摘要：科技發展推動海洋無人艇迅速進步，復合材料在其中的應用日益廣泛。本文探討了復合材料在海洋無人艇中的特性優勢，如重量輕、硬度高、防腐耐磨等，及其對無人艇性能的提升作用，包括促進自主航行和提高任務執行效率。通過云洲智能無人艇及國內外案例，展示了復合材料在安防巡邏無人艇、海洋測量無人船等方面的應用。分析了復合材料無人艇在軍事及民用領域的意義，如提升海上防御能力、創新戰術、在海洋環境監測和應急救援中發揮作用等。最后總結了研究結論并對未來研究方向進行了展望，涵蓋材料性能提升、智能化與自主化技術融合以及多領域協同創新與應用拓展。

關鍵詞：復合材料；海洋無人艇；性能提升；軍事民用意義

1.1 研究背景

科技不斷前行，海洋無人艇近年發展迅猛。作為新型海洋裝備，海洋無人艇具有低風險、低排放、低成本，高覆蓋、高性能、高效率等特點，在海洋測繪、海上安全、海洋資源探測等領域作用關鍵。復合材料在海洋無人艇中的應用越發普遍，為其發展提供有力技術支撐。

復合材料具備抗老化、高強度、重量輕等優點，能滿足海洋無人艇在復雜海洋環境下的使用需求。例如，天津智匯海洋科技有限公司推出的 S99 無人船，采用凱夫拉 + 碳纖維復合材料，使無人船長時間使用仍性能良好。同時，加裝側翼設計可在單體和三體之間切換，既保證穩定性又提高靈活性。

此外，英國船舶工程設計公司 BMT 發布的新一代五體無人水面艇 “Pentamaran” 項目，也采用碳纖維復合材料，相比傳統船體，阻力顯著降低。無人水面艇可廣泛用于海洋運輸、海洋環境調查、海洋資源探測等任務，碳纖維復合材料的優良性能在海洋領域開發拓展中具優勢。

國內已有企業布局海洋工程用碳纖維產品。恒神股份的碳纖維、經編織物、樹脂等產品已通過 DNV?GL 船級社產品認證，為進軍船用市場奠定基礎。海洋無人艇的發展與復合材料的應用相互促進，共同推動海洋科技進步。

1.2 研究目的

復合材料在海洋無人艇中的應用價值重大。首先，其高強度特性使無人艇在惡劣海洋環境中保持結構穩定。如海洋測繪智能無人船 S99，采用凱夫拉 + 碳纖維復合材料，方便維護、易于更換，能有效防水草、漁網等障礙物干擾，確保無人船在復雜水域穩定運行。同時，高功率動力系統使 S99 無人船航速可達 5m/s，快速完成測繪任務。

其次，復合材料抗老化和重量輕的優點，為無人艇長時間運行和靈活部署提供可能。像恒神股份的碳纖維產品通過認證，為更多海洋無人艇采用高質量碳纖維復合材料奠定基礎，提高無人艇性能和可靠性。

未來，復合材料在海洋無人艇中的應用將更廣泛深入。一方面，技術進步將提升復合材料性能，如更高強度、更好抗腐蝕性能等，為無人艇在更復雜海洋環境執行任務提供保障。另一方面，無人艇設計和制造將更注重復合材料的優化使用，通過合理結構設計和材料選擇，提高無人艇整體性能和效率。

此外，隨著海洋無人艇在海洋資源探測、海上安全等領域需求增加，復合材料的應用也將不斷拓展。例如，在無人艇隱身性能方面，可采用特殊復合材料結構和涂層，降低雷達反射截面積，提高隱身性能，更好執行偵察監視任務。同時，在無人艇能源系統方面，利用復合材料輕量化特點，搭載更多能源設備，提高續航能力。

總之，復合材料在海洋無人艇中的應用價值巨大，未來發展前景廣闊。

2.1 復合材料特性及優勢

復合材料具有重量輕、硬度高、防腐耐磨等特性，在無人艇中發揮重要作用。

2.1.1 重量輕的優勢體現

無人艇重量輕意味著吃水淺，能在淺水區航行，拓展作業范圍。例如 LT160 型無人船，船體自重≤30kg（含電池），采用新型高強度復合材料，在吃水深度方面表現出色，可在江河、湖泊、水庫等不同水域作業。較輕船體減少航行阻力，提高航速和能效。美國制造的水虎魚無人水面艇，全長 16.5 米，重量僅 3800 千克，是同類無人艇耗油量的四分之一，續航能力提升。在六級海況下仍能保持 45 節最大航速。

