出電壓、輸出電流、三相輸出電源的相電壓、頻率等。塔架液壓自動起降，方便了安裝和維修，解決了船載設備的后顧之憂和降低了建造成本。

目前，上海長江沿線港口的類似1800余條囤船全部改用風力發電，每年將節約31320噸柴油，相當于46197噸標準煤，直接產生經濟效益23098萬余元。

隨著柴油的緊缺、油價上漲，我國內河運河內許多駁船也都改裝為風力發電驅動，就是安裝一種帶著螺旋槳的“風力發電機”。由于船舶在航行途中，一般通過風力帶動風力發電設備上的螺旋葉，就可直接給電瓶充電。船舶在停泊中，一般風力只要達到三四級，也可給電瓶充電。每條駁船一個航次需充電2次，在正常情況下，航行途中給電瓶充電后，還能基本滿足船舶裝卸時的用電需求。

瑞士日內瓦消息：Cargill已和希臘船東/船舶管理方Anbros Maritime S.A.簽署協議，為其“Aghia Marina”號干散貨船安裝目前全球最大的“風箏”。

據悉，“Aghia Marina”號長170米，建于1994年，航速14節，通常運輸工業和農業原材料等貨物，可一次運輸大約28500噸干散貨，將成為目前采用德國SkySails風能技術的最大船只。

作為全球最大干散貨物承租方之一，早在去年2月，Cargill就宣布和SkySails簽署供應協議，在造船業使用風能技術，以減少污染氣體排放。位于德國漢堡的SkySails長期以來研發一種革新的、具有專利的“風箏”技術，飛行在船艏，可產生足夠的推進力，在理想海況下，可減少高達35%的燃料消耗。

根據協議，“Aghia Marina”號將在2012年一季度安裝面積達320平方米的“風箏”，將其通過繩索與船相連，在100-420米高空飛行，配有電腦控制的自動操作，將風能運用至最大化。Anbros已加入和Cargill與SkySails一起進行研發和測試。今后五年，由Cargill長期租運的“Aghia Marina”號使用SkySails系統。SkySails公司負責培訓船員如何操作風能推進。

三、風能在船舶上應用的方式與方法。人類社會對于風帆助航的理解和認識有著悠久的歷史, 工業科技水平的不斷提升對于風帆技術的應用起到了巨大的推動作用, 根據風帆的形式及其對風力利用性質的不同, 衍生出了普通翼帆、特種翼帆(包括單轉子-翼帆組合體帆、轉柱帆、轉帶帆、Walker 型風帆)、三角帆、天帆、Magnus效應帆(渦輪帆、轉筒帆)和仿生帆等眾多船舶風帆結構。其中以三角帆和普通翼帆技術應用水平較高, 其他帆型形式在船舶上的應用多是帶有試驗性質的技術探索。

1.渦輪帆

渦輪帆的基本結構如圖2-10所示，它是一個可定向轉動的橢圓形筒，在其后緣左右兩側各有一個由許多小孔組成的抽氣面，當風速超過極限風速時，它置于靈位，橢圓上下設有端板，在上端板設置一個水平的抽氣機，按風速、風向及船速等條件控制抽氣量，使帆達到最佳推進效率。

2.蟬翼型帆

概念中的蟬翼型帆可以做成模塊布置在船舶上，需要風力助航時可將帆升起，不需要時可將其折疊收藏。如需對風帆模塊進行維修或長期不用時可以拆下，但目前僅僅是一個尚存諸多不定因素的概念。

3.風箏型帆

風箏型帆是在船艏張掛巨大的傘翼狀的風箏，通過其拖動作用協助船舶前進，從而減少船舶燃料消耗。風箏帆相比上述三種帆成本低，結構簡單，對船體改造要求低，占用船舶空間較小，但其釋放與控制難度高，對風向的要求更高。

