新型钛合金水下航行器应用研究进展

很长一段时间，我国海军服役舰艇的耐压壳体声纳导流罩以及管路系统所采用的材料基本上是碳钢、铝合金、不锈钢。值得注意的是，俄罗斯（前苏联）曾经也选用过这些常规材料，但之后大多转为用钛合金，且最终应用效果良好。例如，１９６８ 年底建成的 Ｋ１６６ 号核潜艇，其壳体、管路系统以及其他大量装置和机器设备都用钛合金制造。以及在 ２０ 世纪 ７０ 年代初曾引起世界广泛关注的 Ａ 级攻击型核潜艇，是当时国际上核潜艇中吨位最小（水下排水量 ３ １２０ ｔ） 、航行速度最快（水下最大航速 ４１ ｋｎ） 、下潜最深（下潜深度 ７００ ｍ，极 限下潜深度为 ７５０ ｍ）的最先进的核潜艇，也是采用钛合金为主要材料完成建造 。

俄罗斯以及乌克兰具有熟练的劳动力和精密的试验装置，并且生产了多个类型的水下航行器， 例如 ＭＩＲ２、 ＵＲＡＮ⁃１、ＭＡＳＫ⁃２ 等，其中，源于太空船的钛合金等先进壳体 材料技术是他们的强项 。除了俄罗斯和乌克兰，其他国家也相继在钛合金应用领域开展研究。美国从 ２０ 世纪 ６０ 年代开始了钛合金潜器的研究和应用，１９８１ 年和 １９８２ 年建造的“海崖”号深潜器，就装备了钛合金制造的观察舱和操 舱。法国 １９８５ 年研制的“ 鹦鹉螺” 号潜水器、日本“ 深海 ６５００”调查深潜器、我国自主研制的“蛟龙”号载人深潜器和 “橙鲨”号自主水下航行器的主要结构部件都采用钛合金制造 。

钛合金在我国大尺度、大潜深航行器研究领域中也取得了新的突破。由于力学性能好、服役寿命长、维护成本少，钛合金在潜航器上的应用具有明显的优势，特别是大潜深装备壳体材料，不仅需要兼具极高的强度和较好的韧性，而且需要有较好的防腐、透声、无磁等综合特性，因此高性能钛合金材料的研究和应用是主要的发展趋势，并且已经有了一定的技术突破。大连理工大学王雷等提出一种应用于水下机器人的筒式同步型永磁推进器的隔离套就是使用钛合金材料 ，浙江大学胡任通过对不同材料耐压性能的分析确定钛合金作为水下滑翔机耐压外壳材料 ，中国科学院先导专项支持下的 ７ ０００ ｍ 级深海滑翔机密封头部端盖也是使用钛合金材料 。钛合金在载人深潜领域的表现突出，由我国自主研制的“深海勇士” 号载人潜水器工作深度最大为 ４ ５００ ｍ，“蛟龙号”载人潜水器下潜深度成功突破 ７ ０００ ｍ， “奋斗者号”载人潜水器（见图 ４）在马里亚纳海沟成功问鼎 “地球第四极” ，坐底深度 １０ ９０９ ｍ 。这几型潜器的耐压壳均使用了高强度的钛合金材料，其他主要结构也采用钛合金材料制造。可以说钛合金在当前我国新型水下航行器领域发挥了巨大作用，后续也将对高性能航行器的研发起到积极作用。

图 ４　 “奋斗者”号载人潜水器图