2.1.2 硬度高的實際價值

硬度高的復合材料能抵御水流沖擊和特殊物體沖刷，提高無人艇耐久性。在復雜海洋環境中，無人艇可能遭遇礁石、沉船殘骸等碰撞。若船體硬度不夠，易受損，影響任務執行。而采用新型高強度復合材料的無人艇，如 “瞭望者 3” 號，船體采用環氧樹脂和碳纖維復合材料，設計航速高，可在惡劣海況下穩定運行，具有良好抗沖擊性能。

2.2 復合材料對無人艇性能的提升

復合材料在無人艇應用中，顯著提升航行能力和任務執行效率。

2.2.1 對自主航行的促進

以云洲智能無人艇為例，復合材料發揮重要作用。云洲智能無人艇采用新型高強度復合材料，如碳纖維，具有重量輕、硬度高特點。重量輕減少整體重量，降低航行阻力，提高航速，為自主航行提供動力基礎。例如，L30 “瞭望者” 警戒巡邏無人艇，船體采用先進復合材料，外觀流線型，減少水流阻力，在自主航行中能靈活應對復雜海洋環境。硬度高保證無人艇高速航行和遭遇碰撞時結構穩定，保護關鍵部件，為自主航行提供硬件保障。同時，復合材料防腐、耐磨特性使無人艇在海洋環境中保持良好性能，減少維護成本和時間，提高可用性和可靠性，促進自主航行實現。

2.2.2 任務執行效率的提升

在不同任務場景下，復合材料對無人艇效率提升顯著。在海洋測繪任務中，以 ME120 多功能無人船平臺為例，船體采用碳纖維復合材料，具有硬度高、重量輕、防撞、防腐、防磨損等特性。使無人船搭載測繪設備更穩定，保護設備免受水下不明物體碰撞，減少阻力，提高航速。在應急救援任務中，如海豚 3 號水面救生機器人，采用高強度復合材料，便于攜帶，快速響應救援任務。在海上安全巡邏任務中，云洲智能的安防巡邏無人艇，如 M75，采用復合材料船體，在高速巡邏中保持穩定，防腐、耐磨特性減少維護時間，提高巡邏效率。

3.1 云洲智能無人艇的復合材料應用

3.1.1 安防巡邏無人艇

M75 安防巡邏無人艇作為云洲智能明星產品，在海洋安全領域作用重要。其船體采用先進復合材料，具有重量輕、硬度高、防腐耐磨等優勢。重量輕使無人艇航行阻力小，巡邏速度高，投放和回收便捷。硬度高可抵御海浪沖擊和碰撞，保護內部關鍵設備。防腐耐磨特性使無人艇能長時間在海洋環境中執行任務，減少維護成本和頻率。M75 無人艇與某公安局聯合開展 “無人艇巡邏警戒常態化應用”，充分驗證了復合材料的優良性能。

3.1.2 海洋測量無人船

以 M40P 和 L25C 海洋測量無人船為例，復合材料展現顯著優勢。M40P 多用途水面自主測量無人艇采用先進復合材料，在續航、通信、航行姿態、測量能力等方面突破。重量輕使無人船搭載測量設備更靈活，快速到達測量地點。硬度高保護測量設備免受外部沖擊，確保數據準確。L25C 深遠海多用途海洋測量無人艇采用復合材料，為設備提供穩定安裝平臺，保護設備免受腐蝕和磨損。在海洋測繪項目中，工作效率高，能源成本低。

3.2 國內外其他無人艇案例

無人艇在海洋科技中重要，復合材料應用廣泛且各具特色。

3.2.1 國外無人艇應用

在 Saildrone 的 Voyager 項目中，復合材料部件關鍵。Voyager 無人艇采用先進復合材料打造船體，具有重量輕、強度高、耐腐蝕性強等特點。重量輕優勢使無人艇航行耗能少，續航能力強。高強度船體抵御惡劣海洋環境，保護內部科學儀器和傳感器。耐腐蝕性強使無人艇在海水侵蝕下保持良好性能，減少維護成本和頻率。

3.2.2 國內其他案例

哈工大與威海企業合作的無人船中，復合材料廣泛應用。例如，威海天帆智能科技有限公司與哈爾濱工業大學（威海）共同研發的國內第一艘海洋牧場養殖觀測無人船，由碳纖維復合材料制成。具有重量輕、硬度高、耐腐蝕等優點。重量輕使無人船操作靈活，可在 2 級海況下工作，支持自主巡航。無人船搭載水下機器人，為海洋牧場養殖觀測提供技術支持。硬度高保護無人船在復雜環境中穩定運行。耐腐蝕使無人船在海水中長時間工作，減少維護成本。手持智能遙控器操作方便。在海洋牧場應用中，幫助養殖戶了解海洋生物生長情況，提高養殖效率和質量。

