國外海軍新概念艦艇研究綜述

孟慶國，田正東

（中國人民解放軍海軍裝備部艦艇部水面戰(zhàn)斗艦艇處，北京 100192）

0 引言

2010年1月16 日，世界上第1艘使用非單體排水船型的水面主戰(zhàn)艦艇“獨(dú)立”號(hào)近海戰(zhàn)斗艦在美國阿拉巴馬州莫比爾市服役。該艦采用鋁合金三體船型和噴水推進(jìn)器，排水量約3 000 t，吃水4.5 m，航速可超過45 kn，是一型快速、靈活的多功能艦艇。

海軍對艦船的航行性能、隱身性能、負(fù)載能力等要求不斷提高，而常規(guī)單體排水船型的發(fā)展?jié)摿σ押苡邢蕖＝畮啄陙?，隨著科技的進(jìn)步，采用新船型、新的船體材料、新型推進(jìn)方式等新技術(shù)的各種新概念艦艇不斷涌現(xiàn)，成為海軍改善艦船總體性能、提高作戰(zhàn)效率的重要手段。美、英等發(fā)達(dá)國家一直致力于新概念艦艇研究，并取得豐碩成果。

1 新概念艦艇研究現(xiàn)狀

在新概念艦艇研究領(lǐng)域，美國是投入最多、研究最積極、技術(shù)水平最高、成果也最多的國家，引領(lǐng)世界新概念艦艇發(fā)展。英、法兩國艦船科技工業(yè)較發(fā)達(dá)，在新概念艦艇研究上也有所建樹。其他國家的研究成果則較為零散。綜合各國新概念艦艇的技術(shù)特征，可分為以下幾類。

1．1 應(yīng)用新技術(shù)改進(jìn)單體船

單體船是人類使用最為悠久的船型，歷經(jīng)千年發(fā)展，已非常成熟。近十幾年的研究工作主要是植入一些新的船型特征及新技術(shù)成果。

美國正在建造的DDG 1000驅(qū)逐艦摒棄當(dāng)前主戰(zhàn)艦艇流行的干舷外飄設(shè)計(jì)，采用革命性的干舷內(nèi)傾型船型，配合簡潔的集成上層建筑，極大地改善了艦艇的雷達(dá)波隱身性能，其雷達(dá)波反射信號(hào)特征僅為DDG 51驅(qū)逐艦的1/64。

圖1 DDG 1000驅(qū)逐艦想像圖Fig.1The artist rendering of the zumwalt class destroyer DDG 1000

美國海軍“自由”號(hào)近海戰(zhàn)斗艦采用“海刃”半滑行單體船型。該船型是單體排水船型和滑行單體船型的組合，首部吃水稍深，尾部漸平，高速時(shí)可獲得一定的動(dòng)升力，結(jié)合噴水推進(jìn)器，使艦艇擁有較好的高速性與機(jī)動(dòng)性。據(jù)報(bào)道，該艦最高航速47 kn，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到45 kn的時(shí)間少于2 min;30 kn航速下能在3個(gè)船長距離內(nèi)停止運(yùn)動(dòng);全速航行時(shí)可在7個(gè)船長距離內(nèi)做360°回轉(zhuǎn)。

圖2 “自由”號(hào)Fig.2USS Freedom（LCS 1）

通用動(dòng)力公司為近海戰(zhàn)斗艦開發(fā)的反潛無人艇采用了空壓隧道式單體船型（ETM）。該船型中央主船體類似深V船型，到船尾逐漸變得扁平;從船中開始，主船體被兩側(cè)片體包圍，形成空氣壓縮隧道。高速航行時(shí)，隧道內(nèi)的壓縮空氣可以提供部分升力?？諌核淼朗絾误w船型具有良好的高速性、適航性和有效負(fù)載能力。反潛無人艇采用鋁合金船體，負(fù)載能力達(dá)2 268 kg，航速超過35 kn;推進(jìn)效率高，高速下可連續(xù)自持24 h以上。

