航標(biāo)新技術(shù)新材料的應(yīng)用情況探究

◎ 陳家齊 陳韶寬 南海航海保障中心湛江航標(biāo)處

表1 常見的太陽(yáng)能板韌性材料

1.航標(biāo)新技術(shù)新材料的應(yīng)用情況

1.1 新技術(shù)典型應(yīng)用

在航標(biāo)新技術(shù)的應(yīng)用中，新能源技術(shù)可以稱得上是其中典型，據(jù)交通運(yùn)輸部海事局公布數(shù)據(jù)，太陽(yáng)能能源系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)沿海直屬海事系統(tǒng)管理維護(hù)的航標(biāo)中得到了基本普及，LED燈器則使用率則達(dá)到了100%，航標(biāo)的二氧化碳排放量由此大幅降低。在航標(biāo)的新能源技術(shù)應(yīng)用中，基于波浪能的航標(biāo)發(fā)電裝置應(yīng)引起業(yè)界關(guān)注，而由于國(guó)內(nèi)外波浪能發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)較為成熟，這使得波浪能發(fā)電裝置在航標(biāo)領(lǐng)域具備較高推廣潛力。圖1為航標(biāo)供電的波浪能裝置示意圖，該裝置由液壓缸、震蕩浮體、航標(biāo)燈三部分組成，液壓系統(tǒng)為主要的能量轉(zhuǎn)換裝置，而在入射波的影響下，液壓缸活塞會(huì)在航標(biāo)浮子上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能由此即可通過液壓缸轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓馬達(dá)則能夠通過液壓缸傳送來(lái)的液壓油帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，航標(biāo)燈供電需求由此即可得到滿足，基于圖1展開深入分析可建立式（1）所示的系統(tǒng)受力分析數(shù)學(xué)計(jì)算模型，其中a、m、S0、Fk、Fd、Fr、FPTO分別為加速度、浮體質(zhì)量、水截面積、佛汝德－克雷洛夫力、波浪繞射力、波浪輻射力、液壓阻尼力。在只考慮裝置做單自由度垂蕩運(yùn)動(dòng)的前提下，可將式（1）改寫為應(yīng)用牛頓第二定律建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式（2），由此即可更深入了解航標(biāo)供電的波浪能裝置。

除新能源技術(shù)外，智能化技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用也不容忽視，自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化控制均屬于智能化技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用典型。

1.2 新材料典型應(yīng)用

為滿足航標(biāo)發(fā)展需要，大量新材料被引入航標(biāo)制造，抗擊碎太陽(yáng)能板便屬于新材料的應(yīng)用典型，應(yīng)用新材料的抗擊碎太陽(yáng)能板可較好服務(wù)于位于大橋兩側(cè)、距離橋墩較近航標(biāo)的太陽(yáng)能設(shè)備保護(hù)，因車輛通行、環(huán)衛(wèi)清掃落下石子導(dǎo)致航標(biāo)太陽(yáng)能板損壞的問題也能夠由此得到較好應(yīng)對(duì)。表1為常見的太陽(yáng)能板韌性材料，由此開展深入分析不難發(fā)現(xiàn)，PET材料可作為抗擊碎太陽(yáng)能板的透明材料，因此抗擊碎太陽(yáng)能板采用了“PET+EAV+電池片+EVA+TPT+EVA+ER”的結(jié)構(gòu)，抗擊碎太陽(yáng)能板的整體厚度為3mm左右，并具備力學(xué)性能優(yōu)良、粘附力高、背板材料ER收縮性強(qiáng)、可在苛刻的熱帶條件下使用等特點(diǎn)，作為鋼化玻璃組件與柔性太陽(yáng)能電池板結(jié)合的跨界產(chǎn)品，抗擊碎太陽(yáng)能板可較好服務(wù)于航標(biāo)供電，圖2為被高空墜物擊中后的抗擊碎太陽(yáng)能板，由此即可更直觀了解PET等新材料的應(yīng)用價(jià)值。

此外，玻璃鋼、新型高分子材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼質(zhì)航標(biāo)同樣屬于新材料在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用典型，這類材料具備的色澤光鮮、易于運(yùn)輸、可視效果極佳、免維護(hù)、經(jīng)久耐用、材質(zhì)輕等特點(diǎn)也進(jìn)一步證明了新材料的應(yīng)用價(jià)值，超高分子量聚乙烯屬于航標(biāo)領(lǐng)域常見的新型高分子材。超高分子量聚乙烯的是一種粘均分子量大于200萬(wàn)的工程塑料，其相對(duì)密度僅為鋼材的八分之一，相對(duì)密度、沖擊強(qiáng)度、拉伸斷裂強(qiáng)度度、拉伸斷裂伸長(zhǎng)率、熱變形溫度、脆化溫度分別為0.939～0.945、不斷、≥40MPa、≥450%、95℃、＜-137℃，洛氏硬度則為R38，由此可直觀發(fā)現(xiàn)超高分子量聚乙烯材料相較于普通鋼材、高密度聚乙烯材料具備的顯著優(yōu)勢(shì)。圖3為應(yīng)用超高分子量聚乙烯材料的應(yīng)急沉船示位標(biāo)示意圖，該航標(biāo)的直徑、總重量、浮體厚度、總高度、吃水分別為1.50m、0.15m、634kg、4.270m、1.940m，其中壓鐵重4×50kg，而結(jié)合計(jì)算，可確定該示位標(biāo)能夠滿足穩(wěn)定平衡條件，超高分子量聚乙烯材料在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值由此便得到了較好證明。

2.航標(biāo)新技術(shù)新材料的應(yīng)用趨勢(shì)

2.1 開發(fā)與應(yīng)用

為推動(dòng)新技術(shù)新材料在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用，我國(guó)各級(jí)部門必須加強(qiáng)對(duì)航標(biāo)相關(guān)新技術(shù)新材料開發(fā)與應(yīng)用的重視程度，近年來(lái)我國(guó)交通運(yùn)輸部海事局在該領(lǐng)域做出的努力便屬于其中典型。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)分析

對(duì)于新技術(shù)新材料在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說，具備不易老化、防碰性能優(yōu)秀、物美價(jià)廉、性能優(yōu)良等特性的材料將大量應(yīng)用于我國(guó)航標(biāo)領(lǐng)域，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)也將與航標(biāo)實(shí)現(xiàn)更深入融合，大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將由此在航標(biāo)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，航標(biāo)管理工作將由此獲得有力支持。

綜上所述，航標(biāo)新技術(shù)新材料的應(yīng)用具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的基于波浪能的航標(biāo)發(fā)電裝置、航標(biāo)網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)、抗擊碎太陽(yáng)能板、超高分子量聚乙烯等內(nèi)容，則提供了可行性較高的航標(biāo)領(lǐng)域新技術(shù)新材料應(yīng)用路徑，而為了保證新技術(shù)新材料更好服務(wù)于航標(biāo)領(lǐng)域發(fā)展，各地海事局必須加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)新材料的重視程度，國(guó)家也應(yīng)通過出臺(tái)政策為新技術(shù)新材料的應(yīng)用提供支持。