Σύνθετα υλικά στη ναυπηγική τεχνολογία

Τι είναι τα σύνθετα υλικά (σύνθετα υλικά); Πρόκειται για ένα υλικό που αποτελείται από τουλάχιστον δύο χημικά διαφορετικά συστατικά που είναι αδιάλυτα μεταξύ τους, αλλά η ποσοτική τους αναλογία πρέπει να είναι συγκρίσιμη. Ένα από αυτά τα συστατικά είναι η συνεχής φάση (μήτρα), η οποία μπορεί να είναι μεταλλική, κεραμική, άνθρακας ή πολυμερής και το άλλο είναι πληρωτικό. Οι ίνες άνθρακα ή γυαλιού συνήθως δρουν ως πληρωτικά σε πολυμερή σύνθετα υλικά και το πολυμερές παίζει το ρόλο της μήτρας. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα πρακτικά νέο μονολιθικό υλικό, οι ιδιότητες του οποίου είναι ποιοτικά διαφορετικές από τις ιδιότητες καθενός από τα συστατικά του ξεχωριστά. Παραδείγματα τέτοιων υλικών είναι το οπλισμένο σκυρόδεμα, το γυαλί και τα πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα, το καουτσούκ κ.λπ.

Οι Σουηδοί υποστήριζαν την δεκαετία του 1980 πως μπορούσαν να κατασκευάσουν πλοία από συνθετικά υλικά έως τους 3.500 τόνους.

Σε στρατιωτικούς όρους, το fiberglass έχει μια μοναδική ποιότητα - δεν παράγει σχεδόν κανένα δευτερεύον θραύσμα όταν χτυπηθεί ένα πλοίο. Γύρω από την τρύπα το υλικό απλώς θρυμματίζεται σε τρίχες σκόνης και υαλοβάμβακα, οι οποίες, όντας πολύ ελαφριές, επιβραδύνουν γρήγορα στον αέρα. Σε αντίθεση με το ατσάλι, που παράγει θραύσματα του κύτους του πλοίου που μπορεί να τραυματίσουν το πλήρωμα ή να καταστρέψουν κάτι.

https://topwar-ru.translate.goog/261389-kompozity-v-sudostroenii.html?_x_tr_sl=ru&_x_tr_tl=el&_x_tr_hl=el&_x_tr_pto=sc Δομή σύνθετων υλικών

Η ιστορία των σύνθετων υλικών πηγαίνει πίσω χιλιάδες χρόνια. Είναι πολύ πιθανό ότι το πρώτο σύνθετο ήταν ένα οικοδομικό υλικό που εξακολουθεί να είναι πολύ διαδεδομένο σήμερα - ένα μείγμα από πηλό και άχυρο, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή «τούβλων». Και επίσης περίπου 3400 χρόνια π.Χ. Στην αρχαία Μεσοποταμία, ξύλινες λωρίδες ήταν κολλημένες μεταξύ τους σε διαφορετικές γωνίες για να δημιουργήσουν κόντρα πλακέ.

Στη δεκαετία 1870-1890. Στη σκηνή μπήκαν συνθετικές πολυμερείς ρητίνες, οι οποίες μετατράπηκαν από υγρές σε στερεές μέσω της διαδικασίας πολυμερισμού. Το 1907, ο Αμερικανός χημικός Leo Baekeland δημιούργησε τον Βακελίτη (ονομάζεται επίσης καρβολίτης), μια από τις πρώτες συνθετικές ρητίνες. Η ρητίνη ήταν εξαιρετικά εύθραυστη, αλλά η Baekeland εξάλειψε αυτό το μειονέκτημα συνδυάζοντάς τη με κυτταρίνη, δηλαδή δημιούργησε ένα σύνθετο.

Και το 1936, η Carleton Ellis κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ακόρεστες πολυεστερικές ρητίνες, οι οποίες έγιναν η κύρια επιλογή για ρητίνες στην παραγωγή σύνθετων υλικών. Στα τέλη της δεκαετίας του 1930, εμφανίστηκαν άλλα πολυμερή συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των εποξειδικών ρητινών. Στα τέλη της δεκαετίας του 1930, η αμερικανική εταιρεία Owens-Illinois ανέπτυξε μια διαδικασία για την έλξη γυαλιού σε λεπτές ίνες και τη δημιουργία υφασμάτων από αυτές. Ο συνδυασμός ινών γυαλιού με νέες συνθετικές ρητίνες έχει οδηγήσει στη δημιουργία ισχυρών και ελαφριών σύνθετων υλικών - fiberglass.

Fiberglass

Ταυτόχρονα, ο Γερμανός εφευρέτης Max Himmelheber ανέπτυξε μια τεχνολογία για την παραγωγή μοριοσανίδων - ένα φύλλο σύνθετο υλικό που κατασκευάζεται από θερμή συμπίεση σωματιδίων ξύλου, κυρίως ρινίσματα, αναμεμειγμένα με συνδετικό υλικό. Το πρώτο εμπορικό δείγμα παρήχθη σε ένα εργοστάσιο στη Βρέμη το 1941 με χρήση φαινολικών συνδετικών και τσιπς ελάτης.

