網站首頁 協會概況 協會動態 信息中心 產業動態 科技之窗 經驗交流 行業論壇 政策法規
 
網站首頁 > 科技之窗
 
海上閱兵一展實力 橡膠在軍事領域大顯神威
 [日期:2019-04-28]  [ 作者: ]  [ 來源: 聚膠 ]  [ 點擊數:1525 ]
 【字號:   】  【打印】   【關閉
 

   中國人民解放軍海軍成立70周年多國海軍活動海上閱兵于4月23日在青島及其附近海空域舉行。慶典是對人民海軍成立70年,尤其是黨的十八大以來部隊建設、官兵風貌、和平理念全方位的展示。

   在感受中國海軍近年來部隊建設的巨大成就的同時,作為化工橡膠行業人,小編今天將帶大家感受下橡膠在軍事領域的應用。

   橡膠被稱為戰略物資,是因為天然橡膠是國民生產中非常重要的物資,如果發生戰爭,進出口貿易會中斷,一個國家擁有多少橡膠,就決定了這個國家能否生產出大量的輪胎等橡膠制品,這些制品將是國家正常運轉所需要的,戰爭來了的時候,運輸各種物資到制造物資,醫療救護,總之幾乎每種東西都與橡膠密不可分,控制了橡膠,幾乎是控制了戰爭。同時,橡膠在軍事國防上應用更是十分廣泛,比如,一輛坦克要用八百多公斤橡膠;一般三萬噸級的軍艦要用六十八噸橡膠,差不多軍事裝備、空軍設施、國防工程都有橡膠的足跡。使用橡膠制做的船舶、帳篷、倉庫以及防護用具、浴水服裝等品種也很多。至于圍防尖端技術需要的耐高溫、耐低溫、耐油、耐高度真空等特殊性能的橡膠產品更是不可缺少。

   橡膠在我們的生活和工作中也無處不在。橡膠因其具有很強的彈性和良好的絕緣性,可塑性,隔水隔氣,抗拉和耐磨等特點,廣泛地運用于工業,農業,國防,交通,運輸,機械制造,醫藥衛生領域和日常生活等方面,如交通運輸上用的輪胎;工業上用的運輸帶,傳動帶,各種密封圈‘醫用的手套,輸血管;日常生活中所用的膠鞋,雨衣,暖水袋等都是以橡膠為主要原材料制造的。橡膠材料在航空工業中也是這樣,應用非常廣泛。不光是我們一眼就能看到的起落架機輪是橡膠做的,實際上還有我們表面看不到的、成千上萬的橡膠制品應用在飛機的各個地方,可以說橡膠材料在航空裝備上無處不在,而且是不可缺少、不可替代的重要配套材料。國防上使用的飛機,大炮,坦克,甚至尖端科技領域利的火箭,人造衛星,宇宙飛船,航天飛機等都需要大量的橡膠零部件。

   潛艇的隱形外衣

   見過現代潛艇的人,恐怕都會為其中一些身上加穿一件黑色的厚“外衣”而感到好奇。那么呢這件“外衣”究竟是用什么材料做成的呢?潛艇為什么要穿這么一件“外衣”呢?

   這層橡膠外衣學名叫“消聲瓦”。由橡膠制成,厚約30毫米,內部有直徑3.5毫米左右的空腔。它的工作原理主要是利用聲波在空腔內振蕩,來降低聲波反射強度,達到隱形的目的。目前經初步證實,消聲瓦的功用至少有3個:首先,能夠吸收對方主動雷達發出的聲吶波,即利用消聲瓦材料的阻尼作用和瓦內空腔或填充物的作用,使對方發射出的聲波波形發生變化,將聲能轉換為熱能消耗掉,從而使折射回去的聲波能量大為降低,達到急劇減少主動聲吶探測的目的。據報道,俄羅斯滿載排水量2.65萬噸的“臺風”級潛艇由于敷設了150毫米厚的消聲瓦,因而使美國MK-48和MK-46型魚雷的主動聲吶探測距離減少到原來的1/3。由此可見它的戰術效能非同一般。 其次,能夠隔離潛艇內部噪聲向艇外輻射。

   最早給潛艇穿上“隱身外衣”的是德國海軍。二戰中德國海軍大量的建造潛艇,并瘋狂使用“狼群戰術”,在很長一段時間內幾乎掐斷了歐美海上運輸線,險些扼殺了其經濟命脈。為了對付潛艇,英美等國迅速、全力批量建造水面戰艦進行護航和反潛,到二戰末期,德國潛艇急劇增加。德國海軍為了挽回敗局,減少被對方發現的概率,逃脫被追殲的命運,便設計給潛艇包裹一層“隱形外衣”,就是用橡膠制成的俗稱”消聲瓦”的材料。

