新型水面艦艇防護(hù)結(jié)構(gòu)模型制作工藝及裝艦可行性分析

鄭盼，李永清，朱錫，熊虎

海軍工程大學(xué)艦船工程系，湖北武漢430033

新型水面艦艇防護(hù)結(jié)構(gòu)模型制作工藝及裝艦可行性分析

鄭盼，李永清，朱錫，熊虎

海軍工程大學(xué)艦船工程系，湖北武漢430033

［目的］為確保研究的新型防護(hù)裝甲結(jié)構(gòu)在大型艦船上順利安裝，充分提高安裝效率以及發(fā)揮防護(hù)效果，開展了大型艦船新型防護(hù)裝甲的裝艦工藝研究。［方法］以“納米二氧化硅（SiO2）氣凝膠/抗彈陶瓷/高強(qiáng)聚乙烯（PE）/納米SiO2氣凝膠”典型復(fù)合裝甲為研究對象，對該復(fù)合裝甲進(jìn)行模型設(shè)計(jì)、材料和設(shè)備選型以及局部1∶1模型制作工藝的研究。探討新型復(fù)合裝甲在焊接過程中，高溫對高強(qiáng)聚乙烯的響應(yīng)以及在實(shí)船上安裝工藝的可靠性。［結(jié)果］試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接所產(chǎn)生的高溫對高強(qiáng)聚乙烯無影響。［結(jié)論］研究的新型防護(hù)裝甲安裝工藝流程具有可行性、操作性較好、精度可控、質(zhì)量可檢查、可靠性好等特點(diǎn)，是一種可行的裝艦工藝方案。

艦船防護(hù)；防護(hù)裝甲結(jié)構(gòu)；安裝工藝；高強(qiáng)聚乙烯；SiO2氣凝膠氈

0 引 言

傳統(tǒng)艦船艙壁采用厚重的鋼板來支撐上層建筑以及阻擋爆炸產(chǎn)生的破片和沖擊波載荷，隨著現(xiàn)代先進(jìn)武器及船體輕量化發(fā)展的需要，這種鋼板結(jié)構(gòu)不再滿足現(xiàn)代艦船的設(shè)計(jì)需要［1-2］。上世紀(jì)40年代后，隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，人們成功地利用疊層金屬、陶瓷、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP，又稱玻璃鋼）研制了高效、輕質(zhì)的新型防護(hù)裝甲［3-5］。相較于金屬材料，GFRP材料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能、更高的比強(qiáng)度及比模量，更重要的是它還具有較好的動能吸收性，且無“二次殺傷效應(yīng)”，因而具有優(yōu)良的防彈性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器工業(yè)、交通運(yùn)輸和工程防護(hù)等各領(lǐng)域［6-8］。

由于大型艦船結(jié)構(gòu)、型材尺寸等與現(xiàn)役艦船結(jié)構(gòu)相比，均有較大差異，原有復(fù)合裝甲的安裝工藝并不適用于大型艦船［9-13］。此外，由于包含多種材料，大型艦船新型結(jié)構(gòu)形式的連接、界面連接以及板塊連接等工藝均屬于新的內(nèi)容，以前并無相關(guān)技術(shù)儲備。

鑒于此，在考慮大型艦船自身防護(hù)結(jié)構(gòu)重量和空間限制的條件下，為了確保新型防護(hù)結(jié)構(gòu)在大型艦船上順利安裝，充分發(fā)揮防護(hù)效果，本文將開展大型艦船新型防護(hù)裝甲裝艦工藝研究。以“納米SiO2氣凝膠氈/抗彈陶瓷（碳化硅陶瓷）/高強(qiáng)聚乙烯（PE）/納米SiO2`氣凝膠氈”典型復(fù)合裝甲為研究對象，重點(diǎn)研究其在艦船典型艙壁結(jié)構(gòu)上的安裝工藝。在理論分析的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的工藝流程，并按照工藝流程制備局部1∶1模型，以驗(yàn)證研究安裝工藝的合理性，為新型復(fù)合裝甲水上防護(hù)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際裝艦應(yīng)用奠定工藝基礎(chǔ)。