圖3 反潛無人艇想像圖Fig.3The artist rendering of anti-submarine USV

瑞典的“維斯比”號(hào)輕護(hù)艦是世界上第1艘全隱身水面作戰(zhàn)艦艇。該艦的上層建筑與干舷渾然一體，艦載導(dǎo)彈、反潛武器及反水雷設(shè)備安裝在上甲板以下，發(fā)射口有遮蓋裝置;甲板上只有艦炮、光電指揮儀等少數(shù)外露設(shè)施，且在外形上做了隱身處理;艦體采用夾層結(jié)構(gòu)纖維增強(qiáng)塑料建造，磁信號(hào)特征低且具有隔熱功能;采用噴水推進(jìn)器和水線排氣技術(shù)。以上措施使“維斯比”號(hào)在雷達(dá)波隱身、紅外隱身、聲隱身、磁隱身等方面都具備了相當(dāng)高的水準(zhǔn)。

此外，荷蘭達(dá)門公司開發(fā)了“斧刃”船首單體船，主要特征是船首高聳直立，橫截面呈窄V型，可減少船首砰擊，減小縱搖加速度，適航性更好。法國DCNS公司在2010年歐洲海軍展上推出Advansea全電力艦，該單體艦采用內(nèi)收穿浪船首、綜合電力系統(tǒng)、集成上層建筑并應(yīng)用復(fù)合材料，以減小航行阻力，降低雷達(dá)波和紅外信號(hào)特征。

1．2 多體船及其復(fù)合船型是當(dāng)前開發(fā)重點(diǎn)

多體船也已有較長研究歷史，并在民船上得到較廣泛的應(yīng)用，尤其是小水線面雙體船。近十幾年，各國逐漸將多體船型引入作戰(zhàn)艦艇，并探索將多體船型與其他船型特征組合，形成復(fù)合船型。當(dāng)前研究較多的是雙體船、三體船和五體船。

1）雙體船

奧斯塔美國公司正在為美國海陸軍建造的聯(lián)合高速船采用半小水線面雙體船型。該船型既克服了小水線面雙體船沒有自穩(wěn)性、需要借助自動(dòng)控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)縱/橫傾穩(wěn)定的弱點(diǎn)，又具有較小的航行阻力。聯(lián)合高速船空載航速達(dá)43 kn，最大載重635 t時(shí)航速達(dá)35 kn。

圖7 聯(lián)合高速船F(xiàn)ig.7Joint high speed vessel（JHSV）

為克服小水線面雙體船型濕表面積大，航速慢的缺點(diǎn)，美國洛·馬公司開發(fā)了SLICE船型。該船型水下部分為4個(gè)單獨(dú)的水下吊艙，為整艘船提供所需浮力;推進(jìn)螺旋槳安裝在前2個(gè)吊艙上。SLICE船型既保持了小水線面雙體船型良好的適航性，又提高了航速。洛·馬公司建造的長度為32 m的SLICE試驗(yàn)船的耐波性相當(dāng)于長106.7 m的常規(guī)單體船，航速達(dá)30 kn。

圖8 洛·馬公司SLICE試驗(yàn)船F(xiàn)ig.8SLICE test ship of Lockheed Martin

德國IMMA公司開發(fā)了局部氣墊支撐的雙體船（PACSCAT），在雙體船底安裝升力風(fēng)扇，向2個(gè)邊體之間的空腔注入空氣，首尾采取密封措施，從而在空腔形成氣墊，減少船舶吃水和航行阻力。英國國防部在2007年授權(quán)奎奈蒂克公司建造PACSCAT試驗(yàn)艇，希望將其用于下一代兩棲運(yùn)輸平臺(tái)。挪威已經(jīng)服役的“盾牌星座”級(jí)導(dǎo)彈快艇也采用了類似的技術(shù)。

2）三體船與五體船

“獨(dú)立”號(hào)近海戰(zhàn)斗艦的服役標(biāo)志著三體船型在大中型作戰(zhàn)艦艇領(lǐng)域走向?qū)嵱?，而世界上?艘排水量過千噸的鋼制三體船則是英國VT集團(tuán)在2000年建造的“海神”號(hào)試驗(yàn)艦。英國和美國海軍在“海神”號(hào)上進(jìn)行了一系列船體結(jié)構(gòu)、航行性能、作戰(zhàn)性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了三體船型用于護(hù)衛(wèi)艦的技術(shù)可行性。

