看起来很美——一些非常规舰艇构型的优点和缺点

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 18:17:02


本文发表于《舰载武器》某期,希望诸位多多支持杂志的发展:b

前言

人类利用船舶已经有几千年的历史了,想当年,孔老夫子就曾经发牢骚说 “道不行,乘桴浮于海”云云。近代大英帝国首创全球霸权,一度号称“日不落帝国”,倚仗的就是世界一流的舰船;而中国百余年来的深重苦难,起因也是受制于列强的坚船利炮。可见,船舶已经成为了一种能够对人类历史造成重大影响的工具。
自从工业革命以来,特别是近一百年以来,为了提高舰船的性能,各国科学家做出了不懈的努力,研究出不少高性能非常规船型,大大推进了船舶科技的发展。由于近年来投入使用的高性能非常规船较多,很多舰船爱好者因此认为,高性能非常规船型即将成为世界舰船生产的主流,并发表了大量的未来高性能非常规舰艇想象图。然而,在实际应用中,各种高性能非常规船型并非无懈可击,都有着它们自己的优点和缺点,并不存在一种(或数种)可以取缔其他船型的高性能非常规船型。本文意图以尽可能浅显的文字,尝试对常见的高性能非常规船型进行初步的分析,以期与拳拳赤子共勉。

本文发表于《舰载武器》某期,希望诸位多多支持杂志的发展:b

前言

人类利用船舶已经有几千年的历史了,想当年,孔老夫子就曾经发牢骚说 “道不行,乘桴浮于海”云云。近代大英帝国首创全球霸权,一度号称“日不落帝国”,倚仗的就是世界一流的舰船;而中国百余年来的深重苦难,起因也是受制于列强的坚船利炮。可见,船舶已经成为了一种能够对人类历史造成重大影响的工具。
自从工业革命以来,特别是近一百年以来,为了提高舰船的性能,各国科学家做出了不懈的努力,研究出不少高性能非常规船型,大大推进了船舶科技的发展。由于近年来投入使用的高性能非常规船较多,很多舰船爱好者因此认为,高性能非常规船型即将成为世界舰船生产的主流,并发表了大量的未来高性能非常规舰艇想象图。然而,在实际应用中,各种高性能非常规船型并非无懈可击,都有着它们自己的优点和缺点,并不存在一种(或数种)可以取缔其他船型的高性能非常规船型。本文意图以尽可能浅显的文字,尝试对常见的高性能非常规船型进行初步的分析,以期与拳拳赤子共勉。
船舶的早期发展