4.1 軍事應用價值

無人艇在軍事領域具潛在價值，復合材料應用增添重要砝碼。

4.1.1 海上防御能力提升

俄烏沖突中，無人艇展現軍事重要性。烏克蘭利用自殺式無人艇對俄黑海艦隊發動突襲。俄羅斯推進國產無人艇研制，艇體由復合材料制成，減少雷達信號。可用于巡邏偵察，攜帶特種設備和無人水下潛航器作業，在惡劣環境下運行。復合材料無人艇在海上防御方面作用重要，提升國家海上防御能力。

4.1.2 戰術創新潛力

新型戰術如 “鯊群戰術” 為無人艇在軍事領域的應用開辟了更多途徑。以烏克蘭為例，其有可能借鑒胡塞武裝的狼群戰術攻擊美軍艦艇，采用由十幾艘無人艇組成的 “鯊群” 無人艇集群，與無人機 “蜂群” 協同作戰，給對手造成沉重打擊。無人艇多為半潛式，本身就不易被發現，再加上高速運動以及搭載的電子對抗設備，與無人機協同作戰，讓俄軍難以防范。復合材料無人艇由于具有重量輕、硬度高、防腐耐磨等特點，能夠更好地適應這種新型戰術要求。例如，高強度的復合材料船體能夠在高速運動和協同作戰中確保結構穩定，保護內部關鍵設備不受損壞；重量輕的特性使無人艇在集群作戰中更加靈活，能夠迅速響應戰術變化；防腐耐磨的特性則保證無人艇在長時間作戰任務中保持良好性能。總之，復合材料無人艇為軍事戰術創新提供了有力支撐。

4.2 民用應用領域

無人艇在民用領域有著廣闊的應用前景，復合材料的特性使其在多個民用場景中發揮重要作用。

4.2.1 海洋環境監測

復合材料無人艇在海洋環境監測中表現卓越。例如，深圳航天智慧城市申請的 “一種基于無人艇的海洋生態環境多參數監測與災害風險評估方法” 專利，展現了無人艇在海洋災害致災因子動態監測、成災因子時空大數據挖掘、環境感知信息融合與風險評估、綜合指標體系構建以及災害風險評估及區劃模型等方面的巨大應用潛力。無人艇可搭載多源傳感器，如水質監測儀、氣象傳感器等，對海洋環境進行實時監測。其采用的復合材料具有重量輕、硬度高的特點，能夠在復雜的海洋環境中穩定航行，為監測設備提供可靠的搭載平臺。在海洋環境監測無人系統研發項目中，東海勘察中心和上海大學無人艇研究院歷經 3 年合作，在自動水樣采集、自動水樣分配、海水在線自動監測、自主在線監視系統等方面取得技術突破。“海洋環境監測無人系統” 開展的營養鹽、多參數水質、氣象參數、懸浮物等原位監測、檢測，以及數據存儲傳輸，滿足海域特別是島礁及近岸淺水海域數據采集、海洋環境數據更新等實際需求。通過智能分層采樣，樣品在 0 - 4 攝氏度環境下冷藏保存可達 17 小時以上，在一定程度上解決了監測成本高、費時費力以及危險環境下應急監測等問題。

4.2.2 應急救援作用

復合材料無人艇在應急救援中也具有重要的民用價值。以水面救生機器人為例，如海豚 3 號水面救生機器人，采用高強度復合材料，重量輕、便于攜帶，能夠快速響應救援任務。在復雜的水域環境中，硬度高的復合材料能夠抵御水流沖擊和碰撞，確保救生機器人在執行任務過程中的穩定性和可靠性。無人船在應急救援領域還可以作為水上救援平臺，搭載救援設備和物資，迅速到達事故現場。例如，M75 “守護者” 安防救援無人艇具有吃水淺、機動迅捷、控制靈活、巡邏范圍大、圖像傳輸快，收放便利、工作協同性強等特點，可對落水人員進行搜尋、鎖定和跟蹤，可拋投應急救生裝備，具備強大的應急救援能力。同時，無人艇搭載光電吊艙，可實時回傳高清水面視頻，一鍵鎖定可疑目標，支持 15km 遠距離點對點通訊，即使被海浪翻轉也可以自行扶正，能適應高海況作業。此外，無人艇還可以與其他救援設備協同作戰，提高救援效率。例如，廣州星航船舶科技有限公司研發的 “悟能” 多功能無人艇，采用高強度碳纖維等復合材料精心制造，具有便攜性和易用性等特點。搭載自主避障模塊，能夠實現遠距離自主避開障礙物。無人艇內置高效船控，可監測船體航行速度、經緯度位置以及六自由度航行姿態，具有定速航行、原地轉向、規劃航跡、自主航行、自主返航等功能。搭載豐富的功能模塊：水底探測、水上喊話、雙光視頻實時監測、水上救援等，可拓展更多應用。在應急救援中，無人艇能夠快速響應、高效救援，為保障人民生命財產安全發揮重要作用。