1 模型設(shè)計(jì)

采用高強(qiáng)聚乙烯和陶瓷復(fù)合裝甲進(jìn)行防護(hù)在抗彈機(jī)理上屬于2個完全不同的類型。高強(qiáng)聚乙烯是一種典型的“柔性”裝甲，適用于抵御較低速的彈丸穿甲，其抗彈機(jī)理主要依靠纖維斷裂、纖維與基體界面脫膠開裂拔出、層間分層等破壞模式吸收彈體動能。陶瓷復(fù)合裝甲是一種典型的“剛性”裝甲，適用于抵御高速的彈丸穿甲，其抗彈機(jī)理是利用高硬度的陶瓷侵蝕、鈍化和碎裂彈體，降低彈體的侵徹性能，以及利用陶瓷材料碎裂后形成的陶瓷錐吸收彈體的沖擊動能、分散沖擊載荷［14］。因此，利用裝甲防護(hù)材料的不同防護(hù)性能，組成“夾芯式”、“間隙式”等復(fù)合裝甲防護(hù)結(jié)構(gòu)是防護(hù)裝甲的主要發(fā)展方向，再參照復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)防護(hù)性能和耐熱性能的結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化結(jié)果，設(shè)計(jì)了如圖1所示的模型結(jié)構(gòu)（單位：mm）。

根據(jù)艦船水上防御結(jié)構(gòu)的特征，為了使設(shè)計(jì)更加靈活和運(yùn)用范圍更廣，設(shè)計(jì)了兩種邊界嵌入結(jié)構(gòu)。如圖1所示，模型左邊是在一般情況下的設(shè)計(jì)結(jié)果，邊界隔板與艙壁夾角為90°；模型右邊是在邊界夾角特殊情況下的設(shè)計(jì)結(jié)果，夾角大小可根據(jù)艦船實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，模型整體尺寸為500mm×272mm×715mm。采用鋼板夾復(fù)合材料層，其中復(fù)合材料層包括氣凝膠氈、高強(qiáng)聚乙烯層合板、碳化硅陶瓷，在圖1（b）俯視圖中自下而上分別為5mm鋼板、20mm氣凝膠氈、10mm碳化硅陶瓷、70mm高強(qiáng)聚乙烯層合板、20mm氣凝膠氈、10mm鋼板，整體理論防護(hù)結(jié)構(gòu)厚度為135mm。填充時，邊緣采用高強(qiáng)玻璃鋼楔塊充實(shí)并壓緊。各板塊間、板塊與玻璃鋼之間以及玻璃鋼與鋼架結(jié)構(gòu)之間均采用硅膠粘接?？紤]到各層之間的硅膠有一定的厚度，實(shí)際的填充裝置玻璃鋼內(nèi)槽應(yīng)該設(shè)計(jì)得更寬一些才能保證各板塊的順利安裝。此外，在高強(qiáng)聚乙烯板邊緣布置了熱電偶，主要是為了測量在焊接過程中產(chǎn)生的高溫傳遞到高強(qiáng)聚乙烯表面的剩余溫度。

2 材料及設(shè)備要求

制作上述模型所需的材料包括鋼板、氣凝膠氈、碳化硅陶瓷、高強(qiáng)聚乙烯層合板、玻璃鋼、硅膠、玻璃鋼蒙皮等，需要的檢測、加工及安裝設(shè)備包括溫度傳感線、溫度指示計(jì)、C型夾具、水切割機(jī)、打磨設(shè)備及磨片、調(diào)膠配膠用工具、焊接設(shè)備、焊條等。制作材料尺寸及所需設(shè)備具體要求如下：

1）制作材料要求。

（1）Q235鋼板：平面尺寸為5mm×500mm×522mm，8mm×500mm×250mm，10mm×500mm×608mm，12mm×500mm×120mm；

