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海上阅兵一展实力 橡胶在军事领域大显神威
 [日期:2019-04-28]  [ 作者: ]  [ 来源: 聚胶 ]  [ 点击数:112 ]
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   中国人民解放军海军成立70周年多国海军活动海上阅兵于4月23日在青岛及其附近海空域举行。庆典是对人民海军成立70年,尤其是党的十八大以来部队建设、官兵风貌、和平理念全方位的展示。

   在感受中国海军近年来部队建设的巨大成就的同时,作为化工橡胶行业人,小编今天将带大家感受下橡胶在军事领域的应用。

   橡胶被称为战略物资,是因为天然橡胶是国民生产中非常重要的物资,如果发生战争,进出口贸易会中断,一个国家拥有多少橡胶,就决定了这个国家能否生产出大量的轮胎等橡胶制品,这些制品将是国家正常运转所需要的,战争来了的时候,运输各种物资到制造物资,医疗救护,总之几乎每种东西都与橡胶密不可分,控制了橡胶,几乎是控制了战争。同时,橡胶在军事国防上应用更是十分广泛,比如,一辆坦克要用八百多公斤橡胶;一般三万吨级的军舰要用六十八吨橡胶,差不多军事装备、空军设施、国防工程都有橡胶的足迹。使用橡胶制做的船舶、帐篷、仓库以及防护用具、浴水服装等品种也很多。至于围防尖端技术需要的耐高温、耐低温、耐油、耐高度真空等特殊性能的橡胶产品更是不可缺少。

   橡胶在我们的生活和工作中也无处不在。橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性,可塑性,隔水隔气,抗拉和耐磨等特点,广泛地运用于工业,农业,国防,交通,运输,机械制造,医药卫生领域和日常生活等方面,如交通运输上用的轮胎;工业上用的运输带,传动带,各种密封圈‘医用的手套,输血管;日常生活中所用的胶鞋,雨衣,暖水袋等都是以橡胶为主要原材料制造的。橡胶材料在航空工业中也是这样,应用非常广泛。不光是我们一眼就能看到的起落架机轮是橡胶做的,实际上还有我们表面看不到的、成千上万的橡胶制品应用在飞机的各个地方,可以说橡胶材料在航空装备上无处不在,而且是不可缺少、不可替代的重要配套材料。国防上使用的飞机,大炮,坦克,甚至尖端科技领域利的火箭,人造卫星,宇宙飞船,航天飞机等都需要大量的橡胶零部件。

   潜艇的隐形外衣

   见过现代潜艇的人,恐怕都会为其中一些身上加穿一件黑色的厚“外衣”而感到好奇。那么呢这件“外衣”究竟是用什么材料做成的呢?潜艇为什么要穿这么一件“外衣”呢?

   这层橡胶外衣学名叫“消声瓦”。由橡胶制成,厚约30毫米,内部有直径3.5毫米左右的空腔。它的工作原理主要是利用声波在空腔内振荡,来降低声波反射强度,达到隐形的目的。目前经初步证实,消声瓦的功用至少有3个:首先,能够吸收对方主动雷达发出的声呐波,即利用消声瓦材料的阻尼作用和瓦内空腔或填充物的作用,使对方发射出的声波波形发生变化,将声能转换为热能消耗掉,从而使折射回去的声波能量大为降低,达到急剧减少主动声呐探测的目的。据报道,俄罗斯满载排水量2.65万吨的“台风”级潜艇由于敷设了150毫米厚的消声瓦,因而使美国MK-48和MK-46型鱼雷的主动声呐探测距离减少到原来的1/3。由此可见它的战术效能非同一般。 其次,能够隔离潜艇内部噪声向艇外辐射。

   最早给潜艇穿上“隐身外衣”的是德国海军。二战中德国海军大量的建造潜艇,并疯狂使用“狼群战术”,在很长一段时间内几乎掐断了欧美海上运输线,险些扼杀了其经济命脉。为了对付潜艇,英美等国迅速、全力批量建造水面战舰进行护航和反潜,到二战末期,德国潜艇急剧增加。德国海军为了挽回败局,减少被对方发现的概率,逃脱被追歼的命运,便设计给潜艇包裹一层“隐形外衣”,就是用橡胶制成的俗称”消声瓦”的材料。