船舶是人类用以征服江河湖海的重要工具,那么船是如何出现的呢?按照我国古书《周易》上的说法,是“伏羲氏刳木为舟”,这种是典型的将发明者归功于神话人物的传说。事实上,根据考古学家们的推测,从远古时代起,早期的人类就开始利用木头等比水密度低、可以漂浮在水面上的物体作为横渡水障碍的工具了。从考古发掘出的遗物判断,最迟到了新石器时代,古人类就已经能够制造出比较完善的独木舟,而直到近代,大洋洲的一些土著,还在继续使用独木舟作为日常交通工具。
独木舟虽然解决了早期人类征服邻近水域的问题,但是缺点也很多。首先,其大小受到单根树干的限制,浮力有限,装载量较小;其次,独木舟载人、装货后,船体没入水中较深,遇到风浪容易浸水甚至翻船。随着人类社会不断的发展和进步,独木舟已经不能满足需要,终于出现了使用木板或其他材料拼接而成的、比较大型的排水型单体船。最早出现的排水型单体船如今已经无从考证,考古学家从埃及法老的随葬品中发掘出的太阳船,已经是一种比较完善的、可以搭载较多人、货的排水型单体船。而古代北欧的维京人,也是靠着著名的维京海盗船——一种小型排水型单体船——肆虐欧洲沿海的。
但是,对排水型单体船的发展而言,最为重要的发明,是出现于中国古代唐宋年间的船舶水密隔舱结构。在水密隔舱结构发明之前,原来建造的船舶,船舱内就是一个大通舱,一旦发生船体破损、漏水的问题,特别是在载货较多的情形下,如果不能及时发现、堵漏,很快会大量进水,造成船舶解体、沉没的大事故,这使得船舶大型化的步伐受到了阻碍。最早采用水密隔舱结构的船舶同样也无从考证了,比较有说服力的传说,是造船的工匠受到竹子的启发,将船舱也分隔为了像竹子一样的几个互不相通的舱段,这样即使某个舱段进水,也只会局限于该舱段之中,其他舱段不会连带进水,从而极大地提高了船舶的安全性。水密隔舱结构是中国独创的领先技术,在欧洲,直到17世纪才出现了采用类似技术的船舶。
工业革命开始之后,给船舶带来了翻天覆地的革命性变化。蒸汽动力的采用,使得船舶第一次摆脱了见风使舵的景况,人类开始掌握了往来于近海远洋的自由。而近代钢铁工业以及造船科学理论的进步,使得大型钢铁船舶成为了人类征服海洋的利器。
一直到近代以前,人类的造船基本上都是依靠世代相传的经验以及少数冒险家的试验来进行的。无论大船小艇,基本上还是以排水型单体船为主,跟远古时代的排水型单体船在本质上没有什么区别。
排水型单体船的构型能够历经千年而长盛不衰,是有其理由的。首先,在消耗同样多的造船材料的前提下,排水型单体船可以获得最大的有效容积,这样就可以获得最大的经济效益,特别是在帆船时代,航行完全是靠天吃饭,载重量够大,才能为船东赚取最大的利润(对于当时的军舰来说,则意味着可以装上尽可能多的火炮等武器);其次,排水型单体船结构简单,而且历经千百年风浪的考验,不仅有利于大批量建造,在水密隔舱推广之后,也有比较高的安全性。
随着近代人类社会的进一步发展,特别是蒸汽动力海军的进一步发展,单纯的排水型单体船已经不能有效满足对于各种不同类型船舶性能的要求。排水型单体船的最主要缺点,就是兴波阻力较大,不太适合高速行驶,根据现代研究的结果,其最大航速不宜超过35节,而40节几乎已经是排水型单体船的航速上限了,由于此时的运行经济性十分低下,就算是向来关注性能多于关注费用的各国海军也难以接受。第二个大缺点,是排水型单体船的适航性跟船的大小成近似正比的关系,要有较好的抵抗风浪的能力,就必须采用较大的船体,这对民船的影响不大,但对海军来说却不是什么好消息。即使以当年日不落帝国的强盛,也无力供养一支完全采用大型舰只的海军,而且海军也不可能完全采用大型舰只,因为很多近海、浅海水域都是不利于大型舰只活动的,中、小型舰艇是必要的补充力量(这个缺点直到现代主动减摇鳍的出现和普及,才得到了比较完善的解决)。
常见的非常规舰艇构型