（2）高強(qiáng)聚乙烯層合板：平面尺寸為10mm×500mm×500mm，20mm×500mm×500mm；

（3）氣凝膠氈：平面尺寸為10mm×500mm×480mm；

（4）碳化硅陶瓷：平面尺寸為10mm×100mm×100mm；

（5）2536硅膠：A，B組份；

（6）玻璃鋼蒙皮：食品級854樹脂/SW220玻纖，厚度約0.8mm，面積為580mm×580mm。

2）設(shè)備要求。

（1）溫度傳感線：共6根，長約1.5 m；

（2）溫度指示計(jì)：共6個，量程0～1 000℃；

（3）C型夾具：共6個，量程0～150mm；

（4）水切割機(jī)：1臺；

（5）打磨設(shè)備及磨片：1套；

（6）調(diào)膠、配膠用工具：1套；

（7）焊接設(shè)備、焊條等。

3 水上防護(hù)結(jié)構(gòu)模型制備工藝

3.1 典型鋼結(jié)構(gòu)模型制備工藝

參照實(shí)際艦船水上防護(hù)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的水上防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)模型如圖2所示（單位：mm）。按照圖紙要求，水切割鋼板，并焊接成相應(yīng)金屬框架。鋼框架尺寸應(yīng)滿足圖紙要求，內(nèi)部安裝復(fù)合板界面，要求表面平整，無毛刺，焊縫處無明顯凸起。

在實(shí)際焊接過程中，首先在尺寸為10mm×500mm×608mm的Q235鋼板上面作焊接記號，在鋼板中間畫一條平行于2個短邊的中線，再在距離中線265mm處畫出2條平行于中線的平行線，即焊接線。將尺寸為8mm×500mm×250mm的T型材腹板垂直放置在焊接線上，并用直角板實(shí)時測量與穩(wěn)定，確保2塊鋼板之間的夾角為90°，再點(diǎn)焊固定2塊鋼板。為確保整個焊接過程中2塊鋼板不因焊接高溫而變形偏離直角，將2根支架焊接在2塊鋼板的另一端，然后再滿焊，如圖3所示。

3.2 典型局部模型制備工藝

典型局部模型制備工藝要求如下：

1）高強(qiáng)聚乙烯層合板：總厚度70mm，為控制板材質(zhì)量穩(wěn)定，單次成型板厚一般不超過20mm，設(shè)計(jì)為20+20+20+10mm，逐步粘接使厚度累加至70mm。由于高強(qiáng)聚乙烯纖維強(qiáng)度高，韌性好，用普通刀具加工易出現(xiàn)纖維毛刺及纏繞刀具的情況，故采用水刀切割，水刀加工效果良好，用水刀將板狀高強(qiáng)聚乙烯切割至模型尺寸500mm×500mm待用。

2）氣凝膠氈：因氣凝膠氈質(zhì)軟且薄，可直接用鋒利的刀片切割，切割之前先在氣凝膠氈上用記號筆按設(shè)計(jì)尺寸畫線，再用直尺貼靠在所畫的線上切割成安裝所需的模型尺寸500mm×480mm待用。

3）碳化硅陶瓷：陶瓷質(zhì)硬且脆而不易加工，所以生產(chǎn)的是特定尺寸的陶瓷塊，統(tǒng)一尺寸為10mm×100mm×100mm。制備時將小塊陶瓷用預(yù)制好的玻璃鋼薄片和硅膠粘接成為一整塊方形板。圖4所示為陶瓷粘接過程。首先，用直角架將玻璃鋼和陶瓷固定好角度防止移位，然后，在玻璃鋼表面刮涂配好的硅膠（要求均勻且薄）。同時，在陶瓷上與玻璃鋼貼合的面也刮涂硅膠，并與玻璃鋼貼合在一起壓緊。最后，再在陶瓷表面覆蓋一層玻璃鋼薄片，并壓緊，使之成為一塊尺寸為500mm×500mm的陶瓷板。

