航母有哪些建造材料和航母的內部結構又是怎樣的呢？

一、國外航母船體材料概況

隨著社會經濟發展，海洋戰略的地位變得越來越重要了。各國為了保護海洋權益，必須大力建設“藍水海軍”，作為遠洋艦隊核心的航空母艦則是建設“藍水海軍”最為關鍵的組成部分。材料配套體系是航母建造的基礎，沒有它的有力支持，一切設計方案都是紙上談兵。而且從材料的研制、配套材料和工藝完善、應用研究、工程化適應性研究到最終實際建造使用需要一個較長的周期。因此各大海軍強國都十分重視航母材料配套體系研究，航母材料配套體系的發展水平直接反映各國航母技術水平，本文簡要介紹了美、俄等國航母材料配套體系的發展概況。

1 美國 

美國從二次世界大戰開始發展中型航母，到19世紀60年代以后主要發展大型航母，期間其航母用主船體鋼大致經歷了四個發展階段：

第一階段（二戰時期）：HTS、A、B、D、E

第二階段（60年代至80年代初）：H1f.80、HY-100

第三階段（80年代中期至今）：HSLA一80、HSLA-100

第四階段（已研制未應用或開始研制）：HSLA-65、10Ni

四個階段的航母船體結構用鋼特點詳述如下：

第一階段二戰期間：美國首先重點發展的是中型航母，如6萬噸的薩拉托加號航母，該航母主要是選用HTS、A、B、D、E等高強度及一般強度級別的結構鋼作為主船體選材，該階段鋼的情況見表1。該階段鋼的主要特點是強度級別不高，合金元素少、碳當量低，故成本低、焊接性好，但其韌性較低、抗彈性差、耐蝕性一般，且鋼板厚度較大，但在當時也基本滿足了美國中型航母的使用要求。

第一階段 二戰期間：美國首先重點發展的是中型航母，如6萬噸的薩拉托加號航母，該航母主要是選用HTS、A、B、D、E等高強度及一般強度級別的結構鋼作為主船體選材，該階段鋼的情況見表1。該階段鋼的主要特點是強度級別不高，合金元素少、碳當量低，故成本低、焊接性好，但其韌性較低、抗彈性差、耐蝕性一般，且鋼板厚度較大，但在當時也基本滿足了美國中型航母的使用要求。

表1第一階段開發的美國航母船體結構用鋼主要情況

第二階段 60年代以后：為了滿足發展大型航母的需求和對性能要求的進一步提高、以及為了減輕航母重量的需要，在Ni-Cr系STS防彈鋼的基礎上開發出了HY一80、HY一100等高強度結構鋼。HY系列鋼的主要特點是：

（1）碳含量及碳當量較高，故焊接性差；

（2）Ni、Cr、Uo含量較多，鋼的韌性及耐腐蝕性好，成本高；

（3）鋼板規格寬，水面、水下艦艇結構通用。在此期間，美國航母主船體用鋼主要是HY-80、HY-100、HTS等高強度結構鋼以及普通的一般強度的碳素鋼，如表2。

表2第二階段開發的美國航母船體結構用鋼主要情況

第三階段 80年代以后：為了改善海軍艦船用鋼焊 性能穩定性有待提高。

接性，節約航母建造成本，發展了HSLA-80、HSLA-100鋼，以替代HY-80、HY-100鋼。HSLA一80、HSLA-100鋼主要采取銅沉淀硬化型的強化機理，其主要特點是：

（1）碳含量及碳當量低，焊接性好，降低了建造成本；

（2）Ni、Cr、Mo含量與“HY-鋼”相比有了不I一程度的減少，降低了材料成本；

（3）與“HY-型鋼”相比，鋼板規格較窄，厚板的淬硬性降低且在厚板方向上

在這一階段，美國航母主船體用鋼主要足HY一80、HY-100、HSLA-80、HSLA-100四種鋼混用，并且在非主要結構上仍然采用HTS等高強度結構鋼以及普通的一般強度的碳索鋼。航母船體結構用型鋼、鑄鍛鋼及焊接材料仍然沿用了HY系列的配套材料。為了充分發揮HSLA系列鍘所具有的良好焊接性能，其配套材料的研制也在計劃之中。

表3第三階段開發的美國航母船體結構用鋼主要情況

第四階段 90年代以后：為了發展未來型航母，對于航母的主船體，美國海軍所重點關注的焦點是，航母主船體重量越來越重以及航母的機動性和有效載荷等突出問題。因此，對于航母的主船體，期間重點解決的問題是減輕航母主船體重量和降低航母重心以及增加航母的機動性和有效載荷。因此，美國海軍又相繼開發了HSLA-65和10Ni鋼。