为了克服排水型单体船的不足,多年以来,科学家们发展出了多种多样的非常规舰艇构型,以满足不同类型船舶的性能要求,比较常见的有:双体船(包括穿浪型双体船)、滑行船、小水线面船、水翼船、气垫船、冲翼艇(实质上是地效飞行器)、多体船(三体及以上,船体数目多为单数)、复合型高性能船(同时采用了几种非常规构型的船)等等。这些非常规舰艇构型的出现和发展的主要目的,基本上都是要获取比排水型单体船更好的高速性和(或)更好的适航性。
双体船:
双体船是出现得最早的一种非常规船舶构型,其历史一直可以追溯到数千年前。中国古代的“舫”,就是一种双体船,东汉时的《说文》是这样解释的:“舫,并舟也”。由于受材料、工艺的限制,早期的单体船一般并不大,在需要载运较多的人员、货物的时候,往往不能满足要求,如果将两条单体船联接在一起,就可以比较方便地获得较大的船只。但是,此时的双体船一般是靠木结构来联接两个船体的,当每个船体的规模达到一定程度时,联接部分的结构强度就成为限制双体船大型化的主要障碍。由于社会发展、战乱引起的滥砍滥伐,能够充当强力构件的大树巨木越来越少,所以,在单体船的建造技术得到进一步发展之后,早期的双体船就暂时被大型单体船淘汰了。
现代意义上的双体船,主要出现于20世纪60年代之后。随着海上高速客运的迅速发展,双体船由于有宽大的甲板面积、空间,同时可以比较方便的获得较高的航速,得到了长足的发展。典型的双体船由两个瘦长的单体船(通常称为片体)组成,上部用甲板桥连接,片体内设置动力装置、电站等设备,甲板桥上部安置上层建筑,内设客舱、生活设施等。由于双体船相当于把单一船体分成了两个片体,使每个片体更加瘦长,从而减小了高速时的兴波阻力,使其可以适应较高航速的要求,航速最高一般可以达到35~45节;由于双体船的宽度比单体船大得多,其横稳性明显优于单体船,且具有承受较大风浪的能力;双体船不仅具有良好的操纵性,而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点,与同吨位的单体船相比,双体船的总宽度较大,因而往往有更大的甲板面积和舱室容积,尤其适合于装载那些体积很大而重量不大的低密度货物,可以具有较高的运输效率。所以,双体船被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。
澳大利亚首创的穿浪型双体船,是近年来得到比较快速发展的一种新型双体船。其最大的特征,就是两个片体的首部,封闭成类似刀尖的穿浪艏,航行时允许穿浪而过,这样就显著减小了高海况时的船舶纵摇,而船中部设置了一个平时在满载水线之上的浮力艏,在高海况时触及波浪,可以提供额外的浮力,减小埋首。这样的精心设计,使得穿浪型双体船的适航性大大提高,高海况适应能力显著优于一般的双体船,因而得到了迅速的推广。美军的HSV—X1“合资企业”号和HVS—X2“褐雨燕”号高速运输船,便是从澳大利亚租用的大型穿浪型双体船。近年以来,大批量进入中国海军服役的022型新型导弹快艇,也采用了穿浪型双体船的构型,据传是在引进澳大利亚技术的基础上自行发展的。
双体船的主要缺点:
双体船的主要缺点之一,是结构重量偏大。由于其两个片体跟上层建筑都比同等吨位的单体船复杂,需要较多的材料来建造,结构重量占排水量的比例比同等的单体船要大。所以,一般双体船、特别是高速双体船,通常都采用高强度铝合金来建造,这样可以减轻结构重量,提高载重效率。但是,铝合金结构的船体造价高昂,而且维护、保养的花费也比较多,使得采购和运营的成本都比较高。
双体船的主要缺点之二,是不利于大型化。由于两个片体之间的联接结构受力比较复杂,特别是片体之间距离较大时,必须有足够强度的大型联接结构,才能保证安全使用。如果不使用铝合金结构,而是使用钢结构来建造大型双体船的话,由于同等条件下,钢结构重量更大,需要更强的联接结构,不仅对设计、建造都提出较高的要求,而且有效载荷较小,运行经济性会严重下降。所以,目前世界上投入使用的大型双体船数量较少,而且基本上都是铝合金轻量结构的民用高速双体渡轮。
双体船的主要缺点之三,是横稳性偏高。双体船由于宽度比较大,具有较高的横稳性,在一般海况时,比普通单体船更加稳定,而且还不需要昂贵的减摇鳍。然而物极必反,当海况较高时,由于双体船产生的横稳力矩更大,船舶摇摆的周期要比同等的单体船短,也就是说摇摆频率更高,其直接结果就是乘员容易晕船,对某些机械、设备的正常运行也有一定的不良影响,造成船舶的适航性下降。
滑行船:
滑行船其实更准确的说法是“滑行艇”,因为迄今为止,这种构型还是主要应用于小型船艇上。滑行艇是一种依靠航行时艇体对水产生的流体动压力,来支承大部分艇体重量的高速艇型。滑行艇外型较常规排水型艇短而且宽,底部较平坦。通常艇底和舷侧板交接处呈尖角,形成尖舭,也称为尖舭艇。当高速航行时,艇体被托起,舷部离水,艇首微抬,底面贴水滑行,高速航行的阻力远小于普通排水船。一般用作鱼雷艇、导弹艇及侦察艇、缉私艇、巡逻艇等。