Στην αεροπορία , το κόντρα πλακέ αεροσκαφών από καπλαμά σημύδας, εμποτισμένο με κόλλα φαινόλης-φορμαλδεΰδης και ρητίνη βακελίτη, χρησιμοποιείται ευρέως για συγκόλληση. Το 1935 δημιουργήθηκε το «ξύλο δέλτα» στην ΕΣΣΔ, το οποίο έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εγχώρια κατασκευή αεροσκαφών κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Πατριωτικού Πολέμου. Αυτό το σύνθετο παρασκευάστηκε με θερμή συμπίεση κάτω από στρώματα υψηλής πίεσης καπλαμά σημύδας εμποτισμένου με ρητίνη φαινόλης ή κρεζόλης-φορμαλδεΰδης.

Κόντρα πλακέ

Κόντρα πλακέ αεροπορίας

Ξύλο Δέλτα (λιγνοφόλη) Δημιουργούνται επίσης και άλλοι τύποι σύνθετων υλικών με μη μεταλλικά στρώματα: getinax, διακοσμητικά πλαστικά με στρώσεις χαρτιού, τεχνητό δέρμα, textolite, πολυστρωματικό γυαλί, λινέλαιο και πολλά άλλα.

Ο Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος έδωσε ώθηση στην ευρεία χρήση των σύνθετων υλικών. Μέχρι το 1945, μόνο οι Ηνωμένες Πολιτείες παρήγαγαν περίπου 1.600 τόνους υαλοβάμβακα ετησίως.

Από τις αρχές της δεκαετίας του 1950, χρησιμοποιούνται πάνελ με κυψελωτό πυρήνα (σάντουιτς πάνελ), επιτρέποντας δομές υψηλής αντοχής με ελάχιστο βάρος. Αυτά τα πάνελ είναι κατασκευασμένα από κυψελοειδές πυρήνα από αλουμίνιο, σύνθετα υλικά ή αφρώδες πλαστικό, τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο λεπτά φύλλα άκαμπτου υλικού (μέταλλο κ.λπ.), το οποίο παρέχει στο υλικό αντοχή σε εφελκυσμό.

πάνελ σάντουιτς Το 1961 κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας η πρώτη ίνα άνθρακα. Η χρήση αυτής της ίνας έχει βοηθήσει στην ανάπτυξη πολλών βιομηχανιών, όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και η ναυτιλία. Το 1966, η Stephanie Kwolek, χημικός της DuPont, εφηύρε το Kevlar, μια παρα-αραμιδική ίνα.

ανθρακόνημα

Από τις αρχές της δεκαετίας του 2000, η ​​νανοτεχνολογία άρχισε να χρησιμοποιείται. Τα νανοϋλικά περιλαμβάνονται σε βελτιωμένες ίνες και ρητίνες που χρησιμοποιούνται σε νέα σύνθετα υλικά. Η ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης τη δεκαετία του 2010 κατέστησε δυνατή τη δημιουργία οποιουδήποτε στοιχείου που μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας CAD. Οι εταιρείες σύνθετων υλικών έχουν αρχίσει να παράγουν υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης που περιέχουν ενισχυμένες ίνες, συμπεριλαμβανομένων ινών άνθρακα ή ινών γυαλιού.

Ενισχυμένο σκυρόδερμα

Το πρώτο σύνθετο υλικό που χρησιμοποιήθηκε ευρέως στη ναυπηγική ήταν το οπλισμένο σκυρόδεμα - το 1849, ένα σκάφος από οπλισμένο σκυρόδεμα κατασκευάστηκε στη Μασσαλία και το 1912, ένα αυτοκινούμενο σκάφος με ικανότητα ανύψωσης 250 τόνων κατασκευάστηκε στο Αμβούργο.

Ένα σκάφος από οπλισμένο σκυρόδεμα που κατασκευάστηκε το 1849 στη Μασσαλία

Κατά τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο, οι ελλείψεις σε χάλυβα και εξειδικευμένο εργατικό δυναμικό έδωσαν ώθηση στην κατασκευή πλοίων από σκυρόδεμα. Τέτοια πλοία κατασκευάστηκαν στην Αγγλία, τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Ιταλία και τις Σκανδιναβικές χώρες.

Μόνο στην Αγγλία, περισσότερα από 20 ναυπηγεία συμμετείχαν σε αυτό, κατασκευάζοντας περίπου 200 πλοία: θαλάσσιες φορτηγίδες με ανυψωτική ικανότητα 1.000 τόνων, ρυμουλκά χωρητικότητας 750 ίππων, πλοία ξηρού φορτίου με ανυψωτική ικανότητα 11.000 τόνων.

Κατασκευή πλοίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, ΗΠΑ, 1918-1920.

Κατασκευή πλοίου από οπλισμένο σκυρόδεμα, Αγγλία, 1918.