HSLA一65鋼是為代替HTS鋼（DH36、EH36）而開發的，其最大厚度可達32mm，計劃用于未來新型艦艇，諸如核動力航母CVN-76及新型航母CVN-21以及其它艦型。據估計，CVN一76使用HSLA一65鋼，艦體可減輕重量2，400噸。節省建造費用約2400萬美元。開發10Ni鋼主要是替代HSLA～100鋼（或IIY—100）以減輕航母重量和降低航母重心以及降低建造成本和增加防彈性能。10Ni鋼是一種可焊的具有屈服強度180ksi（相當于1，240MPa級）的高強度高韌性鋼，美國在上世紀70年代開始研究，當時是為了探索大潛深潛艇耐壓殼體用鋼的可能性，日本曾引進該技術進行深潛潛艇和深潛器耐壓殼體及其焊接材料的開發研究。目前，該鋼已在航天上應用，并制訂了艦用裝甲板軍用規范MIL-S-12560。業已證明，10Ni鋼不僅可減輕重量，而且在保持或超過所要求關鍵性能的基礎上，提高了強度和韌性。該鋼含碳量低，焊接性好。利用該鋼取代當前航空母艦使j{j的HSLA-100，可使今后建造的CVN-2l艦體結構厚度至少減少I／8英寸以上，達到減輕重鼉400一800噸的目的，并且可以降低重心。目前，HSLA-65雨I10Ni鋼尚未在實際航母建造中得到應用，但據美國海軍報道，HSLA一65和10Ni鋼擬將在不久建造的CVN2l未來型航母上進行大面積推廣應用。HSLA一65和10Ni鋼的情況見表4。

表4第四階段開發的美國航母船體結構用鋼主要情況

需要指出的是，對于航母主船體用重要的防護裝甲用材，防護裝甲用鋼是其重要的選材之一。美國采用的主要防護裝甲用鋼是HY一100鋼。也有部分使用HSLA-100鋼和HY一80鋼，但用量不多，這些防護裝甲用鋼主要應用于艦橋、飛行甲板、艦舷、機庫甲板等重要部位，其最大鋼板規格可達200mm以上。

2俄羅斯

俄羅斯船體鋼的強度等級也較齊全，從355MPa至I]980MPa均有相應的鋼種。據有關資料介紹，前蘇聯大、中型航母主殼體選用的是屈服強度為590MPa級的高強度鋼，其防護結構選用了屈服強度為760MPa～980MPa的多種高強度鋼。通過對“瓦”艦的勘測，發現俄羅斯在中型航母主船體的外板、飛行甲板等關鍵部位都采用了A K系列鋼，俄羅斯用于航母建造的鋼種基本情況見表5。

表5俄羅斯航母建造的鋼種基本情況

需要指出的是，俄羅斯“瓦良格”號航母主船體用型材主要是A K--25對稱球扁鋼及10X c H皿對稱球扃鋼，這是與國內驅護艦采用單頭球扁鋼的顯著不同之處。

3其他國家

其他擁有航空母艦或準航空母艦的國家，如法國、英國、日本等國家也開發了系列高強度艦船用鋼。法國在第二次世界大戰后開發了60HLES、80HLES、100HLES三代高強度鋼。英國研制了強度和韌性相當于美國的HY-100鋼的低合金高強度鋼叫N鋼。日本艦艇用鋼研制開發水平是很高的。列入防衛廳規格的就有Ns30、Ns46、Ns63、Ns80、Ns90、Nsl10等各級艦艇用鋼，能夠對其建造航母提供有效的技術支撐。

二、航母的建造材料

航母是一個國家工業及科技水平的展示平臺，它幾乎集中了所有先進的技術和材料。一艘航母所用的材料涵蓋的種類繁多，主要有船體結構材料、裝甲材料、耐燒蝕材料和隔熱保溫材料、特種裝置材料和涂料等。

船體結構材料

航母上用量最多的材料當屬建造航母艦體的結構材料，是它們構成了航母的巨大船體外殼、各層甲板、上層建筑。航母艦體巨大，上面搭載的飛機、武器、輔助和補給儲備重量都是十分驚人的，加之航母航行在海上，要承受巨大的波浪載荷，因此船體結構材料要有足夠的強度。而且航母的服役期大都長達40年甚至更久， 所以需要結構材料結實耐用。目前，航母所用的船體結構材料主要是鋼材、鋁合金和復合材料。

船體結構鋼

鋼材是水面艦艇的傳統結構材料 ，也是建造現代航母最主要、最關鍵的結構材料，它具有強度高、工藝性能好及耐海水腐蝕等特點。第二次世界大戰后，世界各軍事強國研究開發了系列化的高強度艦船用鋼。美國從 20 世紀50 年代開始逐步建立HY系列高強度結構鋼體系，發展了用于航母建造綜合性能好的HTS鋼和HY80鋼，屈服強度分別達到355兆帕和550兆帕。在HY80鋼基礎上，改變合金含量及回火溫度以提高強度，研制了屈服強度690兆帕級的HY100鋼。該級別鋼從1966 年開始用于航母飛行甲板的建造。一直到80年代，HY系列都是美國航母的主要結構用鋼。但HY     系列鋼材在焊接時，為防止開裂，需要控制包括預熱、層間溫度、焊接材料儲存和檢驗在內的許多因素，建造成本較高。進入20 世紀80年代后，隨著超低碳、超純凈鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術的發展，美國開始研制不需預熱或只需較低溫度預熱就能焊接的 HSLA 系列鋼，提高了生產效率， 降低了建造成本。美國曾作過計算，若一艘航母材料的50％使用HSLA系列鋼材 ，將比全部使用HY系列鋼材節省920~2070萬美元。由于HSLA系列鋼材具有這些特定優點， 美國海軍已逐步用 HSLA 系列取代 HY 系列進行航母建造。