此外，還有許多科研機(jī)構(gòu)和公司正在探索改進(jìn)型三體船。英國倫敦大學(xué)提出了小水線面中體三體船型，即將三體船中體由大水線面改為小水線面，以提高耐波性和橫穩(wěn)性。根據(jù)一系列海況測算結(jié)果，其垂蕩和縱搖比普通三體船減少50%，具有在惡劣海況下不失速的優(yōu)良性能，是非常穩(wěn)定的武器搭載平臺(tái)?？蔚倏斯鹃_發(fā)了小水線面三體船型，即將三體船的3個(gè)船體改為等長的3個(gè)小水線面船體。這種船型穩(wěn)性非常好，具備用作海上移動(dòng)基地的潛力。法國DCNS公司將三體船型與干舷內(nèi)傾結(jié)合起來，在2006年推出了“劍艦”概念艦，比DDG 1000驅(qū)逐艦具備更好的橫傾穩(wěn)定性，可在5～6級(jí)海況下起降直升機(jī)。

圖11 “劍艦”想像圖Fig.11The artist rendering of Sword ship

五體船型由英國著名船舶設(shè)計(jì)師Nigel Gee提出，可看作三體船的變體，即將三體船的2個(gè)邊體在縱向上截?cái)酁?個(gè)邊體。五體船比三體船具有更小的高速阻力和更高的破艙穩(wěn)性，目前主要由英國BMT公司開發(fā)，提出了五體護(hù)衛(wèi)艦和五體海運(yùn)船概念。挪威船舶設(shè)計(jì)研究所（Marintek）也對五體船模型進(jìn)行過水池試驗(yàn)。

1．3 美、法推進(jìn)變體船型研究

變體船型指可通過船體結(jié)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)整，在不同船型間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的一類新船型，其主要優(yōu)勢在于可在不同水域采用不同船型，保持較高的作業(yè)效率，或獲得特定的航行性能。變體船型的典型例子是美國的E-Craft，T-Craft，CHARC，法國的L-Cat系列。

E-Craft源于洛·馬公司開發(fā)的“變體艇”概念，采用中央主船體可升降的雙體船技術(shù)，使艇型在雙體船、小水線面雙體船、單體船之間變化，以適應(yīng)一般海況、高海況、淺水作業(yè)的不同需求。美國正在建造ECraft技術(shù)演示艇“蘇西特納”號(hào)。

美國海軍正在研發(fā)的T-Craft也將通過船型轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)3種運(yùn)行模式:長距離開闊海域航行模式，具有節(jié)省燃料、耐波性好的特點(diǎn)，用于從己方基地向海上基地運(yùn)送物資;一種淺吃水高速航行模式，用于從海上基地向海岸快速運(yùn)送物資;以及一種可抵灘兩棲模式，能像氣墊登陸艇一樣實(shí)施干式登陸。該項(xiàng)目已進(jìn)入第2階段，合同授予安良公司、烏莫·曼達(dá)爾（美國）公司和達(dá)信公司，進(jìn)行方案詳細(xì)設(shè)計(jì)和模型制作。

2004年，洛·馬公司提出“隱身高速攻擊與偵察艇”（CHARC）概念。這種新概念艦艇以小水線面雙體船為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)代攻擊直升機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)和布局;船體構(gòu)型可通過調(diào)整壓載以及主船體與潛體的連接體發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)5種工作模式。

法國地中海建造工業(yè)公司（CNIM）采用與ECraft類似的中央船體升降技術(shù)開發(fā)了L-Cat登陸艇，船型在雙體船、單體船之間變換，吃水隨之變化，以滿足從大型兩棲運(yùn)輸艦向岸上轉(zhuǎn)運(yùn)物資和人員的需求。CNIM公司已經(jīng)完成樣艇海試。