Ατμόπλοιο από σκυρόδεμα «Palo Alto», ΗΠΑ, 1920

Ατμόπλοιο από σκυρόδεμα "Fate", ΗΠΑ, 1920

Πλοίο από οπλισμένο σκυρόδεμα "Molliette", Αγγλία, 1919

Αναπτήρας θαλάσσης από οπλισμένο σκυρόδεμα με ανυψωτική ικανότητα 1000 τόνων, Γερμανία, Α' Παγκόσμιος Πόλεμος

Δεξαμενόπλοιο με ανυψωτική ικανότητα 2000 τόνων, ΗΠΑ, 1920 (α - τμήμα μέσω δεξαμενών , β - τμήμα μέσω μηχανοστάσιο)

1 - αεραγωγός, 2 - δεξαμενή λαδιού, 3 - αγωγός λαδιού, 4 - κινητήρας Με το τέλος του πολέμου, το ενδιαφέρον για τη ναυπήγηση οπλισμένου σκυροδέματος στο εξωτερικό σχεδόν έσβησε, αλλά με την έναρξη του Β' Παγκοσμίου Πολέμου αναπτερώθηκε ξανά. Ο μεγαλύτερος αριθμός πλοίων από σκυρόδεμα κατασκευάστηκε στην Αγγλία, τις ΗΠΑ και τη Γερμανία. Για παράδειγμα, στη Γερμανία κατασκευάστηκαν δεξαμενόπλοια μεταφορικής ικανότητας 3.000 και 3.400 τόνων, αναπτήρες (700 και 1.000 τόνοι), πλοία ξηρού φορτίου (3.700 και 4.200 τόνοι), αλιευτικές μηχανότρατες, ποτάμια αυτοκινούμενα σκάφη και φορτηγίδες.

Πλοίο από οπλισμένο σκυρόδεμα "Carmita", ΗΠΑ, Β' Παγκόσμιος Πόλεμος Στην ΕΣΣΔ, η κατασκευή πλοίων από οπλισμένο σκυρόδεμα ξεκίνησε μόνο μετά την Οκτωβριανή Επανάσταση - το 1920, κατασκευάστηκε ένας πλωτήρας για έναν πλωτό γερανό. Το 1922, το Λαϊκό Επιμελητήριο Σιδηροδρόμων (NKPS) σχημάτισε μια επιτροπή για τη ναυπηγική από οπλισμένο σκυρόδεμα και το 1926, το Μητρώο της ΕΣΣΔ εξέδωσε τους πρώτους «Κανόνες και Κανόνες για τη Ναυπήγηση Οπλισμένου Σκυροδέματος». Από το 1925 μέχρι την έναρξη του Μεγάλου Πατριωτικού Πολέμου, μια πλωτή αποβάθρα με ανυψωτική ικανότητα 4.000 τόνων και άλλες τρεις με χωρητικότητα 6.000 τόνων, ένα σιδηροδρομικό οχηματαγωγό για τη διέλευση του Βόλγα, ικανό να μεταφέρει 22 αυτοκίνητα με ατμομηχανή, μια σειρά από στάδια προσγείωσης με 5 έως 2,5 θέσεις πλήρους θέσης κατασκευάστηκαν στα ναυπηγεία Λένινγκραντ και Ρίμπινσκ. Μεγάλο μέρος από αυτό χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα. Τα πρώτα χρόνια του πολέμου δεν πραγματοποιήθηκε η κατασκευή πλοίων από σκυρόδεμα, αλλά ήδη το 1943 ξεκίνησε η κατασκευή ναυπηγείου από οπλισμένο σκυρόδεμα στο Μπακού. Από το 1946, το ναυπηγείο Kherson ξεκίνησε τη σειριακή κατασκευή πλωτών αποβάθρων με ανυψωτική ικανότητα 6.000 τόνων. Το 1946-1948, πραγματοποιήθηκε μαζική κατασκευή πλωτών σκαφών από σκυρόδεμα σε έξι ναυπηγεία ποταμών.

Αποβάθρα ZhB-2, Αγία Πετρούπολη

Στάδιο προσγείωσης από οπλισμένο σκυρόδεμα

Η κατασκευή πλοίων από οπλισμένο σκυρόδεμα βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη τόσο στη Ρωσία όσο και στο εξωτερικό, αν και σε ασύγκριτα μικρότερους όγκους. Πρόκειται κυρίως για πλωτές αποβάθρες, στάδια προσγείωσης, πλωτές θέσεις ελλιμενισμού, θεμέλια υπεράκτιων πλατφορμών πετρελαίου και φυσικού αερίου και άλλα πλοία πρόσδεσης. Αυτή η τεχνολογία έχει υψηλότερη οικονομική απόδοση σε σύγκριση με την κατασκευή παρόμοιων μεταλλικών κατασκευών λόγω του χαμηλού κόστους, της αυξημένης αντοχής και της απλοποιημένης τεχνολογίας κατασκευής. Επιπλέον, καταναλώνεται λιγότερος χάλυβας και χρησιμοποιείται φθηνότερος χάλυβας οπλισμού σε έλαση αντί για προϊόντα έλασης φύλλων και προφίλ.