四、風能在船舶上應用的技術路線

1.傘形太陽能帆板雙體船

[技術目的]：一種傘型太陽能帆板雙體船，屬于船舶海洋工程設備技術領域。

[技術方案]：本發明包括：單船體、船體連接架、萬向接頭、主立桿、傘型骨架、拉桿、套筒、牽引索、傘型太陽能帆板、太陽能光伏陣列、卷揚機、液壓油缸、太陽能風帆、支承架、日光感受器、方向控制器。其中，兩個單船體之間由船體連接架相聯固結組成雙體船。每個單船體長60米，寬約8米，兩單船體中軸線之間的距離16米，雙體船左右舷的最大寬度為24米。在船體連接架的中心位置上安裝有萬向接頭，主立桿通過萬向接頭與船體連接架相鉸接。主立桿高120米，由1.5米直徑的銅管制成，銅管壁厚0.05米。主立桿的下部，在雙體船中心軸線方向和垂直于雙體船中心軸線方向，共設置四個液壓油缸。液壓油缸的活塞桿與主立桿各成45°角錢接，形成立體的支承，以便借助四個液壓油缸的協同動作，使主立桿按照控制的要求，以萬向接頭為中心變動主立桿軸向的傾斜角度。支承架是一個鋼制方管型圓環體，固接在船體連接架兩旁的單船體的甲板上。支承架的中心與雙體船的幾何中心重合。支承架上沿圓周均勻固接著8個平面餃鏈，每個平面鉸鏈上都連接著一根弧形的傘型骨架。傘型骨架弧形的曲率半徑為180米。傘型骨架由無縫鋼管制成。每根傘型骨架的弦長為140米，8個傘型骨架共同組成一個球形面，球形面的中心在主立桿的中軸線上。8根拉桿分別鉸接在相應傘型骨架距根部端點弦長60米處，每根拉桿的末端與套在主立桿上的套筒7餃接，以利用套筒達到張緊和牽引的作用。在每根拉桿上距離主立桿中心軸28米處，分別有牽引索與之餃接。在主立桿的頂部，安裝有8臺卷揚機，分別牽引著各自對應的8條牽引索，以便牽引和垂吊8根拉桿，得以控制8個傘型骨架的位置角度。傘型太陽能帆板以傘型骨架為支承安裝在傘型骨架上，其投影面積為6萬平方米。該面積遠大于雙體船本體的尺度，盡量擴大了接收太陽能的有效面積。傘型太陽能帆板由尼龍纖維材料制成，質地輕盈，堅固牢靠。太陽能光伏陣列安置在傘型太陽能帆板的上面，以便盡量吸收太陽光的能量。太陽能光伏陣列是采用威海藍星泰瑞光電有限公司生產的不透明非晶硅太陽能電 池模塊組裝而成。日光感受器和方向控制器置于雙體船內，日光感受器的輸入端感受太陽光，日光感受器的輸出端通過方向控制器與液壓油缸的控制端電連接。

[技術效果]：本發明的技術中，風能和太陽能在船舶推進上協同利用，使雙體船完全以綠色能源驅動。它僅依賴、風能和太陽能驅動，完全不需要常規能源包括燃油和燃氣的消耗，是一種無排放污染的綠色船舶。

圖1：傘形太陽能帆板的雙體船的俯視圖

圖2：傘形太陽能帆板的雙體船的正視圖 圖中：1單船體，2船體連接架，3萬向接頭，4主立桿，5傘型骨架，6拉桿，7套筒，8牽引索，9傘型太陽能帆板，1 0太陽能光伏陣列，11卷揚機，12液壓油缸，13太陽能風帆，1 4支承架，1 5日光感受器，1 6方向控制器

2.小水線面三體太陽能風帆船

[技術目的]：小水線面三體太陽能風帆船，屬于船舶海洋工程技術領域。

[技術方案]：本發明包括 : 主船、兩個輔船、主桅桿、輔桅桿、上帆梁、中帆梁、下帆梁、橫梁、上桅、中桅、下桅、中括板、電流分配器、充放電控制器、超級電容組、電磁接觸器、逆變器、變壓器和電力推進器。

其中，主船由主船上體、三根主支柱和主下潛體構成。輔船由輔船上體、輔支柱和輔下潛體構成。主船和輔船穿過水面的部分只是三根主支柱和兩根輔支柱，使三體船形成小水線面的結構，大幅度降低了三體船航行的興波阻力。三臺電力推進器分別安裝在主船上體和兩個輔船上體的自尾部，兩塊中插板分別懸掛在主船上體舷外兩側。

主桅桿安裝在主船上體上，兩個輔桅桿分別安裝在兩個輔船上體上。它們都可以繞本身的主軸線轉動。上帆梁、中帆梁、下帆梁和橫梁自土而下平行安裝，并與主桅桿和兩輔桅桿鉸接。上桅懸掛在上帆梁下，中桅懸掛在中帆梁下，下跪懸掛在下帆梁下。上桅、中桅和下桅都由質地致密而堅固的尼龍纖維制成，能夠經受狂風的吹席。上桅、中桅和下桅的表面都粘貼著多塊太陽能電池板。多塊太陽能電池板由導線互相連接，組成太陽能光伏陣列。上桅、中桅和下桅的面積大小，不受主船本身尺寸大小的限制，它可以制成面積很大的結構，以便安裝盡可能多的太陽能電池板，組成強大的太陽能光伏陣列，提供浩大的電量，同時接收足夠的風能動力。太陽能光伏陣列的輸出端與電流分配器的輸入端連接，電流分配器的輸出端分別與充放電控制器的輸入端和逆變器的輸入端連接。充放電控制器的輸出端與超級電容組的輸入端相連接，超級電容組的輸出端通過電磁接觸器也與逆變器的輸入端連接。電磁接觸器的控制端與電流分配器的控制端相連，并由電流分配器控制電磁接觸器的動作。逆變器的輸出端通過變壓器與主船、輔船的電力推進器聯接。