HSLA100的第一批訂貨用于核動力航母“斯坦尼斯”號（CVN74），以代替HY100。在“杜魯門”號（CVN 75） 上， HSLA 的用量增加到大約15420噸，“里根”號 （ CVN 76） 上也繼續增加其使用量。

俄羅斯傳統上更加重視核潛艇的建設，1954 年開發出了潛艇殼體用 AK25 及其改進型鋼材，不僅強度高，而且可在常溫下進行焊接，不需要預熱，性能優良。因此，蘇聯建造航母時也采用了這種材料。

鋁合金材料

鋁合金具有重量輕、強度高、工藝性能好以及無磁性等特點，能有效減少空船重量、降低建造成本。當使用在合適的部位，諸如上層建筑上時，可以起到降低航母重心高度的作用。美國“獨立”號航母上采用了1222噸鋁合金，比采用鋼材輕908 噸。但是在馬島海戰中，鋁合金材料也暴露了它的重大缺陷。英國“謝菲爾德”號導彈驅逐艦在被阿根廷的“飛魚”導彈擊中后，爆炸產生大火，艦上的鋁合金結構因熱傳導快、熔點低而軟化甚至熔化，起火后難以阻隔火勢的蔓延，最后導致艦艇沉沒。以后的軍艦設計中各國都嚴格限制了鋁合金材料的使用范圍。

此外，鋁合金上層建筑與鋼結構連接處易疲勞斷裂，這導致連接工藝復雜和生產 成本提高。這些因素都制約了鋁合金材料在 航母上的大規模的應用。但是，航母本身龐大，內部艙室分隔很多，利用鋁合金材料建 造部分區域的艙壁或上層建筑的部分結構總的看來還是利大于弊的。

增強復合材料

復合材料是將2種或2種以上不同性質的材料結合為一體，達到預期使用特性而設計制造的新材料。目前用于水面艦艇建造的主要復合材料有：玻璃纖維增強復合材料、碳 纖維增強復合材料等。隨著復合材料在“拉斐特”級護衛艦上層建筑應用的成功，以及 其他中型艦船采用復合材料建造技術的發展， 預計在航母上也將更多地采用復合材料。

增強復合材料具有一系列對航母有利的性能。

優良的力學性能。同等強度的增強復合材料，其重量僅為裝甲鋼板的十分之一， 故可用來建造航母的上層建筑或替代部分艙壁和門，以減輕結構重量，降低艦船重心，提高船舶穩性，改善耐波性；

低磁性特征。能夠大大減低結構的磁性信號，降低遭到磁引信水雷攻擊的概率；

良好的電波穿透性能、聲學和紅外特征。復合材料對電磁波的吸收率低，適宜建造艦艇武器雷達罩和聲吶導流罩；

優良的防火性能。采用該類材料制成的艙壁可防火焰擴散、減少發煙，提高艦艇的居住性；

耐久性能卓越。復合材料與常規金屬材料相比，抗海水、鹽霧的腐蝕能力強，抗 疲勞和抗沖擊性能優越，因此具有良好的耐久性，適合作為像航母這樣的服役期很長的艦船的結構材料；

優良的設計、工藝性。復合材料具有材料的可設計性。可根據船艇不同部位的結構要求，進行材料、鋪層和結構的優化設計。

此外，復合材料還具有易成型、易修補的特點，適宜制造復雜的結構，可縮短建造周期，而且維護費用也比較低。

美國海軍于 1995 年著手實施先進的封閉桅桿/傳感器（AEM/S）計劃。該桅桿采用復合材料制造，極大地減少己方頻率信號損失。同時，降低了桅桿雷達反射截面，保護了主天線和其他敏感電子設備。美國新一代航母將裝備 AEM/S 系統。同樣，英國也制造了類似的復合材料桅桿， 計劃安裝在 2012 年后建造的航母上。可見復合材料的優越性能使得復合材料在造船工業中大有用武之地，成為當今其他材料難以替代的重要的造船材料，得到廣泛的應用。

當然復合材料也有其缺點，如玻璃鋼的彈性模量不足復合材料的層間剪切強 度低，手工成型較多，建造成本較高。隨著科技的進步，可以預料復合材料在航母上的應用前景將十分廣闊。

