复合材料在军事中的应用
复合材料
先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料，它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等，它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用。先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点，是国防工业发展中最重要的一类工程材料。
------------------------------------------------------------------
(1)树脂基复合材料
树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。在航空工业中，树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强，微波介电性能佳，尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。
玻璃纤维
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。
碳纤维
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。
芳纶纤维
芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。
超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。
热固性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。乙烯基酯树脂是20世纪60年代发展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用，主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。
(2)金属基复合材料
金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性在军事工业中得到了广泛的应用。铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体，而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类，其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证，如用于F－16战斗机作为腹鳍代替铝合金，其刚度和寿命大幅度提高。碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等；碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点，可用于制作火箭、导弹构件，红外及激光制导系统构件，精密航空电子器件等；碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。在兵器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托，反直升机 / 反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件，以此来减轻战斗部重量，提高作战能力。
(3)陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体，与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的总称，由此可见，陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面。陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。
(4)碳－碳复材料
碳－碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材料。碳－碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点。碳－碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要求紧密相关。80年代以来，碳－碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段。在军事工业中，碳－碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳－碳鼻锥帽和机翼前缘，用量最大的碳－碳产品是超音速飞机的刹车片。碳－碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材料，具体而言，它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。目前先进的碳－碳喷管材料密度为1.87~1.97克/厘米3，环向拉伸强度为75~115兆帕。近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳－碳复合材料.随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加，飞行着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的要求。碳－碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。
---------------------------------------------------------------
军事高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料，在这种条件下,中国在先进复合材料的研制和应用方面取得了很大的成绩，它在“十五”期间的发展会更加引人注目。21世纪复合材料的发展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。
再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以循环再生。是取之不尽，用之不竭的能源，不需要人力参与便会自动再生，是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
应用方面，例如水能的应用形式就是水利发电，像坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站。
人类使用再生能源的原因主要有以下几点：
1、科技的进步让此类能源更加“好用”；
2、化石能源是有限的，不仅其价格会日渐增涨，而且终会有枯竭的时候；
3、某些再生能源（如风能、水力、太阳能）不会排放温室气体（如二氧化碳），因此不会增加温室效应的风险；
4、为了增进能源供应安全，减少对进口化石能源的依赖，并满足对可持续性能源的需求。