太陽能光伏陣列在陽光的照射下，可以持續發電、輸出電流。當太陽能充足時，太陽能光伏陣列發出的直流電，通過充放電控制器調制到適當的電流和電壓水平，輸送到超級電容組的輸入端，向超級電容組充電。超級電容組存儲的電能，可在任何時刻使用，以驅動船舶。用于驅動推進器的電能通過逆變器轉變為交流電，經由變壓器引入電力推進器的輸入端。當太陽能光伏陣列達不到足夠的電流輸出、風力又不足以驅動船舶時，電流分配器控制電磁接觸器聯通，使超級電容組向逆變器的輸入端放電。電流經逆變器的輸出端流出后，經變壓器引入主船、輔船的電力推進器的輸入端口。在主船的電力推進器的驅動下，船舶前進。在輔船的電力推進器的的驅動下，兩個輔船協同主船調整相對位置，形成前后直線的排列分布，或者根據指令，協同調整各自的方位，牽引太陽能風帆的迎風角度發生精確的轉變，船舶即使在側逆風的情況下，仍然能夠順利前行。

圖3：太陽能風帆船的正視圖

圖中，1是主船上體，2是主下潛體，3是主支柱，4是輔船上體，5是輔下潛體，6是輔支柱，7是主桅桿，8是輔桅桿，9是上帆梁，10是中帆梁，11是下帆梁，12是橫梁，13是上桅，14是中桅，15是下跪，16是中括板，17是電流分配器，18是充放電控制器，19是超級電容組，20是電磁接觸器，21是逆變器，22是變壓器，23是電力推進器。

[技術效果]：采用了三體船的結構，除了主船以外，左右各有兩個輔船承擔支撐的任務，使巨大的太陽能風帆不至失去平衡，整個船上體也不會發生側翻事故。船上體均采用小水線面結構，大幅度降低了興波阻力，使船舶得以快速航行。本發明可在不同的環境條件下，選擇由風能單獨驅動船舶;由太陽能單獨驅動船舶；由太陽能和風力共同驅動；或是利用超級電容組儲存的電能驅動，使船舶總是可以持續正常航行。

四、風能在船舶上應用所存在的難點和關鍵技術

助航風帆系統要求高效安全：風帆狀態（包括帆向角、風帆的啟停等）和主機轉速控制是風帆助航控制系統中兩個至關重要的控制要素，因此確保在各種條件（氣象條件、航行條件等）下對風帆姿態和主機轉速進行最優化控制是風帆助航控制系統的根本目的。綜合來說，風帆助航控制系統有如下一些要求：

1、風帆的啟停：風帆的啟停不但關系到風帆助航系統的節能收益，還關系到風帆助航系統的安全性。因此需要風帆助航控制系統能夠根據氣象條件和船舶航行狀態等因素進行合理而優化的自動控制。

2、帆向角：風帆在使用時，根據風向，按照風帆的最佳帆向角曲線適時的調整帆向角，使得在一定條件下風帆獲得最大推力從而獲得最大節能效果。

3、主機轉速：風帆助航系統大都采用定航速控制方案，即隨著風帆推力的增加，減少主機的輸出功率，使船舶的航速保持不變，以風帆所得到的推進功率部分作為節能目標。因此需要根據實際情況對主機的轉速進行適當的調節，以保持航速不變。

同時

1、風能密度低，風能不能集中，不穩定。

2、風力發電裝備昂貴，投資大，風險大。

3、風能使用方式相對單一，很難和船舶有一個很好的結合。

五、風能在船舶上應用的創新之處

公元前數世紀我國人民就利用風力提水、灌溉、磨面和利用風帆推動船舶前進。公元前2世紀，古波斯人就利用垂直軸風車碾米。10世紀伊斯蘭人用風車提水，11世紀風車在中東已獲得廣泛的應用。

工業科技水平的不斷提升對于風帆技術的應用起到了巨大的推動作用, 根據風帆的形式及其對風力利用性質的不同, 衍生出了普通翼帆、特種翼帆(包括單轉子-翼帆組合體帆、轉柱帆、轉帶帆、Walker 型風帆)、三角帆、天帆、Magnus效應帆(渦輪帆、轉筒帆)和仿生帆等眾多船舶風帆結構。其中以三角帆和普通翼帆技術應用水平較高, 其他帆型形式在船舶上的應用多是帶有試驗性質的技術探索。

