航母飛行甲板涂料的特殊性能及發(fā)展方向
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2008-08-04
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艦載機(jī)是以航空母艦或其他水面艦艇為基地的海軍飛機(jī),現(xiàn)代艦載機(jī)可裝載各種空艦導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、魚雷、水雷及電子干擾、偵察設(shè)備等,能完成反艦、反潛、空中格斗和電子戰(zhàn),奪取海上制空權(quán)和制海權(quán),支援登陸和抗登陸作戰(zhàn)等多種作戰(zhàn)任務(wù),因而現(xiàn)代艦載機(jī)已成為各國海軍舉足輕重的海上作戰(zhàn)力量。飛行甲板作為艦載機(jī)起降的主要平臺(tái),起到一個(gè)可移動(dòng)、簡易海上飛機(jī)場的作用,其甲板表面維護(hù)保養(yǎng)的好壞直接影響日常訓(xùn)練和戰(zhàn)斗任務(wù)的正常進(jìn)行。因此,本文擬對(duì)艦載機(jī)起降甲板涂料作一簡單的介紹。
一、艦載機(jī)起降對(duì)飛行甲板的特殊要求
艦載機(jī)按起降方式,分為常規(guī)起落飛機(jī)、垂直/短距起落飛機(jī)和直升機(jī)。一般說來,對(duì)于小型航母而言,多采用垂直/短距起降方式,如英國的“無敵”級(jí)航母等;對(duì)于中型航母而言,多采用高性能常規(guī)起降方式,如彈射起飛、攔阻著艦方式,如美軍的大多數(shù)航母。不管采用什么樣的起降方式,對(duì)于航母甲板涂層,主要有如下幾方面的要求:
圖1AV-8B垂直起降攻擊機(jī)正在航母甲板上降落
1、耐沖擊性艦載機(jī)在航母上的降落和一般的機(jī)場降落不同,飛機(jī)在著陸時(shí)不但不減速反而全速前進(jìn),防備在萬一勾不住阻攔繩時(shí),能有足夠再次起飛的動(dòng)力。據(jù)資料介紹,垂直/近距艦載機(jī)具有較小的起降速度,著艦下沉速度達(dá)到7.3米/秒,遠(yuǎn)大于陸基飛機(jī)的2.6米/秒(如圖1所示)。而對(duì)于重型艦載機(jī),起降性能較好的,如英軍“海鷂”機(jī)最大起飛重量8~10噸,載彈量約3噸,著艦速度達(dá)50米/秒左右。要保證甲板涂層經(jīng)受住艦載機(jī)瞬間高速?zèng)_擊力,對(duì)涂料涂層的抗沖擊性能提出了很高的要求。
2、抗沖耐久性艦載機(jī)起降時(shí),飛機(jī)引擎葉輪比較容易受外物的傷害,即使是一個(gè)微小的螺栓也可能摧毀整個(gè)引擎。而通常情況下,兩架飛機(jī)起降的時(shí)間間隔很短,往往只有45秒左右,如果涂層的抗沖耐久性能不好,破損涂層極易對(duì)起降飛機(jī)造成致命損壞。
3、耐高溫沖刷性對(duì)于垂直/近距起降艦載機(jī),如英國“鷂”(harrier)式垂直起落戰(zhàn)斗/攻擊機(jī)進(jìn)行垂直起降時(shí),位于機(jī)腹下(是一臺(tái)裝有4個(gè)轉(zhuǎn)向噴口、可旋轉(zhuǎn)0-98.5°的“飛馬”型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī))的4個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)噴口向下旋轉(zhuǎn)90度以上,發(fā)動(dòng)機(jī)向下噴氣,使噴氣流垂直向下,形成4根強(qiáng)勁有力的氣柱,使飛機(jī)像火箭一樣拔地而起或像“阿波羅”號(hào)宇宙飛船登月艙在月球上軟著陸一樣垂直降落。因此,還需要涂層具有一定的耐高溫抗沖刷性。
二、飛行甲板涂料的特殊性能
飛行甲板涂料主要由防滑粒料、成膜樹脂等組成。防滑粒料是為了提高漆膜防滑性能的添加劑,賦予漆膜防滑能力;成膜樹脂具有固定防滑粒料的作用,同時(shí)保護(hù)底材不受破壞,賦予涂層各方面優(yōu)良的綜合性能。作為一種特殊的涂料品種,除了具有普通涂料必需的基本性能外,還具有一些特殊性能:
良好的彈性和柔韌性飛行甲板常年暴露在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境中,晝夜溫差和季節(jié)變化造成鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮形變,若涂層的彈性和柔韌性不足,這種形變必然會(huì)導(dǎo)致涂層開裂、剝離和脫落等破壞。另一方面,艦載飛機(jī)在甲板上起降時(shí),對(duì)涂層產(chǎn)生極大的沖擊能,需要一定的彈性緩沖,而且飛行甲板涂層一般較厚,柔韌性不足會(huì)導(dǎo)致涂層開裂。