随着对军用快艇耐波性要求的提高,军用快艇的排水量相应增大,使滑行艇的建造数量有减少的趋势;水翼艇和气垫船的出现,也代替了部分滑行艇。但其结构简单、可靠,建造成本低,不少国家海军都保持有相当数量的滑行艇,民用滑行艇也仍然广泛应用。20世纪70年代以来,相继出现一些新型的超临界滑行艇型,如单体的“海刀艇”、双体的“穿浪艇”等,这些艇高速航行时,艇与波浪的遭遇频率显著高于艇的共振频率,大大降低了艇在波浪中的响应,使其耐波性远优于常规的滑行艇,扩大了使用海域。
滑行艇的主要缺点:
由于滑行艇需要依靠高速航行时的水动力作用于部分艇体上(通常是艇尾),将大部分艇体托出水面,这就要求非滑行状态时的正常吃水不能太深,否则会导致起滑困难,所以不适合大型化。海况对滑行艇的正常航行也有很大影响,由于波浪对艇体的冲击力较大,在海况较高时,会出现所谓“海豚跳”的现象,导致艇的适航性严重下降,活动海域受到较大限制。滑行艇对纵向重心位置的控制要求也比较高,如果重心过于靠前,会产生低头现象,影响正常的滑行状态,如果重心过于靠后,在受到波浪冲击时容易产生大幅度的纵摇,严重时会危及航行的安全(据报道,美国海军陆战队的SEAL突击队员就曾出现过乘坐高速滑行艇冲滩时,因为强烈的纵摇而导致人员受伤、行动失败的事故)。
小水线面船:
小水线面船的发展历史可以追溯到19世纪末。1880年,兰德堡首次提出单体半潜船概念,并获得了专利。进入20世纪后,加拿大的柯立德向英国海军部提出了小水线面双体航空母舰的设想,并在几年后,将相关设计转交给了美国海军,但两国军方当时都未对这一新概念舰艇构型加以重视。在1940~1960年代间,许多科学家开展了相关的多种理论研究和试验工作,自1970年代初开始,美国、日本两国集中科研力量,分别组织了小水线面双体船应用研究设计与实艇试制工程,是开发最早、实用小水线面船拥有量最多、技术水平最高的两个国家。
目前应用最为广泛的实用小水线面船构型,是小水线面双体船,其一般结构布置,以深入水下的两侧下潜体、用于连接上体和下体的小水线面支柱、高出水面的宽敞的上船体三部分组成。由于小水线面双体船的浮力主要依靠水下潜体提供,支柱水线面面积比相当排水量的常规单体船、双体船的水线面面积要小很多,兴波阻力小,受波浪扰动小,所以拥有优良的耐波性,在采用减摇鳍、自控水翼等自动控制系统,以穿浪或随浪模式操控时,可以确保在波浪中具有良好的平台稳定性和航态可控性,能平稳地执行海上作业,晕船率低。第二个优点,是在波浪中航行时失速小,能在恶劣海况下保持较高航速,摇摆运动周期加大,各种航速下运动响应平缓,垂向运动较小,高海况下也能保证较高的出勤率。其余的优点类似于一般双体船。
目前世界上已经投入使用的小水线面双体船,既有用于客运观光旅游、油田交通服务的,也有用于海洋考察、潜水、搜救、渔政、缉私、引水等海上特种作业的,还有部分用于靶场保障、水声监听、巡逻警戒等军事用途。例如近期在网络上流传的中国海军新型海洋调查船,就是采用了小水线面双体船的构型。
小水线面船的主要缺点:
由于小水线面船的船体由上部船体、支柱和下部潜体三大部分组成,结构比较复杂,重量及吃水都比同等规模的常规单体船大。为了保证高海况下的稳定性,通常在潜体上设置有主动控制鳍片,配套设备数量多,控制系统较复杂,而且全船可变参量多,在主尺度、潜体与支柱的选取及线性、稳性、阻力、结构等方面计算、试验、设计优化的技术工作量大,造价一般要比同等规模的常规单体船高。最主要的缺点是,小水线面船的载重量变化对吃水的影响很大,必须在潜体内设置吃水控制水舱和自动控制设备,将小水线面船的吃水量控制在一个允许的范围内,以防止出现上部船体触水或者下部潜体出水的意外,保证小水线面船的正常航行操纵,所以,小水线面船不适宜用于容易出现较大重量变化的船舶。
水翼船:
水翼船是一种在普通船体下,安装有浸没在水中的水翼的船舶。当高速航行时,水流过水翼,产生向上的升力,航速越高,升力越大,可以将船体向上托起,从而显著减小了船在水中航行所产生的阻力。根据现有的记载,人们对水翼船的研究是从20世纪初开始的。美国人威廉•米昌早在 1906年便在《科学美国人》杂志上发表了关于水翼原理的文章。大约在同一时期,意大利的恩理科•福拉尼尼教授也对水翼艇进行了试验。1919年9月,在换装了两台260kW的发动机后,美国建造的HD-4号水翼试验艇创造了航速61节的世界记录,并保持了10年之久。但由于当时科技水平的限制,对水翼船的理论研究、控制和试验都存在着不足,直到第二次世界大战之后,水翼船才得到了比较迅速的发展。