航母螺旋槳材料

航空母艦的螺旋槳是什么材質建造的？答案揭曉：高科技成分十足。

航母的螺旋槳采用材質是特種青銅合金。之所以不用鐵基合金鋼，是因為航母水線以下會在海水中腐蝕。鐵基合金鋼無法承受。純黃銅剛性不足，螺旋槳受力巨大，純銅材質會變形。所以青銅合金就成了最佳選擇。特種青銅合金里加了錳和鎳等金屬，按比例熔煉，之后鍛打。

航母螺旋槳有極為嚴格生產質量要求。首先在材料方面，要能抵抗長時間連續海水高強度腐蝕破壞性環境。在如此環境下還能夠持續正常運行。材質的選擇上純鋼被剔除，因為強度足夠但經不起腐蝕。國際大型輪船和航母都普遍采用特種銅質合金鋼。銅極耐海水腐蝕。但材質偏軟，缺乏剛性。加入錳和鎳等金屬主要就是來提高銅的剛性。但長期承受壓力一般的銅質合金還是會變形的。在民船上輕微的變形沒什么了不起，拆下來校一下角度就行了。但航母上面絕不允許有任何螺旋槳變形發生。變形會產生力矩幅度，航母航行的軌道精準度會受此影響。對起降飛機有極大干擾。另外螺旋槳變形會增加大量噪音。所以現在各國對航母螺旋槳合金鋼材質配方極度保密。

同樣不能輕視的重點就是螺旋槳的加工技術。小一些的螺旋槳以前都是靠人手工打造的。航母用螺旋槳都是400到600噸的超大尺寸部件。而且形狀特別復雜精度要求極高。要用到手工即不可能加工，也不可能保證質量。這時候就需要超大型數控機床出馬了！超大型7軸5聯動機床。可加工直徑12.5米的超大部件。技術進步的效果是明顯的。人工24小時不停工，20天才可造出小型螺旋槳。在精密數控機床上3天時間就可加工完畢。

裝甲材料

二次世界大戰的教訓表明，現代軍艦不僅要有戰斗能力，還要具有一定防護能力和抗破損能力。例如，二次世界大戰中被擊沉的航母有55％是由于水下防護差， 艦體遭到破壞而沉沒的。這使人們又開始重視航母裝甲防護。從二戰后美國建造的航母上可明顯的看出這種趨勢。而且隨著航母的造價越來越高昂，裝甲防護就更加受到重視了。裝甲材料大致可以分為鋼質裝甲和復合材料裝甲。

鋼質材料裝甲

鋼質裝甲歷經幾代發展改進，目前在艦船裝甲材料領域內仍然占有主導地位。

美國為了提供航母的裝甲防護水平大量采用HY80這類高強度鋼。在強力甲板和一些關鍵部位，更是規定使用高強度鋼。

鋼質裝甲的大量使用將導致船體重量增大，削減武器彈藥的搭載，或者降低航速，從而削弱了艦艇的戰斗力，因此各國都在不遺余力地研究怎樣在提高裝甲防護能力的同時減輕裝甲的重量。

非金屬材料裝甲

70 年代后期，裝甲防護技術發展進人了新的階段，由過去單獨依靠均質鋼裝甲逐步向通過有效的結構設計制成的復合裝甲發展，裝甲的性能得到很大的提高，而重量大大減輕。

復合材料裝甲通常是由高性能纖維增強的樹脂基材料復合制成的，主要有玻璃鋼芳綸纖維、高硬度陶瓷等新型非金屬材料。先進復合材料具有密度小、防護性能高制造工藝簡單等特點，設計恰當的先進復合材料裝甲，在同等重量的情況下，其防御能力是鋼質裝甲的數倍。

玻璃纖維復合材料（玻璃鋼）

早在二次世界大戰期間，美國已開始 進行玻璃鋼裝甲的研究。隨著5 - 2高強度坡璃纖維的出現，高性能玻纖復合材料就成為第一代復合裝甲材料。據稱，美國已經將5 - 2玻璃纖維應用在了大型航母上。此外有報道稱，俄羅斯“庫茲涅佐夫”號航母的舷側防護裝甲為玻璃鋼質。

芳綸纖維一一“凱夫拉”復合材科

“凱夫拉”（Kevlar）是由美國杜邦公司1965 年研制出的一種芳香族聚酰胺纖維，它強度高、韌性高，具有很高的耐沖擊能力。而且“凱夫拉”的重量輕，比重只有玻璃纖維的一半左右，在重量相同的情況下，凱夫拉“復合裝甲可提供 5 倍于鋼質材料的防護。而且增強復合材料具有能經受多次沖擊的特點，在這方面比玻璃纖維復合材料有優勢。另外在自由衰減特性、耐火、耐疲勞方面也有不俗表現，但是其價格較高。

