航母或軍艦都是鋼鐵造的,會出現熱脹冷縮現象嗎?

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圖為中國052D型驅逐艦,整體工藝還是非常過硬的


我們都知道,大多數的物體都有熱脹冷縮現象,其中最直觀的就是鋼鐵。我們常見的高架橋等橋樑內部主體都是鋼構的,因此在橋墩鏈接處都會留有一道縫隙,用來應對熱脹冷縮。或許有的軍迷就會好奇了,像航母,戰艦這類的武器船身會出現熱脹冷縮麼?當然會。


圖為坑坑窪窪的英國45型驅逐艦


現代戰艦,主體結構基本上都是合金鋼的。在建造的時候就必須要考慮熱脹冷縮問題。如果考慮不周全,輕則破壞美觀,重則嚴重影響使用壽命。也不是所有地方都要考慮熱障冷縮的問題,不管是什麼船,最重要的是船體部分。像航母或者是大型驅逐艦這樣的船隻艦體都是用高強度合金鋼,本身就具有一定的抗膨脹性能。儘可能的使用同一批原料,使得形變保持一致性就好了。


圖為中國遼寧號航母


至於上層建築就沒有這麼講究了,一般都是用普通合金鋼製造,像歐洲這樣的比較節省材料的,出海幾個月上層建築就變成坑坑窪窪的了,不像美國和中國比較講究一點。除了一般的戰艦以外,航母甲板也是非常重視熱脹冷縮的。不過好在航母甲板本身就需要承受艦載機巨大的衝擊力,所以較厚,而且材料自然也是特種合金鋼。熱脹冷縮對其的影響還是比較小的。

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軍情解析


現代軍艦都是鋼鐵造的,那麼熱脹冷縮作為經典的物理學特性,自然也不會放過軍艦,那麼這究竟對軍艦有什麼影響?

細心的人可以發現一個有趣的現象,那就是即使是嶄新的軍艦,其外表在某些角度來看也是坑坑窪窪的,極為難看,很多人就此認為這是軍艦質量不行,造船技術沒有達到西方國家水平。可是隻有仔細去找,全世界軍艦都有這個問題,莫非全世界的船都是質量不行?

顯然不是,軍艦外表起皺褶要從現代軍艦採用的材料以及組裝手段講起。現代軍艦由於沒有太多裝甲考慮,基本都採用合金的薄鋼板採用焊接手段組裝而成。而老式船隻則多為厚鋼板以及鉚接手段,而現代軍艦在焊接時高溫受熱以及冷卻後的遇冷,使得軍艦外觀上看上去就坑坑窪窪,不平整。所以老船沒皺褶反而新船有“橘子皮”現象。

之所以採用新技術新材料,跟現代軍艦對重量的敏感有關,既想要控制重量又想要達到高強度,就必須付出一點代價。而橘皮現象既跟材料工藝,也跟物理上的熱脹冷縮有關。想要完全消除這種現象目前還不現實。

不過除了對外觀美觀性有所影響外,其不會對軍艦日常使用帶來不便,而且如今各船廠都在想辦法儘可能減少這種現象的產生,如果有人藉此機會抨擊國產軍艦那隻能顯得其沒有基本常識了。


諸葛小徹


這張照片就是建造中的美國“福特級”
航母正在吊裝一個模塊。

鋼鐵確實有“熱脹冷縮”這樣的特性,這種特性在船舶、海洋工程建造當中是一個要克服的問題,造船的鋼板或者其他型材(球扁鋼)在一定的溫度下的焊接至關重要,比如在零上30度高溫條件可能出現0.0幾㎜的熱膨脹、在零下10度低溫下會出現0.0幾㎜的冷收縮。不論熱膨脹或者冷收縮條件下焊接都會出現細小的誤差,但是一艘船舶在建造過程中,根據船舶的大小會焊接十幾萬甚至幾十萬條焊縫,如果每條焊縫都超過了“誤差值”,那麼累積起來就是一個很大的誤差!帶有這樣“大誤差”的船舶出塢以後,進行繫泊“應力釋放”的時候,整條船會出現嚴重的變形!這種變形直接影響到了後續舾裝,最嚴重的整條船體要回塢,重新切開模塊進行重新焊接!這不但給船廠造成了經濟損失,軍方的計劃也會受到影響。

那麼,怎樣改善由於“熱脹冷縮”帶來的不利影響呢?這就需要在“室內廠房”進行模塊焊接工作,由於室內溫度可以調節、基本不受氣候的影響、焊接設備可以控制…等有利的工作條件使得焊接得以精確控制。

圖片上就是“伊麗莎白女王級”航母的模塊在室內廠房進行建造。室內建造“模塊”的大概流程是:鋼板進入船廠以後先要適應溫度,也就是說到達室內廠房內的溫度,然後進行“條形碼編號”→激光切割機根據“條碼信息”進行自動切割,銑邊機對切割線進行“銑削”→計算機根據鋼板的溫度,調控焊接機的電流大小輸出進行焊接……一直到一個模塊搭建完畢。