   擁有了“消聲瓦”的潛艇成為航母的頭號克星。二戰中就有9艘航母毀于潛艇。二戰后,前蘇聯也獲取了有關潛艇消聲瓦方面的重要資料,并隨即展開了這方面的研究。從20世紀60年代開始,前蘇聯的海軍經過多次潛艇試驗,證實“消聲瓦”功能有效,于是全力攻關包括“消聲瓦”在內的潛艇所有減振降噪技術。建造于20世紀80年代中葉的前蘇聯海軍“塞拉”級核動力攻擊型潛艇是一個最好的例證,時至今日,它在俄海軍4級現役核動力攻擊型潛艇中,隱形性能仍不可小覷。

   為了達到“塞拉”級潛艇的最佳隱蔽目的,蘇聯海軍在艇型設計上采用了拉長水滴形,艇體表面被設計的非常光滑流暢,表面突出物幾乎完全被取消,指揮臺圍殼與艇體交接處采取弧形圓滑過渡,艇體表面流水孔被減少至最少。除此之外,該級艇最為有用的隱蔽措施就是在艇體表面敷設一層厚薄相間的消聲瓦。這層消聲瓦的厚度在80-150毫米之間,長寬比為90-85,由合成橡膠制成。其結構分為內外兩層,外層為實心固體,內層則設置了各種不同尺寸與形狀的孔洞。該消聲瓦技能吸收對方主動聲吶的控測聲波,又能隔絕和降低本艇的噪聲。據稱,俄羅斯潛艇敷設這種消聲瓦后,已使對方的探測能力下降了50-70%,本艇的自噪聲下降了20分貝。

   如今,美國、英國、瑞典、中國、法國、德國、日本等國的潛艇消聲瓦技術已日漸成熟,應用也日趨普遍。各國均在加緊進行消聲瓦結構及厚薄研究、粘貼技術以及與潛艇總體的匹配技術等等,力求將潛艇的隱身性能做到極致。

   戰斗機中的橡膠

   航空裝備為什么離不開橡膠呢?我們知道,人要在高空中生存和工作,首先必須具備維持生命的基本條件,如一定的氧氣密度、環境溫度和可承受的振動、噪聲限度等。隨著飛行高度的增加,氧氣密度和溫度都在急劇下降,當高度超過6 000米時,空氣中的氧氣壓力(分壓值)就會低于人類呼吸的最低允許值(0.62~0.66)×104帕,此時人就會感到缺氧,思維能力和機體功能開始被破壞,進入生命的危險區域;而飛行高度超過10 000米,環境溫度將降至-56.5℃,長期處于過冷狀態,人會因血液系統停滯而死亡。所以,高空飛行時必須有氣密座艙,并配置氧氣增壓、加溫裝置以及空調系統,因此座艙和各系統管路都離不開密封技術。

   一架遠程飛機要帶大量的燃料,如果起飛重量為180噸,其中燃料貯量就會有100噸以上。這么多燃料都貯存在機翼、機身的結構空間內,這需要用密封劑(液體橡膠)將機翼和機身未占用結構空間封閉起來貯存燃油,形成機翼、機身整體油箱。此外,液壓、冷氣、氧氣、潤滑系統都裝配大量密封件,保證操縱系統有效地執行其功能。

   大功率的航空發動機會產生強烈的振動和噪聲,從而造成受力結構的多級共振,儀器和儀表失靈,機械零部件疲勞破壞,并損害人的神經系統,使人疲勞、煩躁和器官病變。所以泄漏、振動和噪聲對航空裝備帶來的后果是災難性的。

   為了解決這些問題,設計人員自然而然地想到了橡膠材料。特別是在第二次世界大戰期間,橡膠已成為一種非常重要的戰略物質。各國的化學家紛紛采用含有不同特征的官能團(基團),如氯、氰基、乙烯基、巰基、異氰酸基、羥基、烷氧基等單體合成出丁鈉、氯丁、丁腈、丁苯、聚硫等橡膠。這些橡膠在耐熱、耐老化、耐油介質等方面比天然橡膠好得多,因而合成橡膠迅速被應用到了飛機的氧氣、油介質系統的密封、減振降噪、電氣絕緣等方面,促進了航空裝備的發展。

   橡膠的使用遍布于飛機的各個系統,其中包括飛機救生防護系統的氧氣面罩、輸氧波紋管和控壓膜片以及橡膠織物制成抗荷服、代償服、救生艇;機電系統的液壓泵、電磁閥、作動筒內密封件,管線緊箍件、蓄壓器膠囊;環境控制系統的引氣膠管、座艙氣密膠帶、壓力調控活門件、敏感薄膜;機輪剎車系統的輪胎、膠管;燃油系統的輸油膠管、橡膠軟油箱、機翼和機身整體油箱;慣導系統儀表減振墊、直升機旋翼系統的彈性軸承和阻尼器;以及艙門、舷窗等外露系統使用的密封型材等等。據統計,一架飛機使用橡膠制品達8 000~13 000項(其重量約300~500千克),密封膠超過1噸,所以橡膠是航空裝備不可缺少、不可替代的重要配套材料。