”凱夫拉“復合材料在航母防護上具有很大潛力，是很有開發前途的一種材料。”凱夫拉“裝甲最早應用于美國”佩里“級護衛艦，美國海軍的”尼米茲“級核動力航母采用了這種材料制造復合裝甲，作為作戰指揮中心、彈藥艙等要害艙室的防護裝甲。而法國最新的”夏爾·戴高樂“號核動力航母也在甲板上層建筑和艦上重要的操控室及敏感的技術艙室等關鍵部位敷設了”凱夫拉“裝甲。

 

耐燒蝕材料和隔熱保溫材料

現代航母一般都儲備有大量的航空燃油。艦艇燃料和數十架飛機及各種武器彈藥。一艘航母相當于一座巨大的油料庫和彈藥庫，火災和爆炸是它的大敵。所以航母的絕緣材料和耐燒蝕材料與一般的水面艦艇相比要求異常嚴格。絕緣材料防火性能的好壞。

直接影響到航母的生命力，同時由于這類材料遍布于航母，用量很大，與艦員的生活壞境以及建造的經濟性也大有關系。

耐燒蝕材科

耐燒蝕材料是航母的必備材料。根據其應用部位可以分為兩種基本類型。一種是耐燒蝕涂料，用于航母彈藥艙及其他關鍵部位，如艦員的應急通道，避難區，電纜管道、 救生設備存放區。早期美國海軍使用含有石 棉填充物的碳化型耐燒蝕材料，后因為石棉 是致癌物，且承受熱負荷不高，研制了性能更優秀的膨脹型耐燒蝕材料，已經成為目前的主流材料。美軍海軍的測試證明這種材料可以推遲自燃時間，能用于航母的彈藥艙 及其他關鍵部位。當火災發生時。可以有效 地控制火勢的蔓延，贏得寶貴的時間進行撲 救，對于提高航母的生命力有重大的意義。另一種是結構型耐燒蝕復合材料，艦上導彈發射時會產生大量高溫氣，所有貯存箱底部及氣流排導系統的內表面都需要用耐燒蝕材料進行保護，這種系統常采用復合材料與涂料相結合的形式。美國目前使用以酚醛樹脂為基體的碳化型纖維增強材料。

艙室隔熱保溫材料

美國航母上除了配置自動防火系統外， 還要求火災區在燃燒時，臨近艙室的溫度不能過高，從而盡縣減少火災的損失。這就需要敷設隔熱材料。航母常用的常規隔熱保溫材料有：玻璃棉、酚醛泡沫、阻燃性的無機纖維材料。

果酰亞胺泡沫材料

聚酰亞胺絕熱保溫材料與其他同類材料相比，具有良好的絕熱保溫效果，良好的阻燃性，抗明火，不發煙，不產生有害氣體，質量輕，在大型航母上使用，可比用傳統的纖維隔熱材料輕250噸； 較好的韌性和彈性，易于安裝和維護；耐高低溫；環境友好，不含鹵素和消耗臭氧的物質。美國第一艘采用聚酰亞胺泡沫材料的登陸氣墊船在使用15年后，性能仍然滿足相關要求，由 此可見這種材料的耐久性能優良。目前這種材料在美國的航母已經開始得到廣泛的應用。

納米孔無機絕熱保溫材料

硅質納米孔超級絕熱材料具有重量輕、導熱系數低的特點。在高溫下也能保持很好的隔熱效果，絕熱保溫性能優異。資料顯示，船舶使用十幾毫米厚的硅質納米孔超級絕熱材料就可滿足很高級別的耐火分隔要求，而相同情況下達到同樣效果將采用3倍以上重量的其它無機保溫材料，因此大大減輕了船體的重量并節約了空間。但由于價格較貴，在航母上，硅質納米扎超級絕熱材料主要用于重要艙室、高溫排氣管的絕熱保溫和耐火分隔。

特種裝置材料

航母特種裝置主要包括對艦載機移動、起飛、著艦起關鍵作用的設備裝置，它們的工作條件通常十分惡劣，對所用的材料性能也會有很高的要求。如彈射器的蒸汽缸體、制動缸、噴氣偏流板、阻攔索等。對于航母而言，這類材料是至關重要的。離開了它們，航母是不可能正常運作的。

彈射器的儲汽罐

彈射器的儲汽罐是一種大尺寸的高壓容器。用來貯存彈射飛機的蒸汽。雖然儲汽罐結構簡單，但由于要承受高壓，尺寸大， 因此對材料制造設備和焊接工藝等方面提出了很高要求。對于航母彈射器來說，有使度高、抗磨損、抗沖擊、用次數、重量限制和耐高溫方面的要求，所 耐疲勞等特性。因此，美以制造難度就更大。制罐材料為耐熱的特種 國是花費了大量的財力合金鋼，必須要有很好的抗蠕變性能和抗拉物力，在多種材料中精心強度，而且還要承受幾十萬次的彈射加壓／卸 挑選的高性能合金，井采載的疲勞測試，目前僅只有幾個國家具備制 用了多種材料絞制，才生造能力。美國原來采用壓力容器鋼制造彈射器的蒸汽缸體，后改用不銹鋼材料。