2007年12月15日全球第一艘用風箏拉動的貨輪白鯨天帆號（Beluga SkySails）由德國漢堡市起航。

傘型太陽能帆板雙體船。小水線面三體太陽能風帆船。

六、風能在船舶上應用預期的效益

1、上海東部沿海和長江口區是我國風力資源較為豐富的地區，有數據表明2004-2007年4年間，上海沿江連續3m/s以下的無風日為五天，平均每年3m/s以上的時間在5000小時以上。目前在風能建設利用方面還存在著；建設風電場在立項選址、投資回報等方面受到很多的條件限制不能很快的普及，目前民間應用風電的群體主要是在缺電、無電的地區和不能接通電網的場所，裝機功率一般在500-2000W之間，上海地區很少利用。

如何廣泛應用這一得天獨厚天然可再生資源，將大功率風電應用到目前使用柴油機的場所，在解決企業或投資者對應用新能源的顧慮方面，中國長航集團上海寶江實業“長輪29004囤船”上的典型案例能給人們一個全新的認識。

由上海龍泰節能工程有限公司自主研發制造的5-2000KW風力發電機應用系統在中國長航集團上海寶江實業“長輪29004囤船”上實踐取得圓滿成功。

長輪29004長90米是 5000噸級囤船，常年停泊在吳松口，為駁船提供靠泊、水電供應、應急處理等服務。由于囤船所需動力全部依靠柴油發電，每天連續不斷的機器轟鳴聲影響了船員的工作和休息。隨著柴油供應的日益趨緊,和價格的不斷上漲，運營成本大幅攀升，急劇增加了囤船的運營成本。在中國長航和上海寶江集團領導的高度重視下,由上海龍泰承擔該船應用可再生能源的設計和建造。該船設計的風力發電機裝機20KW，按照最長5天無風日計算，當連續5天無風天氣下均能滿足全船的日常生活需要。更主要的是具有超低風速運行的特性，當風速在2米/秒的情況下即開始發電，并能滿足220/380V船載設備的正常用電，系統全部采用了數字化全自動控制。由此徹底告別了采用柴油機發電的歷史。該項目2008年4月18日通過驗收并全部投入運營，各項技術指標均已滿足設計要求，從而全面取代了柴油機發電，使該船第一個享受了清潔的可再生能源。

為了保證系統穩定和運行安全，實現智能化管理和控制，該項目攻克了數十項技術難題，保證了在全天侯氣候條件下的安全運行。實現了微電腦數字化控制，自動跟蹤風向并根據額定風速、電壓、電流等,自動實現迎風30°/60°/90°偏航直至停機，保證了系統的安全。

即時液晶顯示發電電壓、發電電流、當前風速、輸人、輸出電壓、輸出電流、三相輸出電源的相電壓、頻率等。

塔架液壓自動起降，方便了安裝和維修，解決了船載設備的后顧之憂降低了建造成本。

該船原柴油發電供電系統設備成本7.5萬元, 每年的運行成本約為13.8萬元；(柴油按目前市場價6300元/噸計算費用約8.5萬元，機油0.8萬元,維修保養費用每年約1.5萬元，機械師工資3萬元),本次建造的風力發電系統設備、安裝費用總計為24萬元，使用費用每年不足2萬元。

按照20年的折舊計算:

柴油系統運行20年的費用為238.5萬元,風力發電運行20年的費用為64萬元（不含風電高于柴油三倍的發電量）。

實踐證明該船每年直接節約成本8.7萬元，不足三年全部收回成本。20年節約柴油240噸，相當于349.8噸標準煤。直接產生經濟效益174萬余元。

上海長江沿線港口的類似1800余條囤船全部改用風力發電，每年將節約21600噸柴油, 相當于31482噸標準煤。直接產生經濟效益15660萬余元。

龍泰風電在新技術、建造低成本上的突破，將快速推動風電在我國應用領域的飛躍，綠色能源將會走進社會的各個領域和百姓生活。

2、一種帶著螺旋槳的“風力發電機”的新型船舶出現在國內內河航道中。由于船舶在航行途中，一般通過風力帶動風力發電設備上的螺旋葉，就可直接給電瓶充電。船舶在停泊中，一般風力只要達到三四級，也可給電瓶充電。正常情況下，航行途中給電瓶充電后，還能基本滿足船舶裝卸時的用電需求。

在京杭運河德清新市段，這種風力發電設備，依靠風力來獲取照明用電，給航行助力，既環保還省錢，目前在安徽和江蘇一帶比較流行。

據介紹，在去年柴油吃緊時，一些“跑江湖”的船老大想出了這個“好點子”。這段時間來，隨著柴油的又一次緊缺，安裝風力發電設備的船只就越來越多了，除了外地船只，湖州本地也有部分船只開始用上了這種風力發電設備。

