航標新技術新材料的應用情況探究

◎ 陳家齊 陳韶寬 南海航海保障中心湛江航標處

表1 常見的太陽能板韌性材料

1.航標新技術新材料的應用情況

1.1 新技術典型應用

在航標新技術的應用中，新能源技術可以稱得上是其中典型，據(jù)交通運輸部海事局公布數(shù)據(jù)，太陽能能源系統(tǒng)已經(jīng)在我國沿海直屬海事系統(tǒng)管理維護的航標中得到了基本普及，LED燈器則使用率則達到了100%，航標的二氧化碳排放量由此大幅降低。在航標的新能源技術應用中，基于波浪能的航標發(fā)電裝置應引起業(yè)界關注，而由于國內(nèi)外波浪能發(fā)電的技術已經(jīng)較為成熟，這使得波浪能發(fā)電裝置在航標領域具備較高推廣潛力。圖1為航標供電的波浪能裝置示意圖，該裝置由液壓缸、震蕩浮體、航標燈三部分組成，液壓系統(tǒng)為主要的能量轉換裝置，而在入射波的影響下，液壓缸活塞會在航標浮子上下運動帶動下運動，機械能由此即可通過液壓缸轉化為液壓能，液壓馬達則能夠通過液壓缸傳送來的液壓油帶動發(fā)電機發(fā)電，航標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)學計算模型，其中a、m、S0、Fk、Fd、Fr、FPTO分別為加速度、浮體質量、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動的前提下，可將式（1）改寫為應用牛頓第二定律建立的運動學方程式（2），由此即可更深入了解航標供電的波浪能裝置。

除新能源技術外，智能化技術在航標領域的應用也不容忽視，自動控制技術、數(shù)字通信技術、網(wǎng)絡化控制均屬于智能化技術在航標領域的應用典型。

1.2 新材料典型應用

為滿足航標發(fā)展需要，大量新材料被引入航標制造，抗擊碎太陽能板便屬于新材料的應用典型，應用新材料的抗擊碎太陽能板可較好服務于位于大橋兩側、距離橋墩較近航標的太陽能設備保護，因車輛通行、環(huán)衛(wèi)清掃落下石子導致航標太陽能板損壞的問題也能夠由此得到較好應對。表1為常見的太陽能板韌性材料，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能板的透明材料，因此抗擊碎太陽能板采用了“PET+EAV+電池片+EVA+TPT+EVA+ER”的結構，抗擊碎太陽能板的整體厚度為3mm左右，并具備力學性能優(yōu)良、粘附力高、背板材料ER收縮性強、可在苛刻的熱帶條件下使用等特點，作為鋼化玻璃組件與柔性太陽能電池板結合的跨界產(chǎn)品，抗擊碎太陽能板可較好服務于航標供電，圖2為被高空墜物擊中后的抗擊碎太陽能板，由此即可更直觀了解PET等新材料的應用價值。

此外，玻璃鋼、新型高分子材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼質航標同樣屬于新材料在航標領域的應用典型，這類材料具備的色澤光鮮、易于運輸、可視效果極佳、免維護、經(jīng)久耐用、材質輕等特點也進一步證明了新材料的應用價值，超高分子量聚乙烯屬于航標領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200萬的工程塑料，其相對密度僅為鋼材的八分之一，相對密度、沖擊強度、拉伸斷裂強度度、拉伸斷裂伸長率、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。圖3為應用超高分子量聚乙烯材料的應急沉船示位標示意圖，該航標的直徑、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，而結合計算，可確定該示位標能夠滿足穩(wěn)定平衡條件，超高分子量聚乙烯材料在航標領域的應用價值由此便得到了較好證明。

2.航標新技術新材料的應用趨勢

2.1 開發(fā)與應用

為推動新技術新材料在航標領域的應用，我國各級部門必須加強對航標相關新技術新材料開發(fā)與應用的重視程度，近年來我國交通運輸部海事局在該領域做出的努力便屬于其中典型。

2.2 發(fā)展趨勢分析

對于新技術新材料在航標領域的應用來說，具備不易老化、防碰性能優(yōu)秀、物美價廉、性能優(yōu)良等特性的材料將大量應用于我國航標領域，而隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，智能化技術也將與航標實現(xiàn)更深入融合，大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、物聯(lián)網(wǎng)技術將由此在航標領域實現(xiàn)廣泛應用，航標管理工作將由此獲得有力支持。

綜上所述，航標新技術新材料的應用具備較高現(xiàn)實意義，在此基礎上，本文涉及的基于波浪能的航標發(fā)電裝置、航標網(wǎng)絡化管理系統(tǒng)、抗擊碎太陽能板、超高分子量聚乙烯等內(nèi)容，則提供了可行性較高的航標領域新技術新材料應用路徑，而為了保證新技術新材料更好服務于航標領域發(fā)展，各地海事局必須加強對新技術新材料的重視程度，國家也應通過出臺政策為新技術新材料的應用提供支持。