蒸汽彈射器制動缸

蒸汽彈射器的制動缸位于彈射器的尾端，作用是使彈射器的活塞在完成飛機彈射任務后，能在極短的時間和距離內停止。美國采用鈦合金，不僅解決了腐蝕問題，而且還能減輕設備重量（大型航母一般有至8少個這樣的制動缸，采用鈦合金后，可以減輕約15噸重量）。

噴氣偏流板

噴氣偏流板工作時，受到高溫氣流的沖擊，表面溫度升高很快，需要用海水進行冷卻美國航母上的偏流板采用耐腐蝕性能良好的鈦合金制造，利用鈦合金耐海水腐蝕性能優異耐熱性能也不錯的特點，制造出的氣偏流板，經過實際使用證明，效果很好。

阻攔索

與飛機尾鉤嚙合的阻攔索是保證飛機安著艦的關鍵構件。1975 年8 月26 日， 美航母“富蘭克林”號 （CV42）一架F4戰機因為阻攔索斷裂而墜毀，機組人員全部死亡，經濟損失高達數億美元。所以，阻攔索雖然不是很大的零件，但對于航母來說，卻是十分關鍵，其性能直接關系到艦載機的安全著艦和航母的安危， 它要求材料具有強度高、抗磨損、抗沖擊、耐疲勞等特性。因此，美國是花費了大量的財力物力，在多種材料中精心挑選的高性能合金，并采用了多種材料絞制，才生產出合乎要求的阻攔索。

涂料

涂料遍及航母的各個角落， 但是它的作用是不容小看的。離開了它航母也無法正常地發揮作戰效能。

飛行甲板分料

為了保證艦載機在艦上安全起降， 航母的飛行甲板需要涂敷一層涂料它既有較高的摩擦系數， 可以防滑， 又有較好的防腐蝕性能， 保證飛行甲板在惡劣的環境中能夠抵御大氣、海浪飛濺、艦載機的高壓氣流以及各種油料、洗滌劑的腐蝕和磨損。目前，能起到防滑作用的通常是在環氧樹脂中適當加入一定粗細的天然氧化物顆粒， 而防腐作用的成分則是采用金屬涂層（鋅和鋁）和聚合物粉末涂層。

船體外充防污索料

國際海事組織已經作出了決定：從2003年起， 禁止使用主要成分為三丁基錫（TBT）的錫基防污底涂料；2008年以后任何船舶上若發現使用該涂料，將屬違法。替代涂層材料所面臨的主要是成本和有效性問題。

目前較有發展前途的是新型自拋光涂層材料， 新型銅基防污涂層材料或水解甲硅烷基聚合物涂料， 采用聚合物來調節活性物質的釋放速率。因此， 這種涂層能在相當長的時間內保持有效。由于活性的表面層長時間地暴露在外，因此涂層表面總能保持光滑平整， 壽命也較長， 所以這類產品為自拋光涂層材料據報道， 美國新建的航母就采用這類自拋光涂料。

還有一些其他的防污涂料方案一種是利用船底附著生物上豐富的微生物和酶來生成活性涂層的防污技術。還有一種被稱為“慢燒” 的方法， 即利用過氧化氫分解成水和氧氣時， 強氧化作用就會將其表面的生物殺死。但是， 這些方法還需要經過實際使用的進一步檢驗才能運用到航母上。

吸聲和阻尼涂料

消聲瓦是一種目前較為成熟的防聲吶探測的方法，但由于其施工方法、厚度、重量等方面缺陷，大大限制了它的應用范圍。其發展趨勢是被采用施工簡單、涂膜較薄的吸聲涂料所替代，如英、美采用聚氨酯發泡材料加多孔材料制作的吸聲涂料，吸聲率可達70% ～ 90%， 這類涂料在未來的航母上有很好的應用前景。

航母材料的發展趨勢

目前，合金鋼與鋁合金這樣的傳統材料仍然是航母的主要結構材料，但將繼續向強度高、工藝性能好、建造成本低的方向發展，美國推出的 HSLA 系列鋼材就是一個很好的例證。

在未來的航母上，大量新材料也會得國到廣泛的應用。強度高、抗沖擊性能好的復合材料裝甲將會對傳統的鋼質裝甲的統治地位構成威脅。在有些艙壁、桅桿和武器雷達的外罩上，也會越來越多地應用復合材料。隨著復合材料的工藝不斷改進，建造成本的降低，強度、密度、防火隔熱性能和抗沖擊性能等重要性能的進一步提高，多種纖維組合的實現，復合材料必定會在航母上得到廣泛的應用。