“我的投入成本早就賺回來了。”應用此種風力發電機的已經得到實惠的船老大黃士玉算了一筆細賬：這種風力發電設備，可以給12伏蓄電池充電，風力大時也可以為24伏、36伏蓄電池充電。以12伏蓄電池為例，每條駁船一個航次需充電2次，以前用柴油時耗費要20多升燃料，一個船隊十條駁船，一個航次下來燃料需200多升。僅此一項支出就達上千元，而一部風車的投入只需700元，加上電瓶等投入也不過2000元。而風力發電設備可用兩三年，兩者一比較，誰費誰省一看就曉得了。

隨著新技術的發展，風能以其各種優點必定會在船舶航運上應用的更加廣泛，利用效率也會越來愈高，風能在船舶上應用的前景必定更加廣闊。

文獻：

《 帆船史 》 楊槱（上海交通大學出版社2005年出版）《運河里行駛著風力發電船》

《一種利用風力發電驅動的船》 李積順 《風電在船舶中的應用》

《傘形太陽能帆板雙體船》 上海交通大學 《小水線面三體太陽能風帆船》 上海交通大學

《太陽能和風能在船舶上的應用分析》 武漢理工大學

《風能發電在遠洋貨船上應用的研究》 上海船舶運輸科學研究所 《現代風帆助航船航行模式分析》 楊燁 邱立強

《基于翼型理論的風帆助航技術分析》 王宏明 孫培廷 黃連忠 任宏瑩

第四篇：玻璃鋼材料在船舶制造中的應用

船舶動力裝置認知實習論文

專業： 姓名：

班級：

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玻璃鋼材料在船舶制造中的應用

玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料，俗稱FRP，即纖維增強復合塑料。根據采用的纖維不同分為玻璃纖維增強復合塑料（GFRP），碳纖維增強復合塑料（CFRP），硼纖維增強復合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。

玻璃鋼是一種常見的環保設備制作材料。它的全稱是玻璃纖維復合樹脂。它具有很多新型材料所沒有的優點。玻璃鋼是將環保樹脂與玻璃纖維絲經過加工工藝揉合在一起。在樹脂固化了以后，性能開始固定而且不可回溯到固化前的狀態。嚴格來講，它種樹脂是環氧樹脂的一種。經過多年的化工方面的改良，在添加適當的固化劑后，它會在一定時間內固化。固化以后的樹脂沒有毒性析出，同時開始具備一些十分適合環保行業的特性。

玻璃鋼是一種新型的造船材料，是近代材料革命的一重要組成部分。玻璃鋼應用到造船業中的時間不長，但已突顯出其強大的生命力和廣闊的發展前景。

玻璃鋼艦艇的特點是質輕、高強，對減輕重量有較大潛力，適用于限制重量的高性能船舶和賽艇等；耐腐蝕，抗水生物附著，比傳統的造船材料更適合使用；無磁性，因而是掃雷艇，獵雷艇最佳的結構功能材料；介電性和微波穿透性好，適宜于軍艦艇；能吸收高能量，沖擊韌性好，船舶不易因碰撞，擠壓而損壞；熱導率低，隔熱性好，適合建造耐火救生艇、漁船和冷藏船等；船體表面能達到鏡面光滑，并且可具有各種色彩，特別適于建造外形美觀的各類游艇；可設計性好，能按船舶結構各部件的不同要求，通過選材、鋪層研究和結構造型來實現優化設計；整體性好，船體無接縫和縫隙，可防滲漏；成型簡便，比鋼質、木質省工，且批量生產特別好，降低造價的潛力很大；維修保養方便，維修費比其他材質的船艇少得多，全壽命期的經濟性能好。由于玻璃鋼具有傳統造船材料無法比擬的上述綜合性能，故備受造船界的重視，經多年的開發應用，已成為一種重要的船用材料。但因其彈性模量低和受成型技術等的限制，尚不能建造太大的艦船，加之價格較貴，故在整個造船業中用量比鋼材少。

中國的玻璃鋼/復合材料船艇工業始于1958年，歷經近50年的發展，就其船體材料、設計和制造技 術發展的歷史沿革和技術狀況，可分為以下三個階段：初創階段（1958年～改革開放前）、鞏固階段（改革開放后～20世紀末）和發展階段2000年起至今）前兩個階段中，船體材料、設計計算和制造工藝等方面，技術進展不明顯，表現為：