世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。 然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。 石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180~1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭。 天然气储备估计在131800~152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在57~65年内枯竭。 煤的储量约为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。 铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。 核聚变到2050年还没有实现的希望。 化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。 事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由化石能源的重新配置与分配而引发。这种军事冲突，今后还将更猛烈、更频繁；在国内，也可能出现由于能源基地工人下岗而引发的许多新的矛盾和冲突。 总之，能源危机迟早会爆发；它的爆发将具有爆炸性！
如何保护能源?
坚持能源可持续发展
1.依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路。
2.大力发展可再生能源 用可再生能源和原料全面取代生化资源，进行一场新的工业革命，不仅是出于生存的原因；与之相连的是世界经济可获得持续的发展。在这种世界经济中，高科技术和生态可以承载的区域性经济形式将得以发展。 可再生能源主要有如下方面： 以太阳能的利用为主的可再生能源潜力极大，据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，每年太阳提供的能量是世界人口商品消费量的1.5万倍。 光伏电力的应用 如在德国每平方米每年的平均日照量为1100千瓦时。电力的总需求量约为5000千瓦时，光伏技术的年平均功率约为太阳辐射量的10%。依*光伏设备生产5000亿千瓦时的电力，需要5000平方公里的光伏转化模板面积。明智的做法是用相关设备安装在建筑物的表面，在德国，这一做法意味着只需不到10%的建筑物顶部。 光热利用 在中欧和北欧等缺少阳光的地区，已经出现了一些完全依赖阳光供暖的建筑物（应用比较理想的热与热交换系统）。 生物质燃料能源 目前全球农用面积约为1000平方公里。约有4000万平方公里的土地为森林覆盖，荒漠地区的面积约为4900万平方公里。光合作用的年产量（包括自然生长的植物和粮食生产）目前大约是2200亿吨干坏料，这大约相当于每年80亿吨生化资料所提供的能量，只需不到1200平方公里的可耕地和林地面积（不计沼气的能力）。 氢能源 利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢或由太阳能光催化水分解氢。 小水电与潮汐发电 也可提供可观的电力。 风力发电 丹麦是风力发电大国，现有6300座风力发电机，提供13%的电力需求。 总之，可再生能源的利用潜力很大，完全可满足人类社会可持续发展的能源的需求。
今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。随着全球范围内能源危机的冲击和环境保护及经济持续发展的要求，开发利用新能源(可再生)成为发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。2009年7月13日召开的国际海事组织(IMO)59次环保会(MEPC59)上，通过了关于新船能效设计指数(EEDI)，要求各国政府采取相应的行动。EEDI是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。其分母表示船舶在规定的船速下与载货量之乘积，而分子可概括为两部分，第一部分为主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，第二部分为采用新的节能技术减少燃油消耗所带来的船舶能效的提高部分 [1] 。由此可见，采用新节能技术是优化EEDI指数的一种措施。然而作为一个全球性的研究课题，航运业的节能减排技术已经引起了国际社会的高度重视。针对节能减排技术领域的研究、开发和利用，各国在给予政策扶持的同时，更投入了大量的人力、物力和财力以期能着实有效地实现节能减排这一根本性的目标 [2] 。随着科学技术的不断进步，以风能、太阳能、核能、生物质能和潮汐能等为典型代表的新能源在节能减排方面所具有的独特优势和所能产生的效益已经越来越显著， 其在船舶交通运输行业的应用和推广已呈潮涌之势。
1.1. 风能的应用
源于地球表面大量空气流动所产生的动能——风能，是一种无污染且无限可再生资源。人类对风能的利用历史可以追述到公元前，随着科学技术水平的不断进步，工业社会对于风能的利用有着丰富的经验，配套产业和基础设施也较为成熟。但是，风能利用存在着间歇性、噪音大、受地形影响和干扰雷达信号等难以彻底消除的缺点。当前，风能利用主要以风能作动力(风帆助航)和风力发电两种形式为主，在船舶上的应用形式偏重于作为航行的主动力或辅助动力，只在少数船舶上应用风力发电技术 。
1.2. 太阳能的应用
太阳能的利用主要有两个方面的技术，即光热技术和光伏技术。光热技术是利用太阳光的热辐射，其应用最为成功的领域是太阳能热水器。该项技术的进一步延伸是太阳能热发电，即利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽，再通过汽轮机、发电机来发电。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高，进行热电转换在有限的船。空间内难以实施，故而光热利用的可行性不是很高。但是应用光热技术代替常用的蒸汽盘管和电加热盘管对船舶所使用的重油进行预加热，是一个值得关注的方向。光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上所产生的电能进行调制后加以利用，亦称为光生伏打效应 。随着太阳能光伏技术的不断深入发展，其效率、可靠性和稳定性均有了很大的提升，因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。
1.3. 生物质能的应用
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等三种途径。船舶属于一个相对独立且空间区域较为有限的结构体。机舱内电、气、热设备和系统高度集成，考虑在船舶内附加安装生物质能转换装置有着不可避免的局限性，故而可行性不高 。就船舶现有设备条件出发，直接或间接使用由生物质能转换而成的替代燃料(例如生物柴油等)是主要的应用模式。
1.4. 核能的应用
核能作为一种能源，特别是一种动力能源，其优越性相当明显。核动力反应堆可以用来发电、供热和推动船舰。在作为船舶动力源方面，核动力装置首先是被应用于潜艇和航空母舰等军用舰艇，而后建造核动力舰艇的一些国家也将船用核动力堆用于推动民用水面船舶，如核动力客船、散货船和破冰船等 。
1.5. 海洋能的应用
海洋能是一种蕴藏丰富、分布广、清洁无污染，但能量密度低、地域性强的能源形式， 通常指目前，利用海洋能的主要发展方向是将海浪、海流等短周期波所具有的动能和势能转换为电能。在船舶上进行海洋能的利用受到多方面条件的制约：其一，海水能量密度不高造成机械能转换为电能的设备过于庞大；其二，船舶在运营中是一个移动平台，在其自身运动过程中同时利用海洋能，将蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能，等。对其自身造成不可避免的负面影响，如船舶流阻增大和动力性降低等问题。故而直接在航运船舶上应用海洋能不是首推的研究方向 。但是根据波浪能和水流能的特点，波浪能发电可应用于航标或者小型灯船。水流能可在趸船和航标船上得到应用。