目前節能環保的觀念和意識已經深入人心，在航母的設計建造過程中，綠色概念也越來越受到重視了，前面提到的法國退役航母的遭遇，就更加生動地體現了這一發展趨勢。未來的航母在改進焊接材料和工藝、選擇艙室絕緣材料和涂裝材料方面將更加注重環保要求，甚至在設計思想上也會進行革新，從設計之初就對各項環保措施進行統籌規劃，對可能影響環境的問題及時發現，加以解決， 使得未來的航母在建造和使用過程中都能更加綠色環保。另外，在軍工、高鐵、核電、航天航空等尖端制造領域的快速發展均離不開基礎材料領域的突破。作為推動航母技術發展的基礎——材料，尤其是新材料產業需要進一步發展。

三、美軍航母腐蝕控制技術體系的發展研究

美國作為世界上航母技術最為成熟完善的國家， 迄今已建造了 70 余艘航母，目前已發展第三代核動力航母——福特級。美國航母戰斗群不僅數量龐大，一直維持在 10 個以上航母戰斗群，而且在技術上也對其他國家保持遙遙領先。二戰之后，航母便代表了美國軍事力量的縮影，龐大的航母艦隊奠定了戰后美國牢固的海上霸主地位，對于保障美國國土安全和海外利益發揮了至關重要的作用[1]。

同時，作為保證航母戰斗力和服役壽命的關鍵所在，耗費巨大的維護保障工作也一直是美國軍方一直面對的重大問題，并在其近百年的發展史上積累了大量的經驗教訓。“知己知彼，百戰不殆”，“它山之石，可以攻玉”，全面深入研究美國航母腐蝕控制技術體系，總結歸納對其發展趨勢起到重大影響和積極意義的關鍵因素和必然規律，對于其他國家海軍的發展無疑會起到重大引領和推動作用。

1  新材料與新工藝的發展應用

新材料及新工藝的上艦應用，是高性能艦船裝備孕育和發展的基礎。腐蝕又是材料學科的分支，所謂腐蝕控制，本身就是防護材料及設備的應用過程，其控制對象也是艦船裝備中所應用的各型材料。所謂的艦船服役全壽命周期，很大程度上是由船體與各系統的結構材料和各型功能材料、結構功能一體化材料的服役壽命所決定的。另外，隨著美軍 CVN78 福特級航母這類代表當今世界最高科技水平的重大裝備的面世，作為艦船裝備建造的基礎，先進艦船材料技術的上艦應用（如圖1 所示），對于保持裝備先進性代差以及各系統效能的充分顯現，所起到的巨大支撐作用有目共睹[2-4]。

圖1   CVN78先進性體現

Fig.1     Advanced embodiment ofCVN78

在 CVN 78 設計建造所使用的 13 項關鍵技術中，僅材料技術就占兩項，分別是 HSLA-65 高強度低合金船體結構鋼，以及 HSLA-115 高強度超強韌飛行甲板用鋼。對其他關鍵技術系統而言，先進材料的關鍵作用也非常顯著（如圖 2 所示）[5-6]。例如，核動力推進及電力系統安裝了 2 座新研制的A1B型反應堆， 功率與尼米茲級 A4W 反應堆相同，但燃料效率是A4W 的 3 倍，堆芯壽命可延長到 50 年，可持續運行到航母退役。采用碳化硅半導體組成的大功率綜合電力模塊替換了又重又大的常規變壓器，實現了小型輕量化，但提供的電力卻是尼米茲級的3 倍。由此可見， 福特級航母的設計建造過程中，“裝備研制，材料先行”理念的貫徹，對于各級系統的研制建造，以及全壽命周期內服役狀態和性能良好保持，起到了巨大推動作用。

圖2   CVN78先進材料與腐蝕控制技術應用

Fig.2     ApplicationofCVN78advancedmaterialsandcorrosioncontroltechnology

2 腐蝕控制應用于艦艇全壽命周期

腐蝕是一個遵循能量最低原則的緩慢自然過程， 看得見卻摸不著，但是不可避免的，因此只能預防和控制。腐蝕會在裝備的全壽命周期一直存在，并且裝備維護成本（包括人、財、物）會隨著裝備服役年限的延長而大幅增加，占國防開支預算的很大比例。這一現象引起的軍費激增是促使美國政府將腐蝕的預防與減緩作為國家戰略而推廣實施的直接原因。

美國海軍在艦船防腐頂層設計、管理機制、技術創新體制、軍民融合等諸多方面也進行了一攬子自上而下的改革，并頒布實施了一系列規章條例。宗旨在于，降低維護成本，減小腐蝕對于海軍裝備安全和戰備的影響，以求將腐蝕預防與控制貫穿于從海軍裝備采購到維護的全壽命周期。自2004 年以來的十余年間，美國海軍通過“腐蝕預防與控制”的實施，以及對此前腐蝕控制系統工程建設存在問題的反思與深入分析研究，已經確定了腐蝕控制的關鍵要素，并通過管理、技術的創新與應用，逐步控制住了腐蝕造成的艦隊維護成本急劇上升的勢頭。