   橡膠軍事中的大神通

   橡膠為什么有密封、減振功能呢?這要從它的分子結構說起。無論天然或合成橡膠都是高分子聚合物,其分子是由千萬個結構相同的鏈節聚合成線性的大分子。就說天然橡膠,它是由1.5~2萬個異戊二烯單體連成的大分子,細長的分子鏈呈卷曲狀態,受應力作用時卷曲分子鏈被拉長,可產生原長度10倍以上的變形,去除應力后其回縮至初始狀態形成橡膠獨有的高彈性變形。橡膠的微觀結構像一團亂棉紗,每個細長大分子帶有許多官能團。這些基團在化學藥劑(硫化劑)的作用下可以相互交聯(硫化),使生膠線團結構轉化成網狀結構。分子鏈的化學交聯點和大分子鏈間物理的纏結,限制了橡膠大分子整體流動,而交聯點間分子鏈段仍處于熱運動狀態,在應力作用下鏈段運動要克服分子間內摩擦,使外加的機械能轉變成熱能而損耗。橡膠的低模量、大變形,分子間內摩擦使機械能轉變成熱能而耗散——這就是橡膠具有密封、減振降噪功能的主要原因,也是區別其它材料的最大特點。

   航空裝備有許多零部件是用于貯存和傳輸流體的(如燃油),零件間連接處的間隙就是泄漏通路,借助橡膠的彈性使連接件緊密貼合,堵塞間隙、阻止流體滲出和逃逸,就起到了密封作用。由于零件間連接形式不同,采用的密封結構也有較大差異。兩個零部件相對靜止間隙的密封稱固定密封,采用各種截面形狀密封件很多,有圓形、矩形、蕾形、V形的密封圈和墊片等。兩個有相對運動的零部件間隙的密封稱活動密封,如液壓系統伺服機構作動筒活塞頭和桿可采用圓截面O形圈密封,油泵的旋轉軸用唇形皮碗(油封)密封件。艙體、門窗、口蓋結構則是采用各種截面形狀的橡膠型材,借助型材凸緣、空腔的彈性壓緊在被密封表面形成的接觸應力起密封作用。戰斗機座艙采用充氣密封膠帶,充氣后膠帶凸起壓在機身的邊框內,保證座艙的氣密性;放氣后膠帶恢復至原形狀,座艙與機身出現間隙很容易打開座艙。這些密封作用是在過盈配合下橡膠被壓縮,其彈性恢復對密封表面形成接觸應力保證流體不會泄漏。對于飛機的成形板材、加強肋和桁條通過鉚接、螺栓連接和焊接組裝的結構件,其形狀復雜、尺寸大,很難用橡膠密封件進行密封,而用密封劑涂覆在接口的縫內和表面經室溫硫化,形成粘附在接口間的彈性膠膜,就可達到密封作用。如果零部件剛度大、變形小,可在金屬結構件上加工出溝槽,在溝槽內充填不硫化密封劑(俗稱膩子)叫做溝槽密封。這種密封形式應用十分廣泛,除飛機客艙和整體油箱、宇宙飛船殼體結構外,火車和船舶廂體、房屋建筑、污水處理沉淀池密封等,都采用膏狀密封劑涂覆到接觸的結構表面和間隙內,借助優異的粘接力確保結構密封。

   另外,由于航空發動機功率增大,會帶來強烈的振動和噪聲。最初主要采用墊橡膠板隔離振源,用羊毛氈降低噪聲。為了進一步提高減振降噪效果,當前采用粘彈阻尼器、液彈阻尼器吸收振動能,而直升機旋翼系統為消除振動和噪聲,常采用橡膠與金屬件復合的彈性軸承和頻率匹配器。隔離振源、消除共振多用各種結構形狀的儀表減振墊。在薄殼結構表面貼覆約束阻尼片,借助粘彈膠層與鋁箔間剪切變形以耗損薄壁振動能,即降低飛機蒙皮高頻噪聲,并可提高疲勞壽命。為了創造一個安靜舒適的環境,還用多孔疏松纖維氈和橡膠黏合劑制成隔音板,貼附于艙體壁上,以吸收振動減小噪聲的干擾。

   由此可見,橡膠材料在軍事及國防中的應用非常廣泛,尤以航空裝備使用最為典型。隨著橡膠和新材料技術的不斷發展進步,橡膠材料的應用將更加大有可為。

版權所有 @ 2011 中國天然橡膠協會  Copyright @ 2011 CNRAW.ORG.CN
 

電話:010-59199585  傳真:010-59199589  電子郵件:[email protected]

地址:朝陽區東三環南路96號農豐大廈703室  郵編:100122

 
打击手机麻将赌博