船舶動力裝置認知實習論文

1.材料方面：四十年來一直采用由E玻纖（甚至中堿玻纖）紡織而成的傳統的無捻粗紗方格布和短切氈及性能一般的不飽和聚酯樹脂作為船體原料；

2.設計方面：基本上是沿用金屬船舶的設計理念，其船體結構絕大多采用常規的實板加筋結構形式；

3.制造方面：幾乎所有船廠均采用傳統落后的手糊成型工藝方式，或輔以噴射成型工藝，僅個別船廠曾局部采用過真空袋壓成型技術；

在這兩個階段中，從事玻璃鋼/復合材料船艇制造的船廠屬于原中國船舶工業總公司的只有幾家，絕大多數均為地方上的中小型船廠以及90年代后到大陸設廠的臺資企業。曾經提出過以玻璃鋼漁船為突破口來推進復合材料在我國船艇工業中的發展，但都收效甚微。第三階段的前幾年中，國內有些大的集團公司和歐美澳等外資公司已紛紛涉足我國的游艇行業，因而國內復合材料造船技術發展的步伐已明顯加快。特別是2006年，以太陽鳥船艇制造有限公司等為代表的國內復合材料船艇制造商已經在采用先進的材料、設計和制造工藝技術方面邁出了可喜的一大步。如珠海太陽鳥游艇制造有限公司的62英尺機動游艇，采用多軸向縫（經）編織物、PVC泡沫夾層結構和真空輔助成型工藝成功制造了該艇的船體；再加佛山市寶達船舶工程有限公司的13.6米海關超高速摩托艇，采用了含有芳綸纖維的混雜增強材料與乙烯基樹脂復合，同樣也用真空輔助成型工藝來制造艇體。第三階段前期國內復合材料造船技術的進展表現在以下幾個方面：

1.打破了國內船艇一直沿用的普通方格布作為增強材料和聚酯樹脂作為基體的局面，開始采用先進的多軸向縫編織物和乙烯基等高性能樹脂，大大提高了艇體的性能；

2.結束了單一的實板加筋結構這種傳統艇體設計模式，開始進行夾層結構、硬殼式結構和波形結 構等各種艇體結構形式的設計和建造實踐；

3.打破了長期采用陳舊的手糊成型工藝之落后局面，實現了復合材料真空輔助成型工藝在船體制造中的突破。

值得提出的是，國務院不久前審議通過的《船舶工業中長期發展規劃》中提出，為適應國內旅游、休閑等行業的發展，要大力開發個性化游艇等產品。為此，中國船舶工業集團公司與上海奉賢區人民政府最近在北京簽訂了合作開發建設上海中船游艇制造基地的框架協議，擬將該基地建成中國最大的游艇制造基地。這不僅將進一步激活上海及長三角地區的游艇技術，還將有力地推動中國復合材料船艇工業技術的脫胎換骨，在更高的層次和水平上參與國際競爭，從而實現中國船艇工業新的突破。推廣玻璃鋼漁業船舶玻璃鋼自誕生以來，已被廣泛應用于各個行業，特別是它特有的性能以及其它造船材料無法比擬的優越性，已成為世界發達國家用于建造中小型漁業船舶和游艇的首選材料。

我國雖然在上世紀60年代已開始用于小型船艇的建造，但在漁業船舶的建造中使用玻璃鋼材料始終未形成規模。“六五”、“七五”期間也曾對玻璃鋼造船加大了研制開發力度，由于缺乏政策扶持、宣傳力度不夠、社會購買力差等因素，—直未能得到漁

船舶動力裝置認知實習論文

民的首懇。最早研制玻璃鋼漁船的生產廠相繼轉產游艇及其它玻璃鋼制品，玻璃鋼漁船發展至上世紀90年代初，在漁船總量中的占有率尚不足萬分之一。而在發達國家玻璃鋼漁船的占有率已達90%以上。為改變這一現狀，1994年農業部、科技部將玻璃鋼漁船的建造及產業化列為“九五”科技攻關項目，并出臺了優先發放捕撈許可證，三年減半收取資源費，減半收取船檢費，減半收取保險費，優先貸款五項優惠政策。