按照水翼的控制方式,水翼船可以分为三类:浅浸式水翼船、割划式水翼船和全浸式自控水翼船。浅浸式水翼船和割划式水翼船采用固定式水翼,不能进行调整,只能够适应在设计工作点附近的一个比较小的海况范围,通常在内河、内湖或海况变化较小的沿海使用。全浸式自控水翼船因为采用了类似于现代飞机的自动控制装置,通过对水翼攻角进行主动控制,可以调节水翼升力,从而保证航行时的稳定,能够更好的适应海况多变的海洋水域,是现代水翼船的主要构型。
水翼船的优势,在于正常航行时,整个船体都被水翼托出水面之上,这样就完全避免了船体兴波阻力对航行的影响,十分适宜高速航行。全浸式自控水翼船可以对水翼进行主动控制,即使在较高海况下,也能维持船体稳定,保障以较高速度航行。美国在战后发展的唯一一型导弹快艇“飞马座”级,就采用了全浸式自控水翼船的构型,排水量240吨,最大航速50节,在波高2.6~4m的海况下,仍然能保持40节的高航速。
水翼船的主要缺点:
水翼船的主要缺点在于,正常航行时,艇的重量完全依靠较小的水翼及其支柱支承,为了降低阻力,水翼和支柱通常都采用了轻型结构,强度有限,不能支撑很大的重量,所以常见水翼船的规模一般都比较小。如果要进一步提高速度,水翼表面的水流在高速下容易发生分离,低压区会产生空泡冲击,侵蚀水翼结构,严重时甚至导致水翼损坏。全浸式水翼的结构及控制都比较复杂,也增加了成本。而且全浸式自控水翼船的高海况适应性还是有缺陷的,一旦翼航中出现船体触水或者水翼出水的意外,如果不能及时恢复航行姿态,有可能会导致船的倾覆。
气垫船:
人们对气垫船的早期研究,也是从20世纪初才开始的。早在1917年,瑞典人司维登堡就曾经设计过一种依靠送入空气进行支撑,从而离开水面运行的装置,但由于当时缺乏轻型、大功率的发动机,这个设想始终没有走出蓝图。1927年,著名的苏联科学家齐奥尔夫斯基也对使用压力空气进行垫升的装置进行了理论研究。随后,苏联工程师列夫科夫根据相关的研究,进一步开展了气垫模型的试验和研究,到了1935年,在列夫科夫的指导下,建成了一艘15吨级的气垫模型试验艇,但由于1941年纳粹德国的入侵,这种对赢得战争没有明显帮助的研究被迫中断了。真正的现代气垫船发明者,是英国工程师克里斯托福•科克莱尔,他通过系统的研究,创立了周边射流气垫理论,并指导建造了第一艘现代全垫升气垫船——SRN.1号。1959年7月,SRN.1号仅用2小时又5分钟就成功横渡了英吉利海峡。1960年,为了改善风浪中的航行性能,英国人在SRN.1号气垫船的底部加装了一种“围裙”装置,在航行中受到波浪的拍击或障碍物的阻挡时,可以起到类似于汽车轮胎一样的缓冲作用,由此奠定了现代全垫升气垫船的基本结构。
气垫船主要有两种类型:全垫升气垫船和侧壁式气垫船。全垫升气垫船在船底四周安装有柔性围裙,约束空气而形成高压气垫,使得整个船体飞离水面。由于航行时没有了水阻力的影响,不但航行速度高,且适应性好,既能在水面航行,也可以在平坦地面和沼泽中行驶。推进一般使用空气螺旋桨,用空气舵控制方向。侧壁式气垫船的两舷是刚性侧壁,只是在艏、艉部分安装有柔性围裙,气垫只是把主船体托离水面,两侧侧壁的下半部分仍然浸没在水中。侧壁式气垫船的垫升效率较高,需求的垫升功率比同等规模的全垫升气垫船要小,但是高速性通常不如全垫升气垫船,也没有两栖能力,比较适合要求吨位较大、经济性要求较高的应用场合。
全垫升气垫船和侧壁式气垫船都得到了广泛的应用。全垫升气垫船由于具备良好的两栖性能,较多的用于缺乏正规码头地区的轮渡、水网沼泽地带的交通、海军的两栖登陆作战等用途。侧壁式气垫船在客船、交通船、海军的轻型护卫舰等方面也有较多的应用,日本还对侧壁式气垫高速货船进行过研究,但尚无实用型成果出现。苏联/俄罗斯建造的“贼鸥”级气垫登陆艇是目前世界上最大的全垫升气垫船,总重达到了535吨,最大航速60节。瑞典于1991年建成的“斯迈杰”号隐身试验艇,则是侧壁式气垫船的一个代表型号,总重145吨,最大航速50节,大量采用了先进的复合材料来建造艇体。
气垫船的缺点:
气垫船的最主要缺点,是航行时需要消耗较多的垫升功率,例如全垫升气垫船的垫升功率占到了总功率的40%~50%,这就使得气垫船的运行经济性大大下降,不适宜用于对使用成本比较敏感的应用场合。为了降低结构重量,提高运行经济性,气垫船一般采用轻量化的铝合金或者复合材料建造,造价高昂,维护的成本也高,不利于大型化。而且气垫船的高速性也有赖于其气垫的工作状态,在海况较高时,由于气垫完整性遭到破坏,不能维持良好的垫升效果,现有规模的气垫船都会出现一定程度、甚至是较大的航速下降。
冲翼艇:
冲翼艇又称为地效翼艇或者地效飞行器,是一种比较新颖的非常规高性能船舶,事实上,直到20世纪末,船舶工业界才获得接纳冲翼艇为一种新型船舶的最终共识。冲翼艇的运行与飞机相似,都是靠机翼的升力来维持飞行,不同之处在于,冲翼艇的飞行高度较低,通常只有几米(大型冲翼艇可达数十米),在飞行中利用了所谓的“地面效应”(又称为表面效应),当其在距离水面等于或小于1/2翼展的高度上飞行时,机翼与地面/水面之间的空气受到机翼的压缩,压力上升,形成“气垫”,使得机翼上受到的升力大大增加,获得了比空中(非地效区)飞行时更高的升阻比,这样只需要消耗同等级飞机几分之一的燃料,就能获得与之相当的载重量和运行速度。