3 腐蝕控制技術體系發展理念

對于引起當前維護成本急劇上升的原因，美國海軍在大量調研分析的基礎上，從腐蝕控制經濟學角度對該問題進行了深入研究。研究發現，航母等大型艦船維修周期過多、維修間隔過短、維修時間過長，是引發上述問題的最根本原因。因為修船就要花錢，一進船塢就要產生占塢費，修理人員一上船就要產生工時費、培訓費、材料費、賠償費等費用，而且艦隊在船廠期間的花費也不能停。對航母戰斗群而言，重新出塢還要再次進行適應性訓練。總之，許多地方都要花錢和耗費時間，而且都是無效的。對美國這種發達國家而言，船舶建造和維修費用最高的其實是工時費。工作量最大的艙室、船體和甲板這些大面積、勞動密集型工作區中，腐蝕成本中的工時費要遠遠大于所耗費的原料成本，由此成為航母維護成本最高的區域。尤其是美國海軍艦船型號設計建造已基本發展完善，目前耗費最多的是各型艦船尤其是航母的維護。長此以往，艦船維護這種看似簡單的小事，其耗費的軍費巨大。

最為關鍵的是，維修耽誤部隊作戰和訓練，艦隊出勤率、戰斗力和快速反應能力都要受到制約，對于航母這種為數不多的國之重器而言更是如此。平時可能顯現不出，一到戰時，這種高頻次的維修保障對于航母戰斗群綜合戰力的負面影響必將凸顯。

由此，美國海軍從兩方面入手對此問題制定了相關措施[7]：一是通過全壽命周期管理體制改革， 延長入塢間隔，縮短入塢時間，做到盡量少去船廠修；二是在管理和技術層面，圍繞“省時、省力、省錢” 下功夫（美國海軍稱之為 Faster, Easier& Cheaper）。如怎樣免維護或至少提前發現問題，怎樣提高維護工作效率，怎樣提高艦員級維護的技術水平。對腐蝕防護技術而言，核心是降低艦船全壽期成本，重點研究目前哪些技術是費時、費力、費錢的，怎樣提升裝備材料的服役壽命和效能，提升至什么程度才能使成本最低等。

具體措施方面，一是通過深化軍民融合提高艦船修造效率，并降低成本。與我國不同，美國國防工業主體是民企，只有核動力及武器裝備等核心技術裝備掌握在國家手中，國有船廠僅有四家。為提高艦船修造效率并降低成本，美國海軍一方面推行“一家船廠”優化配置四家國有船廠的人力和物力資源，以提高艦船修造技術水平，節省人工成本。另一方面鼓勵“民參軍”，使更多具備資質的民企通過競爭性定價參與到艦船修造，使高效低成本技術在艦船上獲得應用，目前美國航母的維修近 70%以上是由民企完成的（此前國防部制定的比例為 50︰50）[8]。二是通過滿足使役性能前提下的“省時、省力、省錢” 技術創新。

4 腐蝕控制技術體系科研體制創新

滿足使役性能前提下的“省時、省力、省錢”新材料及新技術的研發、考核以及應用，替代當前低水平、低效能的艦船材料及腐蝕防護技術，是美國海軍為實施“腐蝕預防與減緩”戰略的基本工作。

美國海軍研究局（ONR）作為美國海軍科研的核心力量和指揮中樞，負責制定各項腐蝕戰略相關科研規劃的頂層設計，并發布相關研發指南、技術需求考核標準等綱領文件。其下屬的海軍研究實驗室（NRL） 負責核心技術研發，組織海軍艦船材料與防腐技術的考核評定，并協同海軍各部門及國家表面處理中心（NSC）發布相關標準規范。其中，在艦船材料新技術應用考核方面，以美國海軍金屬加工中心（NMC） 為主。

海軍研究局通過需求牽引和技術推動類項目規劃，推動美國各民企、高校及科研院所廣泛參與， 協同NRL這類軍方研究部門和國有修造船廠進行新材料與腐蝕控制技術研發與應用（如圖 3 所示）。同時，美國政府各部門也通過大量低準入、嚴考核的各類基金鼓勵艦船材料及腐蝕控制技術的創新發展，尤其是前沿戰略領域，以保持美國在該領域的世界領先水平[9]。

圖3     美國海軍研究局艦船材料與腐蝕控制規劃

Fig.3     MaterialandcorrosioncontrolplanofONRships

在具體單項技術領域，如本項目研究所述，美國海軍一方面推動原供應商（如 PPG、IP 等涂料供應商，米塔爾等艦船材料供應商）進行技術革新，另一方面推動軍地科研院所、企業的新技術成果通過實驗室和實船考核，盡快出臺相關標準規范，以推進低成本高性能材料及腐蝕控制技術成果的上艦應用[10]。

5 結語

綜上所述，美國海軍通過一系列新技術體系、新發展理念及科研創新的成功運用，正在逐步解決腐蝕引起的艦船裝備維護成本增加而引發軍費激增的問題，對提升航母戰斗群的綜合戰力起到了極大的促進作用。

 

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