Γολέτα από οπλισμένο σκυρόδεμα “Larinda”, Καναδάς, 2012

Γιοτ από οπλισμένο σκυρόδεμα "Nefertiti", Nizhny Novgorod

Το οπλισμένο σκυρόδεμα είναι ένα σύνθετο οικοδομικό υλικό που αποτελείται από σκυρόδεμα και οπλισμό (ράβδοι χάλυβα, σύρμα, υφαντό πλέγμα κ.λπ.). Η ανάγκη χρήσης οπλισμού προκαλείται από το γεγονός ότι το σκυρόδεμα αντιστέκεται στην τάση 10-15 φορές χειρότερα από τη συμπίεση, επομένως, το σκυρόδεμα έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί υπό συμπίεση και ο οπλισμός - υπό τάση.

Το τσιμέντο Portland και τα υλικά πλήρωσης (άμμος, θρυμματισμένη πέτρα, διογκωμένη άργιλος κ.λπ.) χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σκυροδέματος. Κατά τη σκλήρυνση, το σκυρόδεμα συνδέεται ισχυρά με τον χαλύβδινο οπλισμό και όταν εργάζεται υπό φορτίο, και τα δύο υλικά παραμορφώνονται μαζί. Στη ναυπηγική βιομηχανία χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι τύποι οπλισμένου σκυροδέματος: με οπλισμό χωρίς τάση και προεντεταμένο, καθώς και οπλισμένο τσιμέντο. Το ενισχυμένο τσιμέντο είναι ένα λεπτόκοκκο σκυρόδεμα, διασκορπισμένο με πλέγμα από χάλυβα.

Πολυμερή σύνθετα υλικά

Το 1942, ο μηχανικός Ray Green (ο οποίος εργαζόταν για την προαναφερθείσα εταιρεία γυαλιού Owens-Illinois) κατασκεύασε μια σωσίβια λέμβο από υαλοβάμβακα και πολυεστερική ρητίνη. Αυτό ήταν ένα από τα πρώτα βήματα των σύνθετων πολυμερών στη ναυπηγική.

Η μήτρα των σύνθετων πολυμερών είναι τα θερμοπλαστικά, τα οποία διατηρούν τις ιδιότητές τους κατά την επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη, και οι θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες, οι οποίες αποκτούν μια ορισμένη δομή μη αναστρέψιμα όταν θερμαίνονται.

Τα πιο κοινά πολυμερή σύνθετα υλικά (PCM) στη ναυπηγική βιομηχανία είναι:

• Πλαστικά ενισχυμένα με γυαλί που περιέχουν έως και 80% πυριτικές ίνες γυαλιού. Χαρακτηρίζονται από οπτική και ραδιοπερατότητα, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή αντοχή, καλές ηλεκτρικές μονωτικές ιδιότητες και χαμηλό κόστος.

• Πλαστικά ενισχυμένα με ανθρακονήματα με τεχνητές ή φυσικές ίνες άνθρακα με βάση την κυτταρίνη, το πετρέλαιο ή τα παράγωγα άνθρακα. Είναι ελαφρύτερα και πιο δυνατά από τα υαλοβάμβακα, δεν είναι διαφανή, δεν αλλάζουν γραμμικές διαστάσεις με τις αλλαγές θερμοκρασίας και φέρουν καλά τον ηλεκτρισμό. Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες ακόμα και σε επιθετικά περιβάλλοντα.

• Πλαστικά βορίου με ίνες βορίου, κλωστές και δεσμίδες. Πολύ σκληρό και ανθεκτικό στη φθορά, δεν φοβάται τις επιθετικές ουσίες, αλλά δεν μπορεί να αντέξει τη λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες.

• Τα σύνθετα υλικά μετάλλων κατασκευάζονται από μη σιδηρούχα μέταλλα όπως ο χαλκός, το αλουμίνιο και το νικέλιο. Για την πλήρωση χρησιμοποιούνται μεταλλικές ίνες ή μονοκρυστάλλοι οξειδίων, νιτριδίων, κεραμικών, καρβιδίων και βοριδίων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σύνθετα υλικά που έχουν υψηλότερες φυσικές ιδιότητες από το αρχικό καθαρό μέταλλο.

• Τα κεραμικά σύνθετα παράγονται με πυροσυσσωμάτωση υπό πίεση της αρχικής κεραμικής μάζας με την προσθήκη ινών ή σωματιδίων. Εάν χρησιμοποιούνται μεταλλικές ίνες ως πληρωτικά, το αποτέλεσμα είναι κεραμίδια. Χαρακτηρίζονται από αντοχή σε θερμικό σοκ και υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Τα κεραμίδια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εξαρτημάτων ανθεκτικών στη φθορά και αντοχής στη θερμότητα, όπως αεριοστρόβιλους, εξαρτήματα συστήματος πέδησης και ράβδους καυσίμου για πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Παρά τη χαμηλή τους πυκνότητα, τα PCM έχουν υψηλά μηχανικά χαρακτηριστικά. Η αντοχή σε εφελκυσμό των χάλυβα είναι περίπου 240 MPa, των κραμάτων αλουμινίου - 50-440 MPa, και των σύνθετων πολυμερών - 70-1.800 MPa.