4）玻璃鋼楔塊：按圖紙要求，制作好相應(yīng)模具，并手糊成型，制備高強(qiáng)玻璃鋼楔塊。固化徹底后，打磨修整直到符合尺寸要求。玻璃鋼楔塊由L型楔塊與方形楔塊拼裝而成?？紤]到模型的鋼結(jié)構(gòu)夾角處有焊占位，為確保在安裝過程中玻璃鋼楔塊能與鋼結(jié)構(gòu)緊密貼合，需將L型玻璃鋼鍥塊倒圓角，如圖5所示。

圖4 陶瓷粘接Fig.4 Jointing of ceramic

圖5 玻璃鋼楔塊倒角Fig 5 Cutting angle of GFRP bar

此外，玻璃鋼鍥塊內(nèi)表面需要走熱電偶線路，因此需要用銑床銑出比熱電偶線稍寬的凹槽，如圖6所示。然后，再布置熱電偶并用502膠水固定電偶線，熱電偶探頭懸置于凹槽內(nèi)不用處理。

圖6 玻璃鋼鍥塊銑凹槽Fig.6 Milling groove of GFRP bar

5）雙組份硅樹脂準(zhǔn)備：提前備好雙組份硅樹脂，該樹脂為A，B組份，揮發(fā)物少，固化時間約20～30 min，直接作為粘接劑時，可適當(dāng)加入2～3份白炭黑，以防止流掛。

4 模型拼裝粘接成型工藝

4.1 預(yù)拼裝分析

復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)安裝前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，避免安裝后因出現(xiàn)問題而返工。各板塊按以下順序預(yù)拼裝組合：①L型玻璃鋼楔塊→②氣凝膠氈（10+10mm）→③高強(qiáng)聚乙烯層合板（20+20+20+10mm）→④碳化硅陶瓷（10mm）→⑤矩形玻璃鋼楔塊→⑥氣凝膠氈（10+10mm）→⑦鋼板（5mm），如圖7所示。

圖7 預(yù)拼裝示意圖Fig.7 Schematic of pre-assembly

拼裝時，以能較容易拼裝，且各邊框拼裝縫隙小于2mm為準(zhǔn)。實(shí)際拼裝時，各板材實(shí)際累積厚度要比理論計(jì)算值多出8～10mm，主要是由于氣凝膠氈膨脹、各板層間存在少量間隙。針對實(shí)際模型艙壁堆積過厚的問題，采用C型夾具逐層夾緊，特別是氣凝膠層夾實(shí)后，基本達(dá)到設(shè)計(jì)厚度值。預(yù)拼裝完成后，按圖紙對其檢測，并用溫度儀器對溫度傳感線進(jìn)行檢測，將所有的溫度傳感線連接到溫度儀器上，觀察測點(diǎn)溫度是否一致且為室溫，檢測與測試正常后，將其逐塊拆卸。

4.2 模型安裝

按比例調(diào)好硅膠樹脂，對其進(jìn)行拼裝粘接，粘接順序與預(yù)拼裝順序相同。由于各板材在加工過程中會產(chǎn)生大量粉塵，且吸附在板材表面會影響粘接效果，故在粘接前先采用丙酮將板材表面擦拭干凈，晾干。

1）L型玻璃鋼楔塊。

對鋼板粘接處和兩端L型玻璃鋼楔塊粘接面均勻涂敷膠液，將L型玻璃鋼楔塊貼緊壓實(shí)。涂敷樹脂時，應(yīng)用毛刷滿涂，不能漏刷。粘接后，將L型玻璃鋼楔塊兩端抵緊，如圖8所示。