玻璃鋼漁船之所以能在漁船中占絕對優勢，是因為玻璃鋼這種材料具有鋼材、木材無法比擬的優越性。玻璃鋼是一種復合材料，上世紀40年代誕生于美國，開始主要用于軍事和航空，50年代逐漸轉為民用。我國玻璃鋼船艇從60年代開始發展，至今已近40年。目前已基本占領了小型船艇市場，并以輕質高強、造型美觀、色彩多樣而受到經營單位和乘客的歡迎。但長期以來，玻璃鋼船艇的維護保養工作未能受到應有的重視。生產單位大都未在產品說明書及用戶須知等資料中介紹維護保養常識，很多用戶單位對玻璃鋼材質、性能等缺乏了解，不少人盲目認為玻璃鋼強度高、不會銹蝕，又有膠衣層保護，無需保養。這就造成了很多玻璃鋼船艇由于缺乏維護保養而過早失去風采，縮短了使用壽命。玻璃鋼是以合成樹脂為基體，以玻璃纖維為增強材料復合而成的。它具有與鋼相近的強度，有耐水、耐腐蝕的優越性能，表面光潔如鏡的美觀外表，可整體成型的特點；但它也存在一些不足，如剛度較小、耐磨性較差等。特別是影響質量的因素較多（如原材料優劣、作業人員技術素質、生產條件及環境因素等等），這就使同類產品質量上的差異會很大。與鋼質、木質船相比，玻璃鋼船具有較少維修的特點，這是玻璃鋼本身的優越性能所決定的。但玻璃鋼與所有材料一樣，也存在著老化問題，只是老化進程較緩而已。即使在船艇表面施加了膠衣樹脂形成了保護層，但由于厚度僅0.3-0.5毫米，在經常磨擦和環境侵蝕下也會損傷和減薄。所以，玻璃鋼較少維護并非不需維護，適當的維護不僅可以保持漂亮的外觀，還可延長玻璃鋼船艇的壽命。

在世界范圍內，玻璃鋼（FRP）漁船從20世紀60年代初開發以來，迄今已有50多年的歷史。由于玻璃鋼漁船具有快速性好、操縱性優、載重量大、省燃料、易維修保養、利于環境和資源保護等優良的綜合性能，獲得了迅速的發展。截止20世紀末，美、英、法、日、韓等發達國家，中小型木質和鋼制漁船基本被淘汰，玻璃鋼漁船市場占有率占90%以上；我國臺灣的玻璃鋼漁船發展也相當迅速。我國大陸從20世紀70年代開始建造玻璃鋼漁船，起步并不算晚，但其發展速度與發達國家相比差距甚大。目前我國擁有漁船約104萬艘，木質漁船占約84%，玻璃鋼漁船約占2%。玻璃鋼漁船的發展與我國國民經濟迅速崛起極不相稱。一些國家和地區的經驗應值得我們學習與借鑒。

我國大多數漁民仍在使用落后的木質漁船作為捕撈生產工具，這與國民經濟的高速增長和科學技術的快速發展不相適應。更為讓人憂慮的是，我國木質漁船大都老舊不堪，存在耗能高、污染水域環境嚴重；使用壽命短，維修費用高；安全生產條件差，事故隱患多等諸多問題。這既不符合我國發展低碳、可循環的集約型經濟的要求，也影響我國漁業生產的效率和安全。在這種情況下，推廣應用玻璃鋼漁船，提高漁業裝備水平已然

船舶動力裝置認知實習論文

勢在必行。中小型漁船玻璃鋼化是我國漁船未來發展方向。玻璃鋼具有質輕高強、耐腐蝕、抗老化可設計性強等特性玻璃鋼漁船正是充分利用了玻璃鋼材料的特性，使其在船舶性能和經濟性方面有了優于鋼質和木質漁船的特點。

在船舶性能方面，玻璃鋼漁船船體為一次成型，船體表面光滑，阻力小，與同功率同尺寸鋼質漁船相比，航速可提高0.5-1節左右。玻璃鋼比重是鋼材的1/4，玻璃鋼船壓載重心低，在風浪中起浮性好，回復能力強，抗風能力強。

在經濟性方面，玻璃鋼漁船節能效果好。玻璃鋼具有良好的隔熱性，導熱系數只有鋼質的百分之一。玻璃鋼漁船航速較快，可縮短航行時間，提高出海率，增加捕魚航次，達到節油的目的。

玻璃鋼漁船使用壽命較長。鋼質漁船易銹蝕，使用年限一般在10-15年，還得每年維護保養、去銹涂漆，維修費用高。玻璃鋼漁船具有良好的耐腐蝕性，船體永不銹蝕，理論上使用壽命可達50年之久，而且無需像鋼質船每年進行維護。年均維修費用只有鋼質船的十分之一。

玻璃鋼漁船具有節能、使用壽命長、維修費用低等特點，雖然一次性投資高于鋼質船，但其中長期經濟效益仍高于鋼質漁船。據不完全統計，我國現有機動和非機動木質漁船90多萬艘，這些木質漁船用料混雜，技術性能差，主機耗油大，年維修費用高，而且大量消耗木材，而我國森林資源貧乏，供需矛盾突出。上世紀90年代全國用以建造和維修船只的木材，每年達200萬立方米，如果20年內將90多萬艘木質漁船更新為玻璃鋼漁船，可節約木材930萬立方米(平均每艘用料10立方米)。據1999年統計，我國現有不同尺度鋼質漁船5萬艘，每兩年去銹一次，以每艘船產生污染物250公斤計算，平均每年向海洋傾倒6250噸污銹，嚴重地破壞了海洋生態環境。玻璃鋼漁船則無需去銹和耗用大量木材，這樣對保護海洋生態環境和森林資源起到積極的作用，具有良好的社會效益。