Άλλα πλεονεκτήματα του PCM σε σύγκριση με τα μέταλλα περιλαμβάνουν, ειδικότερα:

• Μη μαγνητικό και ραδιοδιαφανές.

• Αντοχή στη σήψη και τη διάβρωση.

• Δυνατότητα ρύθμισης των ιδιοτήτων του υλικού μεταβάλλοντας τη δομή του οπλισμού.

• Πολυλειτουργικότητα που επιτυγχάνεται με την εισαγωγή διαφόρων τροποποιητών στο υλικό.

• Αντίσταση στις επιδράσεις των θαλάσσιων οργανισμών.

• Μειωμένο κόστος λειτουργίας λόγω απουσίας διάβρωσης.

• Υψηλή αντοχή στους κραδασμούς των κατασκευών.

• Χαμηλό ειδικό βάρος.

• Υψηλές θερμομονωτικές ιδιότητες.

• Επιβραδυντικό φλόγας (με αργή εξάπλωση της φλόγας στην επιφάνεια).

• Χαμηλότερη ορατότητα ραντάρ σκαφών από υαλοβάμβακα.

• Υψηλή συντηρησιμότητα.

Πίσω το 1938 στην ΕΣΣΔ, υπό την ηγεσία του καθηγητή B.A. Οι πρώτες έλικες με διάμετρο 0,42 και 0,63 m κατασκευάστηκαν στο Αρχάγγελσκ από textolite και textolite ενισχυμένο με λαμαρίνα χάλυβα. Ωστόσο, αυτές οι βίδες δεν είχαν ακόμη την απαιτούμενη αξιοπιστία.

Αλλά στη δεκαετία του 1960 στη Σοβιετική Ένωση, δημιουργήθηκαν πλαστικά ενισχυμένα με εποξειδική αμίνη με γυαλί της μάρκας STET με ιδιότητες υψηλών επιδόσεων. Στη βάση τους, ανέπτυξαν και κατοχύρωσαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχέδια και τεχνολογίες κατασκευής για προπέλες πλοίων και προωστικά συστήματα hovercraft, τα οποία στη συνέχεια εγκαταστάθηκαν και λειτούργησαν με επιτυχία σε εκατοντάδες πλοία.

Ήδη από τη δεκαετία του 1950 δημιουργήθηκαν στη χώρα μας ειδικά πολυμερή υλικά που προορίζονταν για την πλήρωση κενών εγκατάστασης για ναυπηγικούς και ναυπηγοεπισκευαστικούς σκοπούς. Χρησιμοποιήθηκαν ως παρεμβύσματα τοποθέτησης πολυμερών κατά την εγκατάσταση διαφόρων κινητήρων και μηχανισμών.

Φλάντζα τοποθέτησης πολυμερούς

Στο αρχικό στάδιο, η χρήση του PCM περιορίστηκε κυρίως στη χρήση υαλοβάμβακα στην κατασκευή μικρών σκαφών (σκάφη, μικρά μηχανοκίνητα σκάφη, ιστιοπλοϊκά και μηχανοκίνητα γιοτ), περιβλήματα για ισχυρά καταστρώματα υποβρυχίων, υπερκατασκευές για βάρκες και μικρά πλοία και πλοία, φέρινγκ κεραιών σόναρ και ραντάρ ραδιοδιαφανών ραντάρ. Η κάλυψη της εξωτερικής επιφάνειας του κύτους μικρών ξύλινων πλοίων και σκαφών με υαλοβάμβακα αύξησε σημαντικά την αντοχή τους.

Για πρώτη φορά στη ναυπήγηση υποβρυχίων, το PKM άρχισε να χρησιμοποιείται στις ΗΠΑ κατά τον εκσυγχρονισμό των υποβρυχίων που κατασκευάστηκαν κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο στο πλαίσιο του προγράμματος GUPPI (Great Underwater Propulsive Power). Έλαβαν νέα περίφραξη για τους πύργους σύνδεσης και ανασυρόμενες συσκευές, κατασκευασμένες από πολυεστερικό υαλοβάμβακα. Και επί του παρόντος, το fiberglass καταλαμβάνει σημαντικό όγκο στις υποθαλάσσιες κατασκευές.

Αργεντινό υποβρύχιο "Santa Fe" (πρώην αμερικανικό) με περίβλημα καταστρώματος από υαλοβάμβακα

Αργότερα, στις ΗΠΑ και σε ορισμένες χώρες της Δυτικής Ευρώπης, ξεκίνησε η κατασκευή σκαφών πλοίων και σκαφών με εκτόπισμα έως και 900 τόνους από πολυεστερικό υαλοβάμβακα και πολυμερή σύνθετα υλικά τριών στρωμάτων (fiberglass-foam plastic-fiberglass).

Από τη δεκαετία του 1960, το fiberglass χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή πλοίων αντιμέτρων ναρκών. Αυτό οφειλόταν τόσο στις μη μαγνητικές ιδιότητες αυτού του υλικού, όσο και στη μεγαλύτερη αντοχή του στις υποβρύχιες εκρήξεις σε σύγκριση με τις ατσάλινες γάστρες, καθώς και στο μικρότερο βάρος του. Τέτοια πλοία κατασκευάζονται στη Ρωσία και τις ευρωπαϊκές χώρες του ΝΑΤΟ, καθώς και στην Ιαπωνία, τη Νότια Κορέα, την Κίνα και την Ταϊβάν.