圖8 玻璃鋼鍥塊的粘接Fig.8 Jointing of GFRP bar

2）氣凝膠氈。

鎖緊兩端L型玻璃鋼楔塊后，開始粘接氣凝膠氈，為節(jié)約時間和材料成本，將所有板塊之間的粘接改為點(diǎn)粘接，將氣凝膠氈表面均勻點(diǎn)涂硅膠（5個約60mm×60mm的點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際面積調(diào)整涂膠點(diǎn)和大?。⒃阡摻Y(jié)構(gòu)粘接面相應(yīng)的地方也均勻涂敷一層薄薄的硅膠，再將氣凝膠氈緊貼、按實(shí)，連續(xù)粘接2層10mm的氣凝膠氈，如圖9所示。

圖9 氣凝膠氈的粘接Fig.9 Jointing of silicate aerogel felt

復(fù)合板粘接完成后，應(yīng)對其表面溢出膠液進(jìn)行清除，擦拭干凈。必要時，可對非粘接面等通過貼膠帶、薄膜（與膠液不相粘）、涂脫模劑等方式進(jìn)行保護(hù)，防止粘上膠液后難以清除。在保證夾緊工裝上緊條件下自然固化，其中，初始固化20～25 min，完全固化需2 h以上。

3）高強(qiáng)聚乙烯層合板粘接。

依次對高強(qiáng)聚乙烯層合板表層點(diǎn)涂（5個約60mm×60mm的點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際面積調(diào)整涂膠點(diǎn)和大小），逐層粘接70mm厚高強(qiáng)聚乙烯層合板（20+20+20+10mm厚），如圖10所示。

圖10 高強(qiáng)聚乙烯層合板粘接Fig.10 Jointing of high strength polyethylene composite laminates

4）陶瓷板粘接。

采用同樣方法，在高強(qiáng)聚乙烯層合板和陶瓷板一面涂刷數(shù)個硅膠點(diǎn)，再貼緊壓實(shí)，為了減小各層間距以及能夠壓實(shí)，采用C型夾具夾緊復(fù)合裝甲模型，如11所示。

圖11 陶瓷粘接并壓緊Fig.11 Jointing of ceramic and compaction

5）玻璃鋼條與氣凝膠氈粘接。

將條狀玻璃鋼按設(shè)計(jì)圖粘接，條狀玻璃鋼應(yīng)與L型玻璃鋼鍥塊直接接觸粘接，保證高強(qiáng)聚乙烯層合板和陶瓷板嵌于玻璃鋼鍥塊的凹槽內(nèi)，再按照上述氣凝膠氈安裝要求粘接氣凝膠氈，如圖12所示。

圖12 玻璃鋼條與氣凝膠氈粘接Fig.12 Jointing GFRP strip and silicate aerogel felt

6）鋼板焊接。

由于氣凝膠氈內(nèi)具有大量的孔隙，會發(fā)生膨脹而使得板塊較厚，為了讓鋼板焊接緊湊，焊接的同時用C型夾具將鋼板夾緊，再進(jìn)行鋼板焊接。焊接時，為避免局部持續(xù)高溫使內(nèi)部的高強(qiáng)聚氧乙烯受損，應(yīng)先局部分開點(diǎn)焊。如圖13所示，在外封鋼板與垂直鋼板的夾角處每隔200mm點(diǎn)焊將鋼板固定，再每隔100mm點(diǎn)焊予以加強(qiáng)。最后，將兩邊的縫隙來回輪流隔段焊接，直到焊縫夾角處全部焊全，最后焊接T型材面板。

為檢測在焊接過程中的高溫對高強(qiáng)聚乙烯表面的影響，在整個焊接過程中實(shí)時記錄測溫器的數(shù)值變化，測得的最高溫度為48℃，所以焊接產(chǎn)生的高溫對高強(qiáng)聚乙烯并無影響。

圖13 鋼板焊接Fig.13 Jointing of steel plate

5 水上防護(hù)結(jié)構(gòu)裝艦工藝可行性分析

根據(jù)艦艇實(shí)際艙壁結(jié)構(gòu)，制備了復(fù)合裝甲局部1∶1模型，進(jìn)行了復(fù)合裝甲組成材料及加工工藝的探討。經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)：所研究的復(fù)合裝甲安裝工藝是可行的，可用于指導(dǎo)復(fù)合裝甲的實(shí)艦安裝。其主要工藝流程包括以下步驟：