近年來玻璃鋼船的制造量越來越多，尚供不應求，說明了玻璃鋼船很有發展前途。為進一步開拓玻璃鋼造船的廣闊天地，如下幾個方面尚需研究提高。

(1)玻璃鋼的設計和實驗工作目前還處于初步研究階段。雖然對玻璃鋼材料是實驗和各種板架結構的實驗，以及玻璃鋼的典型分段實驗等都做了工作，但是缺少系列化的實驗。因此，尚無法為玻璃鋼船的結構設計提供完整的資料，使設計的可靠性和正確性達到高度水平。

（2）手糊低壓接觸成型法是目前制造玻璃鋼船采用的主要方法，雖然有不少優點，但是勞動強度大，生產效率低，勞動保護不易解決。因此，提高玻璃鋼成型的機械化，是發展應用玻璃鋼造船的重要課題。

（3）玻璃鋼造船也必須實現標準化、系列化、通用化。這是提高機械化程度，實現高速度、高質量的手段。例如大批量生產的玻璃鋼救生艇，經過大量調查和辛勤的工作，編訂了部標準，實現了線性一致，減少了大量模具，并使生產設備和備件可以通用、船舶動力裝置認知實習論文

互換。

（4）玻璃鋼的原材料還需要進一步創新。比如為了克服玻璃鋼彈性模量低的缺點，需要研制高彈性模量的玻璃纖維；為了減緩老化現象，需要研究新的化學穩定劑；為降低成本，應生產和使用厚的玻璃氈等新產品作加強材料。此外，在提高樹脂的耐燃性方面還有不少課題。

（5）玻璃鋼的質量檢驗方法也需要改進。目前對玻璃鋼的厚度測量和內部缺陷的檢查等還缺乏精確的方法。

目前，世界上2000多萬艘6-20米左右的游艇中，FRP游艇占了90%以上。玻璃鋼游艇國內市場需求潛力巨大，國內具有不斷升溫和擴大的游艇消費需求。我國經濟多年持續高速增長，居民生活水平大幅提高，千萬、億萬富翁已經大量出現，旅游消費不斷升溫，以及北京奧運成功、上海世博成功、三峽大壩庫區建成、沿海發達城市逐步國際化等有利因素，極大地推動了國內景觀水系休閑旅游開發的熱潮，也使各類旅游休閑船艇和私家游艇市場蘊涵著巨大的發展潛力。據不完全統計，我國游艇俱樂部近5年來已由一二十個猛增到50多個，深圳、廣州、珠海、上海、浙江、大連、青島等地已有私家游艇1000多艘，國內私家購買的最貴游艇高達9000多萬人民幣。這一切表明游艇經濟在我國已見端倪并呈快速升溫之勢。

總之，由于玻璃鋼（FRP）具有許多傳統造船材料無法比擬的優點，故從問世以來倍受造船界的重視。現已成為世界中、小游艇和高速船艇制造的首選材料，且具有良好的發展前景。參考文獻

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第五篇：虛擬現實技術在船舶制造中的應用

虛擬現實在船舶制造中的應用

曼恒數字為南通航運職業學院建設了一套船舶建造仿真實訓系統，通過動畫、聲音以及特有的三維模擬方式，為用戶營造一個真實的環境，把船舶建造的場景和工藝流程等逼真地呈現出來。

船舶工業是一項勞動密集型、技術密集型和資金密集型的產業。船舶產品是一個巨大的復雜系統，而且大多是少量或單件生產的產品，每艘船舶都由數以千計甚至上萬件的零部件和中間產品。

怎樣將這些復雜的船舶建造過程通過形象而逼真的方式表現出來，讓學生能輕而易舉的掌握船舶知識，并印象深刻呢？

虛擬現實船舶建造仿真實訓系統通過對船廠廠區及設施、船舶內部結構和布置、船體建造常規工藝流程進行逼真的3D可視化虛擬展示。通過人機互動形式，與虛擬環境中的船體模型進行交互操作，完成鋼材預處理、鋼材切割、鋼材彎曲成型等。同時，該系統還提供了船體裝配功能，通過模擬真實的裝配方式，幫助學生了解船體裝配流程船體構造。

該系統的建成，為虛擬教學和培訓提供了重要的教學工具，虛擬環境使他們脫離了現實培訓中的風險和制約，并能從這種培訓中獲得感性知識和實際經驗，達到提高培訓對象各種技能和學習知識的目的。