   拥有了“消声瓦”的潜艇成为航母的头号克星。二战中就有9艘航母毁于潜艇。二战后,前苏联也获取了有关潜艇消声瓦方面的重要资料,并随即展开了这方面的研究。从20世纪60年代开始,前苏联的海军经过多次潜艇试验,证实“消声瓦”功能有效,于是全力攻关包括“消声瓦”在内的潜艇所有减振降噪技术。建造于20世纪80年代中叶的前苏联海军“塞拉”级核动力攻击型潜艇是一个最好的例证,时至今日,它在俄海军4级现役核动力攻击型潜艇中,隐形性能仍不可小觑。

   为了达到“塞拉”级潜艇的最佳隐蔽目的,苏联海军在艇型设计上采用了拉长水滴形,艇体表面被设计的非常光滑流畅,表面突出物几乎完全被取消,指挥台围壳与艇体交接处采取弧形圆滑过渡,艇体表面流水孔被减少至最少。除此之外,该级艇最为有用的隐蔽措施就是在艇体表面敷设一层厚薄相间的消声瓦。这层消声瓦的厚度在80-150毫米之间,长宽比为90-85,由合成橡胶制成。其结构分为内外两层,外层为实心固体,内层则设置了各种不同尺寸与形状的孔洞。该消声瓦技能吸收对方主动声呐的控测声波,又能隔绝和降低本艇的噪声。据称,俄罗斯潜艇敷设这种消声瓦后,已使对方的探测能力下降了50-70%,本艇的自噪声下降了20分贝。

   如今,美国、英国、瑞典、中国、法国、德国、日本等国的潜艇消声瓦技术已日渐成熟,应用也日趋普遍。各国均在加紧进行消声瓦结构及厚薄研究、粘贴技术以及与潜艇总体的匹配技术等等,力求将潜艇的隐身性能做到极致。

   战斗机中的橡胶

   航空装备为什么离不开橡胶呢?我们知道,人要在高空中生存和工作,首先必须具备维持生命的基本条件,如一定的氧气密度、环境温度和可承受的振动、噪声限度等。随着飞行高度的增加,氧气密度和温度都在急剧下降,当高度超过6 000米时,空气中的氧气压力(分压值)就会低于人类呼吸的最低允许值(0.62~0.66)×104帕,此时人就会感到缺氧,思维能力和机体功能开始被破坏,进入生命的危险区域;而飞行高度超过10 000米,环境温度将降至-56.5℃,长期处于过冷状态,人会因血液系统停滞而死亡。所以,高空飞行时必须有气密座舱,并配置氧气增压、加温装置以及空调系统,因此座舱和各系统管路都离不开密封技术。

   一架远程飞机要带大量的燃料,如果起飞重量为180吨,其中燃料贮量就会有100吨以上。这么多燃料都贮存在机翼、机身的结构空间内,这需要用密封剂(液体橡胶)将机翼和机身未占用结构空间封闭起来贮存燃油,形成机翼、机身整体油箱。此外,液压、冷气、氧气、润滑系统都装配大量密封件,保证操纵系统有效地执行其功能。

   大功率的航空发动机会产生强烈的振动和噪声,从而造成受力结构的多级共振,仪器和仪表失灵,机械零部件疲劳破坏,并损害人的神经系统,使人疲劳、烦躁和器官病变。所以泄漏、振动和噪声对航空装备带来的后果是灾难性的。

   为了解决这些问题,设计人员自然而然地想到了橡胶材料。特别是在第二次世界大战期间,橡胶已成为一种非常重要的战略物质。各国的化学家纷纷采用含有不同特征的官能团(基团),如氯、氰基、乙烯基、巯基、异氰酸基、羟基、烷氧基等单体合成出丁钠、氯丁、丁腈、丁苯、聚硫等橡胶。这些橡胶在耐热、耐老化、耐油介质等方面比天然橡胶好得多,因而合成橡胶迅速被应用到了飞机的氧气、油介质系统的密封、减振降噪、电气绝缘等方面,促进了航空装备的发展。

   橡胶的使用遍布于飞机的各个系统,其中包括飞机救生防护系统的氧气面罩、输氧波纹管和控压膜片以及橡胶织物制成抗荷服、代偿服、救生艇;机电系统的液压泵、电磁阀、作动筒内密封件,管线紧箍件、蓄压器胶囊;环境控制系统的引气胶管、座舱气密胶带、压力调控活门件、敏感薄膜;机轮刹车系统的轮胎、胶管;燃油系统的输油胶管、橡胶软油箱、机翼和机身整体油箱;惯导系统仪表减振垫、直升机旋翼系统的弹性轴承和阻尼器;以及舱门、舷窗等外露系统使用的密封型材等等。据,一架飞机使用橡胶制品达8 000~13 000项(其重量约300~500千克),密封胶超过1吨,所以橡胶是航空装备不可缺少、不可替代的重要配套材料。