1）測量艙壁幾何尺寸，根據(jù)艙壁尺寸確定是否增加分隔板，添加分隔板后，測量相應(yīng)尺寸；

2）根據(jù)分段尺寸，制作玻璃鋼楔塊，用硅膠將玻璃鋼楔塊粘接在分隔板上；

3）逐層粘接氣凝膠氈，每層不足之處用刀片切割，并注意層與層之間的縫隙錯開鋪設(shè)，并貼緊壓實(shí)；

4）在粘接氣凝膠氈后，清洗高強(qiáng)聚乙烯層合板表面，晾干后再用硅膠點(diǎn)粘高強(qiáng)聚乙烯層合板，錯開拼接，每層不足之處用水刀切割并粘接；

5）粘接完高強(qiáng)聚乙烯層合板之后，將另一部分玻璃鋼粘接在鋼結(jié)構(gòu)上；

6）在高強(qiáng)聚乙烯層合板上粘接氣凝膠氈；

7）在氣凝膠氈外層放置表面蓋板，同時用C型夾具固定好整個復(fù)合裝甲，并在外封鋼板周圍點(diǎn)焊定位，尺寸檢驗(yàn)合格后全部焊接，避免局部溫度過高對復(fù)合裝甲的破壞。

結(jié)合上述裝艦工藝流程，其相應(yīng)的質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)如下：

1）艙壁現(xiàn)場測量及現(xiàn)場安裝環(huán)境標(biāo)示。

這是后續(xù)裝艦工藝的基礎(chǔ)，現(xiàn)場測量要求船廠、設(shè)計(jì)所2人以上參加，同一部位測量次數(shù)不少于3次，以確保測量尺寸的準(zhǔn)確性。另外，必須對現(xiàn)場其他影響安裝質(zhì)量的因素進(jìn)行標(biāo)示記錄，主要包括：艙壁電纜、穿孔、管路等布設(shè)情況以及艙壁型材焊角尺寸、安裝艙室入口位置、大小及形狀、安裝艙室電源及通風(fēng)情況等。

2）復(fù)合裝甲制備及質(zhì)量檢驗(yàn)。

主要對高強(qiáng)聚乙烯層合板、氣凝膠隔熱層成型質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，包括：外觀質(zhì)量檢驗(yàn)、面密度校核、抽樣實(shí)彈打靶試驗(yàn)等。

3）復(fù)合裝甲切割加工精度檢驗(yàn)。

參照艙壁安裝空間尺度和艙室入口大小，優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)合裝甲板塊后，進(jìn)行非接觸式切割加工，并對加工精度進(jìn)行測量和控制。

4）玻璃鋼楔塊的安裝定位。

按照復(fù)合裝甲多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸要求，對預(yù)制的玻璃鋼楔塊進(jìn)行定位安裝，并測量安裝位置，檢查是否與設(shè)計(jì)尺寸相符。

5）氣凝膠氈與高強(qiáng)聚乙烯層合板的層間粘接。

由于這兩種材料的性能差異較大，故粘接前要進(jìn)行粘接強(qiáng)度試驗(yàn)，現(xiàn)場粘接過程中須嚴(yán)格控制施工環(huán)境以滿足粘接要求。

6）外封鋼板的定位裝配。

復(fù)合裝甲各層材料安裝完畢后，要對外封鋼板進(jìn)行定位焊接，在此過程中需重點(diǎn)控制裝配間隙，避免間隙過大引起焊接過程過熱，從而影響內(nèi)部復(fù)合裝甲材料的性能。

7）安裝完后整體外觀質(zhì)量檢查。

檢查內(nèi)容主要包括焊縫外觀質(zhì)量、型材恢復(fù)情況、與相鄰艙壁或甲板的連接。

綜上所述，參照上述工藝并嚴(yán)格按照質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝，從理論和模型安裝驗(yàn)證情況來看，復(fù)合裝甲的裝艦工藝是科學(xué)可靠的。