冲翼艇的构型一般与飞机比较相似,动力装置也采用经过改进的航空喷气发动机或者空气螺旋桨发动机。大、中型冲翼艇通常配置两套动力装置,其中一套功率较大的用于起飞助推,另一套功率较小的则用于巡航。小型冲翼艇由于空间、成本限制,一般只能配备一套较大功率的动力装置,巡航效率要稍低于配置专用巡航发动机的冲翼艇。
从20世纪60年代起,许多国家相继制造出冲翼试验艇。但是最为著名的冲翼艇,还是苏联研制的KM“里海怪物”试验艇,这艘大型冲翼艇重达495吨,动力为10台VD-7航空喷气发动机,最大速度达500km/h!“里海怪物”是世界上最大、最重的冲翼艇,它的试飞为冲翼艇的设计制造提供了大量有价值的宝贵数据,证明了当初设计的的正确性,是后来苏联大、中型冲翼艇的始祖。其后继型“花尾鸽”的重量降到了400吨,在机背上装备有SS-N-22超音速反舰导弹发射器,可以用于高速反舰突击。“花尾鸽”在机首装有8台NK-87涡扇发动机,单台推力13000kg,在排水状态时,航行速度为20~100 km/h,航程400 km;巡航飞行高度1~5m,在3m左右高度巡航时,速度为450~550 km/h,航程3000 km,最大飞行高度7500m,起降时最大允许浪高2.5~3.5m。1973年,苏联还研制了一种名为“小鹰”的中型冲翼艇,巡航速度230 km/h,载重量20吨,机头可以折转打开,方便人员、车辆上下,可用于登陆突击。红海军首批订购了 3 架“小鹰”,并计划装备 120 架“小鹰”,组成强大的冲翼艇突击登陆力量,但是,1985年,一直大力支持建立冲翼艇突击登陆舰队的国防部长乌斯季诺夫元帅去世,继任的索科洛夫元帅断然砍掉了这个项目,把节省下来的经费投入到新一代核潜艇的研制中去了。“小鹰”及其他大型冲翼艇从此在苏联成为绝响。
冲翼艇航速高,航行平稳,是一种理想的高速客船。冲翼艇装上相应的起落装置,还可以在水、陆、冰雪、沙漠和沼泽地上起飞及降落,成为多用途的高速运输工具。在军事领域,冲翼艇除可用于攻击敌舰艇及实施登陆作战外,也可用于执行运送武器装备、快速布雷、扫雷等任务,还可为海军部队提供紧急医疗救护。在民用领域,地效飞行器不仅可用于客、货运输,还可用于资源勘探、搜索救援、旅游观光、远洋渔船和钻井平台换乘运输、通信保障与邮递等,在跨海运输方面有较好的经济性。
冲翼艇的主要缺点:
冲翼艇的最主要的缺点,就是航速偏高而高度偏低,不利于避碰。现代全球物流的绝大部分运输量都是依靠海运来支撑的,而除了大量货船外,各国还有为数众多的渔船、客船、工程船、军用舰艇等船舶在近岸水域行驶,超低空高速飞行的冲翼艇难以对这些船舶进行探测、预警,较高的速度也不利于及时采取规避措施,这导致了冲翼艇的实际运行安全性偏低。虽然可以将冲翼艇设计为非地效区也能飞行,但是会降低利用地效的性能,而且在正常航行时,避碰的问题依然存在。另外,由于地面效应的影响,冲翼艇有“抗偏航”的倾向,在改变航向时的操纵性不够理想。冲翼艇的两栖性能,一般也仅限于在平坦表面飞行,通常不能直接在滩头着陆,用于登陆作战时,岸滩适应性其实远不如全垫升气垫船。
多体船:
为了在保持普通单体/双体高速船的优点的同时,对其缺点进行根本性的改善,近十几年来,船舶研制工作者们对采用超细长船体的多体船进行了开发。通过采用超细长的船体,可以大幅度降低剩余阻力,同时改善耐波性,而多体结构则有效解决了甲板面积小和稳性不足的问题。于是,便出现了以一个超细长船体为主(占总排水量90%以上)、两侧配置两个(或四个)小浮体而形成的三体船(或五体船)。
三体船实际上是一个早就提出的概念,当时的目的是通过片体之间的有利兴波干扰,来寻求一种有效的消波船型。但进一步的研究发现,当船速很高时,要想利用前后片体的兴波干扰来达到消波目的,是相当困难的,所以进入1990年代后,三体船的研究重点已经不再放在波系的互相干扰上。现在一般所讲的三体船实质上是一艘很瘦长的单体船,其两个舷侧片体只能看成是附体,舷侧片体排水量只有不到总排水量的10%,长度小于船舶总长的三分之一,主要作用是提高船的稳性和耐波性。这种类型的三体船是英国最先提出的。
1990年,伦敦大学的一个设计小组提出了一个三体护卫舰的设计概念,初步研究表明,在功率需求、总体布置、生存力和隐蔽性等方面都比23型护卫舰具有更大的优势。该研究发表之后,立即引起了各有关方面的重视,经过进一步的论证后,英国国防部订购了一艘三体试验舰“海神”号,排水量1100吨,总长97m,已于2000年8月交付使用,用于对替换23型护卫舰的未来型护卫舰进行试验验证。而美国、德国、意大利、澳大利亚等国家也纷纷对此表示了兴趣。在美国海军为未来作战而开发的频海战斗舰(LCS)计划中,由通用动力公司负责的LCS2“独立”号就采用了三体船的构型,已经于2008年4月26日下水,设计航速高达60节。在与已经投入试验的LCS1“自由”号进行广泛的比较后,美军将选定其中一种作为批量生产的LCS的原型。