   橡胶军事中的大神通

   橡胶为什么有密封、减振功能呢?这要从它的分子结构说起。无论天然或合成橡胶都是高分子聚合物,其分子是由千万个结构相同的链节聚合成线性的大分子。就说天然橡胶,它是由1.5~2万个异戊二烯单体连成的大分子,细长的分子链呈卷曲状态,受应力作用时卷曲分子链被拉长,可产生原长度10倍以上的变形,去除应力后其回缩至初始状态形成橡胶独有的高弹性变形。橡胶的微观结构像一团乱棉纱,每个细长大分子带有许多官能团。这些基团在化学药剂(硫化剂)的作用下可以相互交联(硫化),使生胶线团结构转化成网状结构。分子链的化学交联点和大分子链间物理的缠结,限制了橡胶大分子整体流动,而交联点间分子链段仍处于热运动状态,在应力作用下链段运动要克服分子间内摩擦,使外加的机械能转变成热能而损耗。橡胶的低模量、大变形,分子间内摩擦使机械能转变成热能而耗散——这就是橡胶具有密封、减振降噪功能的主要原因,也是区别其它材料的最大特点。

   航空装备有许多零部件是用于贮存和传输流体的(如燃油),零件间连接处的间隙就是泄漏通路,借助橡胶的弹性使连接件紧密贴合,堵塞间隙、阻止流体渗出和逃逸,就起到了密封作用。由于零件间连接形式不同,采用的密封结构也有较大差异。两个零部件相对静止间隙的密封称固定密封,采用各种截面形状密封件很多,有圆形、矩形、蕾形、V形的密封圈和垫片等。两个有相对运动的零部件间隙的密封称活动密封,如液压系统伺服机构作动筒活塞头和杆可采用圆截面O形圈密封,油泵的旋转轴用唇形皮碗(油封)密封件。舱体、门窗、口盖结构则是采用各种截面形状的橡胶型材,借助型材凸缘、空腔的弹性压紧在被密封表面形成的接触应力起密封作用。战斗机座舱采用充气密封胶带,充气后胶带凸起压在机身的边框内,保证座舱的气密性;放气后胶带恢复至原形状,座舱与机身出现间隙很容易打开座舱。这些密封作用是在过盈配合下橡胶被压缩,其弹性恢复对密封表面形成接触应力保证流体不会泄漏。对于飞机的成形板材、加强肋和桁条通过铆接、螺栓连接和焊接组装的结构件,其形状复杂、尺寸大,很难用橡胶密封件进行密封,而用密封剂涂覆在接口的缝内和表面经室温硫化,形成粘附在接口间的弹性胶膜,就可达到密封作用。如果零部件刚度大、变形小,可在金属结构件上加工出沟槽,在沟槽内充填不硫化密封剂(俗称腻子)叫做沟槽密封。这种密封形式应用十分广泛,除飞机客舱和整体油箱、宇宙飞船壳体结构外,火车和船舶厢体、房屋建筑、污水处理沉淀池密封等,都采用膏状密封剂涂覆到接触的结构表面和间隙内,借助优异的粘接力确保结构密封。

   另外,由于航空发动机功率增大,会带来强烈的振动和噪声。最初主要采用垫橡胶板隔离振源,用羊毛毡降低噪声。为了进一步提高减振降噪效果,当前采用粘弹阻尼器、液弹阻尼器吸收振动能,而直升机旋翼系统为消除振动和噪声,常采用橡胶与金属件复合的弹性轴承和频率匹配器。隔离振源、消除共振多用各种结构形状的仪表减振垫。在薄壳结构表面贴覆约束阻尼片,借助粘弹胶层与铝箔间剪切变形以耗损薄壁振动能,即降低飞机蒙皮高频噪声,并可提高疲劳寿命。为了创造一个安静舒适的环境,还用多孔疏松纤维毡和橡胶黏合剂制成隔音板,贴附于舱体壁上,以吸收振动减小噪声的干扰。

   由此可见,橡胶材料在军事及国防中的应用非常广泛,尤以航空装备使用最为典型。随着橡胶和新材料技术的不断发展进步,橡胶材料的应用将更加大有可为。

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