6 結(jié) 論

根據(jù)以上復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)工藝流程設(shè)計(jì)研究，得出以下結(jié)論：

1）對參照了艦船實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)并制作的2種模型進(jìn)行局部1∶1模型的安裝工藝試驗(yàn)。復(fù)合材料裝甲2種結(jié)構(gòu)形式的工藝均滿足設(shè)計(jì)要求，工藝上可以實(shí)現(xiàn)。

2）在2種模型安裝過程中，進(jìn)行了焊接溫度測試。焊接過程中高強(qiáng)聚乙烯表面最高溫度遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)，對高強(qiáng)聚乙烯復(fù)合裝甲沒有破壞作用。

3）通過復(fù)合裝甲制備及加工工藝的理論研究，同時結(jié)合典型艙壁局部1∶1模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。所研究的工藝操作性較好，精度可控，質(zhì)量可檢查，工藝可測性好，是一種可行的裝艦工藝。

4）綜合考慮分析芯層材料防護(hù)性能和材料價格，高強(qiáng)聚乙烯層合板為最優(yōu)選擇。復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu)的耐火性滿足A60要求，毒性測試合格。國內(nèi)廠商生產(chǎn)的復(fù)合裝甲材料就防御性能而言已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，可完全實(shí)現(xiàn)自給。

參考文獻(xiàn)：

［1］徐秉漢，林吉如，查煜峰，等.建造工藝對艦船結(jié)構(gòu)承載能力與疲勞壽命的影響［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，1995，27（1）：16-21，56.

［2］楊屹，程虹.艦船建造質(zhì)量評估體系探討［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2015，37（2）：8-13.YANG Y，CHENG H.The discuss on the evaluation system on the ship's build quality［J］.Ship Science and Technology，2015，37（2）：8-13（in Chinese）.

［3］張典堂，陳利，孫穎，等.UHMWPE/LLDPE復(fù)合材料層板低速沖擊及沖擊后壓縮性能實(shí)驗(yàn)研究［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2013，30（增刊1）：107-111.ZHANG D T，CHEN L，SUN Y，et al.Low velocity impact and residual compressive strength after impact properties of UHMWPE/LLDPE composite laminates［J］.Acta Materiae Compositae Sinica， 2013， 30（Supp 1）：107-111（in Chinese）.

［4］蔡軍鋒，傅孝忠，易建政.超高分子量聚乙烯－聚氨酯泡沫復(fù)合材料的抗爆實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2013，29（11）：79-83.CAI J F，F(xiàn)U X Z，YI J Z.Anti-explosion experiment and numerical simulation of UHMWPE-PUF composite［J］.PolymerMaterialsScienceand Engineering，2013，29（11）：79-83（in Chinese）.

［5］孫曉明，姚宏偉，束蒙生，等.高性能聚乙烯纖維手套防護(hù)性能研究［J］.安全、健康和環(huán)境，2014，14（11）：23-25.SUN X M，YAO H W，SHU M S，et al.Study on pro?tective property of HPPE fiber gloves［J］.Safety Health&Environment，2014，14（11）：23-25（in Chinese）.

［6］陳長海，徐文獻(xiàn)，朱錫，等.超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)層合厚板抗高速鈍頭彈侵徹的理論模型［J］.中國艦船研究，2015，10（3）：63-69，83.CHEN C H，XU W X，ZHU X，et al.Theoretical mod?el for thick ultra-high molecular weight polyethylene fi?ber reinforced laminates penetrated by high-velocity blunt-nosed projectiles［J］.Chinese Journal of Ship Research，2015，10（3）：63-69，83（in Chinese）.

［7］周紅兵，梅志遠(yuǎn).多層復(fù)合艦用裝甲結(jié)構(gòu)抗高速破片特性比較研究［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2011，26（4）：1-6.ZHOU H B，MEI Z Y.Energy absorption mechanism of MCFS structure impacted by high velocity FSP［J］.Development and Application of Materials，2011，26（4）：1-6（in Chinese）.