Στην ΕΣΣΔ, οι εργασίες για τη δημιουργία υαλοβάμβακα πλοίων ξεκίνησαν στα μέσα της δεκαετίας του 1950. Τα πρώτα σοβιετικά ναρκαλιευτικά με γάστρα πλήρως από υαλοβάμβακα ήταν τα πλοία Project 1252 Izumrud με πλήρες εκτόπισμα 320 τόνων. Το 1964, τρία τέτοια πλοία μεταφέρθηκαν στον στόλο .

Ναρκαλιευτικό Project 1252 Ταυτόχρονα, προέκυψε το πρόβλημα της δυνατότητας επισκευής του κύτους του πλοίου από fiberglass, αφού οι παραδοσιακές μέθοδοι επισκευής που χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική μετάλλων δεν ήταν κατάλληλες. Η τεχνολογία και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του πλαστικού σώματος σε περιβάλλον εργαστηρίου δεν μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν. Το πρόβλημα λύθηκε με τη χρήση ειδικού συνδετικού που εξασφαλίζει τον πολυμερισμό του σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλή υγρασία αέρα. Το κύτος του πρώτου PMO, το οποίο δέχθηκε μια τρύπα αρκετών τετραγωνικών μέτρων ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης, επισκευάστηκε με αυτήν την τεχνολογία μέσα σε 24 ώρες. Επί του παρόντος, έχουν γίνει ευρέως χρησιμοποιούμενες συνθέσεις που έχουν σχεδιαστεί για την άμεση επισκευή σύνθετων σκαφών πλοίων στη θάλασσα. Αποτελούνται από ρητίνη, σκληρυντικό και fiberglass. Επιπλέον, το έμπλαστρο μπορεί να εφαρμοστεί στην κατεστραμμένη περιοχή τόσο στην επιφάνεια όσο και κάτω από το νερό. Η σύνθεση αποκτά 90% δύναμη μέσα σε μία ώρα.

Από το 1967, η ΕΣΣΔ (και αργότερα η Βουλγαρία) άρχισε να κατασκευάζει ναρκαλιευτικά Project 1258 Korund. Κατασκευάστηκαν συνολικά 92 πλοία του Project 1258 και οι τροποποιήσεις του.

Ναρκαλιευτικό Project 1258

Από το 1989, έχουν τεθεί σε λειτουργία τα ναρκαλιευτικά Project 10750 Sapphire (κατασκευάστηκαν 10 μονάδες). Η γάστρα του ναρκαλιευτικού είναι κατασκευασμένη από μονολιθικό fiberglass που σχηματίζεται με τη μέθοδο της έγχυσης κενού.

Ναρκαλιευτικό Project 10750 Τον Οκτώβριο του 2016, το ναρκαλιευτικό του Project 12700 «Alexandrite» με πλήρες εκτόπισμα 820 τόνων, που ναυπηγήθηκε στο Ναυπηγείο Sredne-Nevsky (το 2018 αναταξινομήθηκε ως ανοιχτής θαλάσσης), τέθηκε σε υπηρεσία στον Στόλο της Βαλτικής. Επί του παρόντος, 8 τέτοια πλοία βρίσκονται ήδη σε υπηρεσία και άλλα 5 είναι υπό ναυπήγηση.

Project 12700 ναρκαλιευτικό «Alexandrite» κατά τη διάρκεια θαλάσσιων δοκιμών

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του νέου πλοίου είναι ο μοναδικός σχεδιασμός του, δηλαδή η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του κύτους. Το κύτος και η υπερκατασκευή του πλοίου είναι κατασκευασμένα από μονολιθικό fiberglass σε εποξειδική ρητίνη με τη μέθοδο της έγχυσης κενού. Παράλληλα, κατά τη δημιουργία του ναρκαλιευτικού σημειώθηκε ένα παγκόσμιο τεχνολογικό ρεκόρ: για πρώτη φορά στον κόσμο, κατασκευάστηκε μονολιθική γάστρα από υαλοβάμβακα, μήκους σχεδόν 62 μέτρων. Η τεχνολογία για την κατασκευή του κύτους αναπτύχθηκε με τη συμμετοχή του Κεντρικού Ερευνητικού Ινστιτούτου Δομικών Υλικών Προμηθέας και του Κεντρικού Ινστιτούτου Ερευνών Ακαδημαϊκός Κρίλοφ.

Κατασκευή της γάστρας του ναρκαλιευτικού έργου 12700 «Αλεξανδρίτης»

Οι προετοιμασίες για την κατασκευή του κύτους του πλοίου ξεκίνησαν το 2007. Τα δύο πρώτα χρόνια δαπανήθηκαν για το σχεδιασμό και άλλα τρία για την ανάπτυξη της τεχνολογίας έγχυσης κενού, η οποία ήταν νέα για το εργοστάσιο.