在保持了较好的高速性的前提下,通过两侧片体的支持,三体船能够保证较好的适航性,同时具有较大的可用甲板面积,不但可以作为军舰,还可以应用于巡视船、缉私船、供应船、旅客渡船等用途。
五体船是在主船体的每侧各配置两个小浮体,与三体船相比,可以提高单个浮体破损浸水时船的稳性,同时比较容易停靠码头。但是由于五体船结构比较复杂,除需要解决水动力性能问题外,降低结构重量以及动力装置的合理配置都是比较重要的问题,迄今为止,仍只限于研究之中,暂时还没有试验船或者实用船出现。
多体船的主要缺点:
多体船的最主要的缺点,就是结构重量偏大,必须进行合理的设计以降低船体结构重量。当多体船大型化、特别是上层建筑的体积也较大时,这个问题会更加严重,必须综合考虑、妥善解决。如果采用铝合金或复合材料来建造的话,虽然可以回避结构重量的问题,但又不可避免的会带来建造和维护费用高昂的问题。其次,由于主船体细长,而两侧片体位置偏后,导致首部浮力偏低,三体船在较高海况航行时容易出现埋首现象,影响正常航行,LCS2“独立”号的解决办法是除了船中的一对常规减摇鳍外,在靠近船首部位增设了一对减摇鳍,除了减摇作用外,还有维持船首姿态、减轻风浪中埋首的作用(五体船由于两个前片体的位置比较靠前,触水后能提供一定浮力,埋首的问题要比三体船轻)。另外,多体船的主船体宽度相对较小,动力装置的合理布置也是一个严峻的问题,目前看来,只有燃气轮机动力装置能比较好的满足其较大功率和较小尺寸的要求。
复合型高性能船:
复合型高性能船通常同时采用了两种或以上的非常规高性能构型,在综合了其优点的同时,可以避免原构型的一些缺点。例如美国开发的M型船,是双体船跟滑行船的混合物,船体间的收敛型通道,还可以起到压缩空气、形成动态气垫的作用,高速性、耐波性都比较好,是一种比较优秀的小型快艇的构型。
又例如在1996~1997年间,在瑞典和丹麦先后投入使用的HSS-1500号和“麦矛尔斯”号中型半小水线面高速车客渡船,采用燃气轮机驱动、喷水推进,航速都在40节以上。为便于在潜体内直接布置安装功率、尺寸较大的主机,以及减小湿表面积以提高航速,在保留潜体横剖面首部典型小水线面形状基础上,从船舯开始,将后半潜体的吃水递减,横剖面向常规双体船演化,形成一种前潜体支柱小水线面,后潜体与支柱成常规双体化的半小水线面混合船型。据称其耐波性优于澳大利亚首创的穿浪型双体船,而快速性又优于一般的小水线面双体船。
目前,大部分复合型高性能船仍在不断的研究、试验中,建成试验船的较多,大规模的推广应用仍有待进一步的发展和提高。
共存共荣——光明的未来
常规排水型单体船的技术要求相对简单、成本较低、易于建造、使用可靠、维护保养方便,在各类船舶中仍然占据了主流地位,特别是在经济性要求较高的民用货船方面,其地位是不可动摇的。在其他类型的大、中型船舶、舰艇中,常规排水型单体船虽然受到了新型非常规高性能船的挑战,但由于在发展到大排水量时,常规排水型单体船不会遇到太大的困难,以及经验和习惯等历史性原因,其仍然是目前船舶最主要的应用构型。而在中、小型船舶市场中(特别是在非货运船舶市场中),新型非常规高性能船相对于常规排水型单体船的性能优势比较明显,主要是在采购和运行成本上有所不及,但随着新型非常规高性能船的发展和成熟,这个缺点已经得到了较好的改善,从而为进一步的推广应用开辟了新的天地。
在人类居住的这个地球上,表面积的70%的组成部分是水,现存的船舶和航运业规模,仍不能充分满足人类有效利用水域进行交流的需要,而日新月异的军事技术,对新型舰艇的综合性能提出了更高的要求。在新的世纪里,无论是历久弥新的常规排水型单体船,还是推陈出新的新型非常规高性能船,都会互相弥补、互相促进,得到更大的发展和进步。
好贴必顶
半文盲爱读科普贴
不顶对不起自己
d学习!!!
非常适合我这样一知半解的人阅读,顶!!!
ladon老大发贴要支持。
无图无真相,楼主你大小发个图啊
科普贴。学习了!
路过,学习
深入学习ing ..............[:a2:]
老大的贴很好,能调整下排版就更好了
配上图片解析就直观了
好帖慢慢看
早知道楼主要发此等好帖,在下前两天就不发贴问多体船的优缺了……
如果在配上图就完美了
[:a2:] 拿出小本子好好记下来了哦
4年前 舰载武器上图文并茂........................
不错,学习了啊!:victory:
这是科普贴,要是有图就更好了
很好的科普贴呀,要是有图片说明那就更好了
学习了...
求配图
求配图的诸人能不能自己动手搜一搜呢?