·優(yōu)良的防滑性和耐磨性飛行甲板涂層的摩擦系數(shù)一般要求0.7以上,摩擦系數(shù)越大,防滑性越好,才能有效防止因海浪顛簸造成飛機(jī)側(cè)滑和人員摔傷。同時(shí),甲板也是飛機(jī)起降和人員活動(dòng)頻繁的地方,涂層優(yōu)異的耐磨損性,可減少涂層的磨損,延長涂層的使用壽命。
·耐海洋性氣候影響高鹽、高濕、高溫差的海洋性氣候使得鋼底材的腐蝕加劇,涂層良好的附著力和密封性,能阻止水汽和鹽霧的滲透,確保鋼底材不受腐蝕。
·優(yōu)良的防護(hù)性能,較長的使用壽命涂層不僅具有耐日光曝曬,耐干濕交替變化,耐海水浸濕;還得耐油沾污,能用洗滌劑液進(jìn)行簡單方便的清洗。飛行甲板面積很大,涂裝一次費(fèi)工費(fèi)時(shí),用料量大,因此,希望使用壽命越長越好。
·耐高溫抗沖刷性垂直/短距起降艦載機(jī)靠向下的熱噴氣對(duì)甲板產(chǎn)生巨大的反沖力而起降,其尾焰溫度較高,沖刷力較大。
·踩踏舒適性飛行甲板也是船員經(jīng)?;顒?dòng)和行走的地方,涂層的踩踏舒適性是很重要的。
三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外飛行甲板涂料的生產(chǎn)應(yīng)用具有很成功的經(jīng)驗(yàn),除了航空母艦外還廣泛地應(yīng)用在艦載甲板上,已成立了專門的生產(chǎn)、研究中心,涂料品種繁多。例如,美國AST中心生產(chǎn)的EPOXO300C環(huán)氧聚酰胺甲板涂料,采用具有金剛石級(jí)硬度的氧化鋁型耐磨粒料,在水、油狀態(tài)下摩擦系數(shù)幾乎不變,耐熱噴氣能力、耐化學(xué)品能力強(qiáng),且附著力好,用于美國海軍全部航空母艦飛行甲板和90%以上大型艦船甲板,是安全保障最高的涂料品種之一,這種涂料摩擦力大、耐久性長,已有20年的應(yīng)用。
國內(nèi)廠家針對(duì)艦載直升機(jī)甲板,研發(fā)出了直升機(jī)甲板防滑涂料。最早是上海開林造漆廠,采用黃砂、水泥作為防滑耐磨材料,與400水泥按指定的比例,調(diào)至不見夾心為止,施工一般采用橡皮刮刀,刮一至三層,其厚度為1~2mm。但這種防滑涂料使用壽命較短,易磨平,在北方嚴(yán)寒的冬季里易凍裂,耐鋼板的熱脹冷縮性能較差。后來,有許多廠家加以改進(jìn),采用了環(huán)氧聚酰胺或聚氨酯型作為防滑涂料,加入耐磨的碳化硅、金剛砂等。如江蘇太倉生產(chǎn)的SH-F型防滑涂料,青島海洋化工研究院生產(chǎn)的HF-05型防滑涂料,主要針對(duì)普通甲板、甲板過道等場所,已在少量艦船上應(yīng)用。
四、飛行甲板涂料的發(fā)展方向
現(xiàn)在使用的航母甲板涂料多為溶劑型,涂料中含有大量的有機(jī)溶劑,施工時(shí)全部揮發(fā)到空氣中,造成了大量的環(huán)境污染,僅每年美國海軍用于航母的甲板涂料就約10萬加侖,向大氣和水中排出大量的有機(jī)溶劑、致癌物和結(jié)晶硅石,這不僅增大了危險(xiǎn)品的處理費(fèi)用,而且給環(huán)境造成了極大的危害。目前,隨著技術(shù)水平的提高,兼顧環(huán)保的要求,大概可從3個(gè)方向進(jìn)行改進(jìn)發(fā)展:
1、無溶劑型國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了無溶劑型100%固體含量的聚氨酯、環(huán)氧以及各種粉末防滑涂料,如美國AST中心生產(chǎn)的AS-2500聚氨酯涂料,這種涂料不會(huì)產(chǎn)生大氣污染。
2、水性化水性涂料是涂料工業(yè)發(fā)展的熱門方向,國內(nèi)外都有所研究,但國內(nèi)還沒有專門的水性防滑涂料生產(chǎn)廠家。
3、無機(jī)涂層激光誘導(dǎo)改善表面(LISI,LaserInducedSURfaceImprovement)是在防滑涂料使用方面的一個(gè)新的方法,它用激光熔化金屬粉末,一部分形成長期防腐的底層,一部分形成耐磨面層。
比如用鈦金屬,或其他重金屬與陶瓷復(fù)合在一起形成一層無毒的金屬粉末。目前的激光法還沒有大量的應(yīng)用,激光束的寬度僅為4mm,應(yīng)增加寬度(30-40mm)和掃描速度,這種方法是對(duì)防滑甲板涂層的一種創(chuàng)新。NSWCCD預(yù)期用LISI方法施工和修補(bǔ)的航母甲板防滑面漆能超過當(dāng)前有機(jī)防滑涂料體系的性能,還能減少維修費(fèi)用。