Το ναυπηγείο Sredne-Nevsky έχει κατασκευάσει ένα επιβατικό καταμαράν του Project 23290 "Griffin" με κύτος από ανθρακονήματα.

Καταμαράν "Griffin" project 23290

Στη δεκαετία του 1980, το Sudokompozit Design and Technology Bureau (Feodosia) ήταν το πρώτο στην ΕΣΣΔ που ανέπτυξε και κατασκεύασε καταστρώματα πολεμικών πλοίων από πολυμερή σύνθετα υλικά για τα μικρά πλοία προσγείωσης αέρα-μαξιλαριού του Project 12322 Zubr, τα οποία ναυπηγούνταν στο Primorsky Shipyard (LeepyninsiaF) και το Moreedooard. Αυτά τα καταστρώματα είχαν θωρακισμένες ιδιότητες και παρείχαν θερμική και ηχητική προστασία για το πλήρωμα και τη δύναμη προσγείωσης, καθώς και ένα σύμπλεγμα δακτυλίου προπέλας (δακτύλιοι ακροφυσίων) και εισαγωγές αέρα για τους αξονικούς άξονες υπερσυμπιεστή.

MDC project 12322 "Zubr" Σύμφωνα με το σχεδιασμό του Almaz Central Marine Design Bureau, οι κορβέτες των έργων 20380 Steregushchiy, 20385 Gremyashchiy και 20386 Derzkiy κατασκευάζονται στα ναυπηγεία PAO Severnaya Verf και PAO Amur Shipyard.

Κορβέτες έργων 20380 (κορυφή) και 20385

Μοντέλο του έργου κορβέτας 20386

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των πλοίων είναι η υπερκατασκευή, κατασκευασμένη με χρήση πολυστρωματικών σύνθετων υλικών - επιβραδυντικά φλόγας πολυστρωματικών υαλοβάμβακα και υλικά με βάση ανθρακονήματα. Ο σχεδιασμός της υπερκατασκευής αναπτύχθηκε λαμβάνοντας υπόψη τις σύγχρονες απαιτήσεις για ορατότητα στο ραντάρ και το υπέρυθρο εύρος, λόγω των οποίων η μέση κυκλική αποτελεσματική επιφάνεια σκέδασης (ESR) των πλοίων μειώθηκε κατά περίπου 3 φορές σε σύγκριση με παρόμοια πλοία και η πιθανότητα στόχευσης της κορβέτας με πυραύλους κρουζ κατά πλοίων μειώθηκε από 0,5 σε 01.

Στις 17–18 Δεκεμβρίου 2021, κατά το στάδιο προετοιμασίας για την καθέλκυση, ξέσπασε φωτιά στην κορβέτα Provorny υπό κατασκευή στο ναυπηγείο Severnaya Verf, με αποτέλεσμα να καταστραφεί σχεδόν ολοσχερώς η σύνθετη υπερκατασκευή του πλοίου και να καεί και η ενσωματωμένη κατασκευή πύργου-ιστού από κράματα αλουμινίου-μαγνήσιου.

Υποστηρίχθηκε όμως ότι το σύνθετο από το οποίο κατασκευάστηκε η καμένη υπερκατασκευή ήταν άκαυστο υλικό! Ως εκ τούτου, προέκυψε μια εκδοχή ότι χρησιμοποιήθηκαν ακατάλληλα μέσα για την κατάσβεση της φωτιάς, η οποία οδήγησε σε χημική αντίδραση.

Η καμένη υπερκατασκευή της κορβέτας "Provorny"

Η χρήση του PCM κατέστησε δυνατή τη δημιουργία ενός σύνθετου ενδιάμεσου πλαισίου απορρόφησης κραδασμών για τις μονάδες μετάδοσης κίνησης ντίζελ των κορβετών, το οποίο, μειώνοντας το επίπεδο θορύβου των μηχανισμών της μονάδας πρόωσης, μείωσε την ορατότητα του πλοίου στην υδροακουστική περιοχή.

Σύνθετο ενδιάμεσο πλαίσιο για κορβέτα πετρελαιοκινητήρα

Τα PKM έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ευρέως στις φρεγάτες κλάσης Admiral Gorshkov του Project 22350, οι οποίες βρίσκονται υπό κατασκευή στο ναυπηγείο Severnaya Verf της Αγίας Πετρούπολης από το 2006.

Φρεγάτα "Admiral Gorshkov"

Είναι εξοπλισμένα με υπερκατασκευή κατασκευασμένη από σύνθετα δομικά υλικά με βάση το χλωριούχο πολυβινύλιο και ίνες άνθρακα. Χάρη σε αυτό, καθώς και στην αρχική αρχιτεκτονική της υπερκατασκευής, κατέστη δυνατό να μειωθεί σημαντικά η ραντάρ και η οπτική ορατότητά της.

Ένα από τα ενδιαφέροντα παραδείγματα χρήσης του PKM είναι οι σουηδικές stealth κορβέτες κλάσης Visby (που κατασκευάστηκαν από το ναυπηγείο Kockums, το πρώτο πλοίο παραδόθηκε στον στόλο το 2002).