毕竟多数提到的例子都是比较常见的:b
ladon 发表于 2009-9-18 00:06

那个啥气垫集装箱船不好找的说:L
boeing2707 发表于 2010-10-8 23:46
因为这东西还没有实船嘛

自然搜不到了:b

ps:可见专家鼓吹的先进技术不一定真的能实用;P
techiekun 发表于 2009-9-12 14:34 能不能麻烦你扫描上来?
版主科普辛苦,但坚决支持美帝突破传统,而后,tg山寨之{:wu:}

那个啥气垫集装箱船不好找的说
boeing2707 发表于 2010-10-8 23:46



    集装箱船一般航速都不高

装载的货物一般都是电子货服装货冷冻货之类时效性要求不高的货物

都是靠运价取胜的~

整个高速高油耗的气垫集装箱船。。。。

装卸还要在原来的集装箱码头

速度赶不上空运 运费却要比原来高很多。。。。

气垫客船倒是可以搞搞。。。
那个啥气垫集装箱船不好找的说
boeing2707 发表于 2010-10-8 23:46



    集装箱船一般航速都不高

装载的货物一般都是电子货服装货冷冻货之类时效性要求不高的货物

都是靠运价取胜的~

整个高速高油耗的气垫集装箱船。。。。

装卸还要在原来的集装箱码头

速度赶不上空运 运费却要比原来高很多。。。。

气垫客船倒是可以搞搞。。。