5.1 研究結論綜述

復合材料在海洋無人艇中的應用取得了顯著成效，具有重大意義。

在海洋無人艇的發展過程中，復合材料憑借其重量輕、硬度高、防腐耐磨等特性，為無人艇帶來了諸多優勢。重量輕的特性使無人艇吃水淺、航行阻力小，大大拓展了作業范圍，同時提高了無人艇的航速和能效，降低了能耗。硬度高的復合材料有效抵御了水流沖擊和特殊物體沖刷，提高了無人艇的耐久性和穩定性，確保其在復雜海洋環境中能夠正常執行任務。防腐耐磨的特性使無人艇能夠在海洋環境中長時間保持良好性能，減少了維護成本和維護頻率。

復合材料在海洋無人艇中的應用不僅提升了無人艇的性能，還拓展了其應用領域。在軍事領域，復合材料無人艇在海上防御和戰術創新方面發揮了重要作用，提升了國家的海上防御能力，為軍事戰術創新提供了有力支持。在民用領域，復合材料無人艇在海洋環境監測和應急救援中表現出色，為保障人民生命財產安全和推動海洋事業的發展做出了貢獻。

總之，復合材料在海洋無人艇中的應用成果顯著，意義重大。它為海洋無人艇的發展提供了強大的技術支撐，推動了海洋科技的進步。未來，隨著復合材料技術的不斷進步和無人艇應用需求的不斷增加，復合材料在海洋無人艇中的應用前景將更加廣闊。

5.2 未來研究方向展望

隨著科技的不斷進步，復合材料無人艇在未來有著廣闊的發展前景。以下是對其未來發展趨勢和研究重點的展望。

（一）、材料性能的持續提升

高強度與輕量化的進一步優化：未來的研究將致力于開發更高強度且更輕量的復合材料。例如，通過改進碳纖維等材料的制造工藝，提高其強度重量比，使無人艇在保證結構穩定性的同時，進一步降低重量，提高航行速度和能效。據相關研究預測，在未來幾年內，新型復合材料有望使無人艇的重量降低 20% 以上，而強度提高 30%。

增強抗腐蝕和耐磨性能：海洋環境中的鹽分、濕度以及各種水流沖擊對無人艇的腐蝕和磨損是不可忽視的問題。研究人員將不斷探索新的復合材料配方和表面處理技術，以增強無人艇的抗腐蝕和耐磨性能。例如，采用特殊的涂層技術或添加耐腐蝕的納米粒子，可顯著提高無人艇在海洋環境中的使用壽命。預計未來五年內，復合材料無人艇的抗腐蝕性能將提升 50%，大大減少維護成本和維護頻率。

（二）、智能化與自主化技術的融合

先進傳感器與復合材料的集成：將先進的傳感器技術與復合材料無人艇相結合，實現對海洋環境的實時監測和無人艇自身狀態的精準感知。例如，在復合材料船體中嵌入壓力傳感器、溫度傳感器等，實時監測海洋環境參數和無人艇的結構健康狀況。這將為無人艇的自主決策和智能控制提供更準確的數據支持。

自主導航與避障系統的優化：進一步提升無人艇的自主導航和避障能力，使其能夠在復雜的海洋環境中更加安全、高效地執行任務。通過優化算法和采用更先進的傳感器，無人艇可以實現更精準的路徑規劃和障礙物識別，提高自主航行的可靠性。未來，復合材料無人艇有望實現完全自主的遠程任務執行，無需人工干預。

（三）、多領域協同創新與應用拓展

與海洋能源領域的結合：探索復合材料無人艇在海洋能源開發中的應用，如海上風電維護、海洋油氣平臺監測等。無人艇可以搭載各種檢測設備，對海洋能源設施進行定期巡檢，及時發現潛在問題，提高能源生產的安全性和效率。例如，利用無人艇對海上風電場進行巡檢，可大大降低人力成本和作業風險。

與海洋生態保護的協同發展：復合材料無人艇可以在海洋生態保護中發揮重要作用。例如，用于海洋生物監測、海洋污染監測和清理等任務。通過搭載生物傳感器和環境監測設備，無人艇可以實時監測海洋生態環境的變化，為海洋生態保護提供科學依據。同時，無人艇還可以參與海洋污染清理工作，如清理海洋垃圾、處理油污等。

國際合作與標準化推進：加強國際間的合作與交流，共同推動復合材料無人艇技術的發展和標準化進程。各國可以分享經驗和技術，共同制定無人艇的設計、制造和運行標準，提高無人艇的安全性和可靠性。這將有助于促進復合材料無人艇在全球范圍內的廣泛應用，推動海洋科技的進步。

總之，復合材料無人艇在未來有著巨大的發展潛力。通過不斷的技術創新和多領域協同合作，復合材料無人艇將在海洋領域發揮更加重要的作用，為人類探索和利用海洋資源、保護海洋環境做出更大的貢獻。

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