Κορβέτα κατηγορίας Visby

Η γάστρα των πλοίων είναι κατασκευασμένη από πάνελ σάντουιτς: μεσαίο στρώμα πολυβινυλοχλωριδίου και εξωτερικά στρώματα από ανθρακονήματα ενισχυμένα με συνδετικό βινυλεστέρα. Η τεχνολογία για την κατασκευή τέτοιων κατασκευών πλοίων αναπτύχθηκε από την εταιρεία Kockums.

Ως αποτέλεσμα της χρήσης PKM, το βάρος του κύτους μειώθηκε κατά 50% σε σύγκριση με ένα μεταλλικό, και τόσο το PKM όσο και η επιλογή των βέλτιστων σχημάτων γάστρας κατέστησαν δυνατή την απότομη μείωση της υπογραφής του ραντάρ. Εκτός από την απορρόφηση των ραδιοκυμάτων ραντάρ, οι δέσμες άνθρακα παρέχουν τον «ψεκασμό» τους, ο οποίος συμβάλλει στη μείωση του επιπέδου του δευτερεύοντος πεδίου ραντάρ του πλοίου. Τα οπτικά, μαγνητικά και θερμικά φυσικά πεδία επίσης μειώθηκαν.

Χάρη σε αυτό, ακόμη και χωρίς τη χρήση εξοπλισμού ηλεκτρονικού πολέμου , το πλοίο μπορεί να ανιχνευθεί μόνο σε απόσταση 22 km σε ήρεμο καιρό και 13 km σε θαλασσοταραχή. Όταν χρησιμοποιείτε συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου, αυτές οι τιμές πέφτουν στα 11 και 8 km, αντίστοιχα.

Εξαιρετική τεχνική λύση στον τομέα της εφαρμογής PKM είναι αναμφίβολα η υπερκατασκευή των υπερκαταστροφέων των ΗΠΑ τύπου DDG-1000 “Zumwalt” (εκτοπισμός 15.000 τόνοι). Η μάζα της δομής επτά επιπέδων υπερκατασκευής αυτών των πλοίων, με διαστάσεις 48,8 x 21,3 x 19,8 m, είναι 900 τόνοι. οι τρεις πρώτες βαθμίδες είναι χάλυβας και οι τέσσερις ανώτερες βαθμίδες είναι κατασκευασμένες από επίπεδα πάνελ σάντουιτς. Το υλικό του πάνελ είναι πυρήνας balsa πάχους 50,8–76,2 mm, καλυμμένο με στρώματα ανθρακονήματος σε συνδετικό βινυλεστέρα πάχους 3,2 mm, θωρακισμένο με Kevlar.

Μεταφορά της υπερκατασκευής του αντιτορπιλικού DDG-1000 “Zumwalt”

Καταστροφέας DDG-1000 "Zumwalt"

Παράδειγμα χρήσης ανθρακονημάτων στη ναυπηγική πολιτική μπορεί να θεωρηθεί το αποκλειστικό superyacht με τρεις κύτους «Khalilah», που κατασκευάστηκε το 2015 στο ναυπηγείο Palmer Johnson (ΗΠΑ), του οποίου το κύτος είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένο από ανθρακονήματα. Οι κύριες διαστάσεις του είναι 49,5 x 11,0 x 2,1 m, η χωρητικότητα είναι 485 GRT, η ταχύτητα είναι 24 κόμβοι.

Τρίκλινο σούπερ γιοτ "Khalilah"

Εκτός από τις δομές κύτους πλοίων, πολυμερή σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται στην περίφραξη ανασυρόμενων συσκευών, σταθεροποιητών και λεπίδων πηδαλίου υποβρυχίων, σε ισχυρά κύτους υποβρυχίων οχημάτων, σε άξονες και έλικες προπέλας, αγωγούς, κυλίνδρους αέρα υψηλής πίεσης, ιστούς - από ιστιοπλοϊκά γιοτ έως μεγάλα στρατιωτικά πλοία.

Το υποβρύχιο όχημα Vityaz έφτασε στον πυθμένα της τάφρου Mariana. Ο σχεδιασμός του αμαξώματος του χρησιμοποιεί PKM

Τα ρουλεμάν PCM που λειτουργούν υπό συνθήκες λίπανσης νερού χρησιμοποιούνται ευρέως στη ναυπηγική (ρουλεμάν πρύμνης, ρουλεμάν συστήματος διεύθυνσης, κ.λπ.) λόγω της υψηλής φιλικότητας προς το περιβάλλον, των ιδιοτήτων απόσβεσης, του απλού σχεδιασμού και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους. Κατά τη λειτουργία, τέτοια δομικά στοιχεία λειτουργούν συχνά υπό συνθήκες ανεπάρκειας λίπανσης και μερικές φορές σε πλήρη απουσία λιπαντικού περιβάλλοντος.

Ένα παράδειγμα τέτοιου PCM είναι το οικιακό υλικό SVCh 307 - ένα θερμοπλαστικό σύνθετο υλικό με βάση το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), ενισχυμένο με ένα σύμπλεγμα εξειδικευμένων πρόσθετων.