[发明专利]一种三维编织复合材料海洋导管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维编织复合材料海洋导管及其制备方法，所述海洋导管的尾缘设有一体成型的仿生凸起结构，所述海洋导管由碳纤维三维编织结构和耐水性树脂材料复合而成，所述海洋导管内部安装螺旋桨叶片与螺旋桨轮毂，所述仿生凸起结构包括沿圆周均匀排列的锯齿形凸起、圆弧形凸起。本发明通过真空辅助技术或RTM工艺将三维立体编织结构预制件与耐水性树脂进行复合制造，并进行尾缘结构的特殊设计，能够有效降低海洋导管螺旋桨产生的噪声与振动，大大提高承载效率，降低结构重量，提升水下承载和耐腐蚀性能，具有更长的服役周期、更优异的耐海水腐蚀特性。

技术领域

本发明涉及海洋船舶装备技术领域，具体涉及一种三维编织复合材料海洋导管及其制备方法。

背景技术

随着资源的开发与国家发展，海洋环境越来越受到了社会各界的重视，其中海洋船舶在日常运行中需要导管螺旋桨的技术，导管作为船舶螺旋桨的附加装置，它不仅对螺旋桨前方来流进行规范的引导，同时对其内部的螺旋桨做到一定保护的作用。

现如今大部分导管多采用铜合金制成，不仅重量较大并且在船舶推进过程中常常伴随着较大的噪声，噪声的来源不仅来自于螺旋桨的噪音，圆管的噪音隔绝性能也是社会各界关注的主要问题。应用在军事上的海洋船舶，诸如潜水艇等军用海洋武器，导管螺旋桨产生的噪音常常是致命的，降噪结构的重要特性决定了在海洋船舶作战中的隐蔽特性。此外导管螺旋桨会在海洋领域产生一定的噪音，这会对海洋动物产生威胁，破坏生态环境。另外海洋船舶也常有减重的需求，常规海洋导管多采用铜合金进行制备，不仅耐腐蚀特性差，服役周期短，并且具备较大的质量，不符合当今要求的大续航、轻重量的技术要求。

由此开发一种三维编织复合材料海洋导管及其制备方法，采用三维编织预制件与耐水性树脂进行复合制造，三维编织的圆柱壳结构更加适用于螺旋桨的包裹，结构更加紧密，并且三维编织技术多用于航空、深海潜水器领域，以实现高强度、减重的特性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种三维编织复合材料海洋导管及其制备方法，通过真空辅助技术或RTM工艺将三维立体编织结构预制件与耐水性树脂进行复合制造，并具有特殊设计的尾缘结构，可大大提升承载效率，降低结构重量，减少噪声，具有更长的服役周期。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种三维编织复合材料海洋导管，该海洋导管的尾缘设有一体成型的仿生凸起结构，所述海洋导管由碳纤维三维编织结构和树脂基体复合成型，所述仿生凸起结构包括沿圆周均匀排列的锯齿形凸起、圆弧形凸起，所述海洋导管通过连接箱体与船体进行连接，且内部安装螺旋桨叶片与螺旋桨轮毂。

进一步地，所述仿生凸起结构共有偶数个，其中锯齿形凸起、圆弧形凸起各占一半，且锯齿形凸起、圆弧形凸起沿圆周均匀间隔排列。

进一步地，所述碳纤维三维编织结构为2.5D编织结构、经向增强2.5D编织结构、纬向增强2.5D编织结构、法向增强2.5D编织结构、经纬双向增强2.5D编织结构中的一种或多种。

进一步地，所述海洋导管选用的碳纤维为强度大于3000mpa、模量大于2000gpa的碳纤维，包括T300碳纤维、T700碳纤维中的一种或多种。

进一步地，所述树脂基体及碳纤维三维编织结构的体积各占海洋导管的40～60％。

进一步地，所述海洋导管的表面涂覆阻尼层，可对噪声产生一定的隔绝作用。所述阻尼层的材料可选用沥青、软橡胶或高分子材料中的任意一种。

进一步地，所述树脂基体选用耐水性树脂，可以抵抗外部海水的腐蚀。

还有一种三维编织复合材料海洋导管的制备方法，包括以下步骤：

S1利用三维编织技术进行海洋导管预制件的一体化编织，所述海洋导管预制件的尾缘设有一体编织成型的仿生凸起结构(包括锯齿形和圆弧形凸起)，针对特殊的尾缘结构，采用三维编织技术结合加减纱工艺实现一体化编织，最终形成三维编织海洋导管预制件；