［8］黃若波.玻璃鋼材料在國外艦船中的應(yīng)用［J］.造船技術(shù)，2009（6）：8-10，14.HUANG R B.The application of GRP material in for?eign vessel［J］.Marine Technology，2009（6）：8-10，14（in Chinese）.

［9］田娜，王大鈞.艦船建造過程確定工藝流程時的可靠性影響因素［J］.船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008（5）：33-35.

［10］邵優(yōu)華，許軍.模塊化技術(shù)在艦船設(shè)計(jì)建造中的應(yīng)用和研究［J］.船舶，2007（2）：25-30.SHAO Y H，XU J.Modular technique in warship de?sign and construction［J］.Ship&Boat，2007（2）：25-30（in Chinese）.

［11］黃健，周洪元，奚健，等.船體總段吊帶吊裝新工藝研究與應(yīng)用［J］.船舶與海洋工程，2015，31（3）：68-75.HUANG J，ZHOU H Y，XI J，et al.Study and appli?cation of hull block sling lifting new technology［J］.Naval Architecture and Ocean Engineering，2015，31（3）：68-75（in Chinese）.

［12］田娜，王大鈞.艦船建造過程工藝系統(tǒng)可靠性初探［J］.船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2006（4）：21-24.

［13］陳桂明，丁偉康.國外艦艇建造工藝技術(shù)概況［J］.造船技術(shù)，2014（6）：4-7.CHEN G M，DING W K.The survey of building tech?nologies for foreign naval ships［J］.Marine Technolo?gy，2014（6）：4-7（in Chinese）.

［14］侯海量，張成亮，李茂，等.沖擊波和高速破片聯(lián)合作用下夾芯復(fù)合艙壁結(jié)構(gòu)的毀傷特性［J］.爆炸與沖擊，2015，35（1）：116-123.HOU H L，ZHANG C L，LI M，et al.Damage charac?teristics of sandwich bulkhead under the impact of shock and high-velocity fragments［J］.Explosion and Shock Waves，2015，35（1）：116-123（in Chinese）.

Mock-up development of new warship protective armor structure and feasibility analysis of ship installation

ZHENG Pan，LI Yongqing，ZHU Xi，XIONG Hu
Department of Naval Architecture Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

To ensure the installation of the new design of protective armor structure on larger warships，a study into the installation process of the structure of this armor is carried out to improve installation efficiency and ensure the protective effect.This paper proposes a typical composite armor structure design which is composed of'silicate aerogel/ballistic ceramic/high-strength polyethylene/silicate aerogel'.The study analyzes the modeling design，down-selection of materials and equipment，and real ship mock-up technical development.The reliability and application of high strength polyethylene in response to high temperatures in the real ship installation process is discussed.The results show that high-temperatures during welding have no negative impact on the high strength polyethylene of the armored structure.The design demonstrates that this installation process is feasible and can be provided as an alternative solution by virtues of its good maneuverability，controllable precision，checkable quality and high reliability.

warship protection；protective armored structure；installation process；high strength polyeth?ylene；silicate aerogel felt

U671.86

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.008

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170512.1254.026.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

鄭盼，李永清，朱錫，等.新型水面艦艇防護(hù)結(jié)構(gòu)模型制作工藝及裝艦可行性分析［J］.中國艦船研究，2017，12（3）：51-57.

ZHENG P，LI Y Q，ZHU X，et al.Mock-up development of new warship protective armor structure and feasibility analysis of ship installation［J］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（3）：51-57.

2016-09-26< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間

時間：2017-5-12 12:54

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51179200）

鄭盼，男，1990年生，碩士生。研究方向：船用材料與應(yīng)用工程。E-mail：252765457@qq.com

李永清，男，1976年生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：艦船新型材料與應(yīng)用

朱錫（通信作者），男，1961年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：艦船結(jié)構(gòu)與材料工程