精密三維測量儀,採用激光測距等手段控制焊接精度。

整個焊接過程中需要“三維精確測量”來控制焊接的精度,同時室內廠房的溫度要控制在18–25度……只有這樣才能保證鋼板的“熱漲冷縮”係數最小。船舶設計的時候已經考慮到了“熱漲冷縮”這個問題,都會允許一定的焊接誤差,只有這樣才能消除應力的影響,高溫或者高寒區鋼板膨脹或者冷縮才不能使船舶由於此影響造成船身變形。

船舶生產是一個複雜的工程,特別軍用艦船要求的生產標準、製造工藝非常高!這需要長期的工業積累與技術工人的長期技術培訓,世界上擁有整個船舶生產鏈的國家沒有幾個,屬於科技密集型、資金密集型、高技術人員密集型產業!只有工業非常強的國家才能擁有!


皇家橡樹1972


這個世界上大多數東西都會熱脹冷縮,航母是鋼鐵製造的巨大金屬物體,當然也會發生這種正常的物理現象。

其實不光是航母,大部分大型的艦船都會考慮這方面的問題。因為熱脹冷縮的確會對船隻造成影響,輕微的,破壞船身塗層;嚴重的,讓船身直接報廢。



船隻越大型,這種熱脹冷縮的現象就越發突出,不過船隻往往考慮的是晝夜溫差變化造成的影響,它又不是飛機,能幾個小時內從撒哈拉飛到雪山頂。

但即使是這樣,一些巨型船舶依然會因為晝夜溫差而產生變化,比如當世最巨型的那類——油輪。最大隻的有82萬噸滿載,相比十二萬噸的超級航母真是小巫大巫了,它們的晝夜熱脹冷縮有的能達到一米長度之差。



航母作為軍艦裡最大的,其實遠沒有巨輪那樣誇張的熱脹冷縮。大部分常規航母只是“巴拿馬型”船舶的級別,美帝的超級航母則只是“阿芙拉型”的級別,離最大的“超巨型”還差了三個等級呢。全世界那麼多船隻都不怕,航母怕個啥?

呵呵,說笑了,航母當然怕了,所有的大型船舶都頭疼熱脹冷縮問題,航母尤其嚴重。

別的不說,就說飛行甲板問題。因為要直面烈日的暴曬,又要承受飛機的起降衝擊以及海上鹽蝕,航母的甲板受熱脹冷縮影響很重,也最怕受影響。反覆的熱脹冷縮,會很快讓航母甲板的塗層受損,讓軟質的緩衝層被拉伸開裂,甚至讓硬質的基面產生輕微的凹凸不平。對飛機來說,這可都是顛屁股玩跳一跳的隱患。長時間如此下去,航母的飛行甲板就得進行維護。



船身也是一樣,前面說了所有的大型船舶都得直面這個問題,航母也不例外,為了避免船身反覆產生各種不同的形變,解決方法只有一個——讓形變統一起來。

具體的方法就是——儘量整個船身使用同一塊鋼,最好是同一個爐子同一鍋料同一時刻練出來的那批貨那。其實這是沒辦法的辦法,是材料學受限於物理效應的一次妥協。

所以現在大家明白我們的航母從瓦良格變成遼寧號是一個多麼艱難的過程了吧?能拆的地方太少,要修的地方太多,要修這東西,還得去毛子那裡搞回專用鋼材,只是為了達到船體性能的最優化,而不是我們煉不出那爐鋼。



所以相傳遼寧號從02年停到了09年,就是在等待國家談判,待撫順特鋼轉化了烏克蘭原技術後,航母才得以快速施工,完成接下來的部分。

但即使是這樣,遼寧號依然會因為鋼材的問題,使得船身性能不見得那麼好,所以這也是它長期掛訓練艦的一個原因。



最後就是船舶的建造上,我為此特別諮詢了造船廠的熟人,得出的總結,除了上面說的材料性質一致性以外,就是:

1.多采用韌性好,扛拉力的連接材料和活連接方式,用空隙面對空隙,使得熱脹冷縮無可奈何。

2.採取犧牲耗材的設計方法,對一些無所謂的,又容易受到影響的構件,進行專門設計。壞了也無所謂,反正也對付不了長時間的熱脹冷縮,就不做的那麼整體了,壞了就拆下來換唄。


王司徒老百科


不止是艦船,開的汽車,住的房子,家裡的門窗傢俱等等,都會有熱脹冷縮現象。主要方法一個是通過改進和提高材料性能減少脹縮變化,另一個是設計和建造時預留出熱脹冷縮的變化餘量,把變形減到最小。還有就是對長期受熱部位採取降溫措施,長期受冷部位採取保溫措施。


慣性導航88761176


會的。

航母或軍艦都是鋼鐵造的,鋼鐵都會出現熱脹冷縮現象。但是航母或軍艦整天在海水裡泡著,溫度基本和海水保持一致,而海水的溫度幾乎是不變的。即使是從熱帶到寒帶,水溫也在20度左右變化。這點溫度變化對船體的影響微乎其微。


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