1．4 其他新概念艦艇

除上述研究成果，各國還開發(fā)了其他新概念艦艇，典型代表是美國的M船型和應(yīng)用抬升體的艦艇。

美國海軍試驗(yàn)艇“短劍”號(hào)采用了雙M船型。M船型由M船舶公司開發(fā)，包括中央主船體和兩側(cè)圍壁3部分，主船體與側(cè)體之間為空氣通道。與三體船不同，側(cè)體除了提供部分浮力，還起到密封作用。高速航行時(shí)，通道中流動(dòng)的空氣可產(chǎn)生升力，將船體抬升，減少艦艇尾跡，實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)航行。船體采用碳纖維復(fù)合材料建造，外形經(jīng)過優(yōu)化，艦艇的雷達(dá)波、紅外和磁信號(hào)特征很低。

水下抬升體技術(shù)主要由美國諾瓦泰克公司開發(fā)。抬升體是1種船舶水下附體，借助特定的形狀和安裝角度，在艦船高速航行時(shí)產(chǎn)生動(dòng)升力，抬升船體，減少濕表面積，即所謂“變浸深”，達(dá)到提高艦船適航性、航速、燃油效率和負(fù)載能力的效果。2004年7月，美國海軍利用小水線面雙體船“海行者”號(hào)演示了抬升體技術(shù)。

2 推進(jìn)新概念艦艇研究的主要措施

2．1 政府機(jī)構(gòu)引導(dǎo)和資助

新概念艦艇的研究屬于前沿技術(shù)探索，見效較慢，尤其是一些新穎船型的開發(fā)，可能長期得不到回報(bào)，甚至可能廢棄。因此一般公司不會(huì)冒風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)投資新概念艦艇的研發(fā)，該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顟B(tài)很大程度上決定于政府機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)和資助。

美國政府機(jī)構(gòu)（以海軍研究署為主）對新概念艦艇技術(shù)的研究支持力度較大，明顯強(qiáng)于其他國家，其新概念艦艇技術(shù)水平領(lǐng)先世界，研究成果豐富。前文所述美國各項(xiàng)目中，除洛·馬公司的CHARC變形艇外，都已得到美國政府的資助。美國采取的一般方式是由軍方提出技術(shù)性能需求，引導(dǎo)公司積極參與，提出新概念艦艇方案，軍方提供財(cái)政支持，資助公司開展持續(xù)研究。近海戰(zhàn)斗艦、聯(lián)合高速船、T-Craft采用的都是這種方式。以聯(lián)合高速船為例，美國海陸軍聯(lián)合發(fā)出征求建議書，根據(jù)工業(yè)部門的反饋，授予奧斯塔美國公司、柏林格船廠和通用動(dòng)力公司巴斯鋼鐵廠領(lǐng)導(dǎo)的三支團(tuán)隊(duì)第1階段初步設(shè)計(jì)合同，分別設(shè)計(jì)半小水線面雙體船型、穿浪雙體船型和單體船型;而后選定奧斯塔美國公司，授予第2階段合同，繼續(xù)開發(fā)半小水線面雙體船型聯(lián)合高速船。

英國政府也對新概念艦艇研究提供了一定支持，如曾支持建造和試驗(yàn)“海神”號(hào)三體艦，正在投資PACSCAT登陸艇項(xiàng)目。但近些年英國政府財(cái)政緊張，對新概念艦艇研究的支持力度也有所下降。

2．2 公司以市場為導(dǎo)向，自主推動(dòng)

國外也有一些公司看到新概念艦艇的遠(yuǎn)期市場前景，自籌資金開展研究。這些公司主要包括2類:一類是專門的新概念艦艇開發(fā)商，如專門從事多體船開發(fā)的奧斯塔公司、國際雙體船公司（Incat）、BMT下屬Nigel Gee公司等。這些公司的主營業(yè)務(wù)是民船，在此基礎(chǔ)上向軍用擴(kuò)展。另一類是規(guī)模較大、研發(fā)資金較充裕的大型防務(wù)公司，如法國DCNS公司、美國洛·馬公司、英國奎奈蒂克公司等。尤其是DCNS公司，瞄準(zhǔn)中小型軍用艦船的巨大市場，連續(xù)推出“劍艦”三體/干舷內(nèi)傾復(fù)合船型護(hù)衛(wèi)艦、ECOSHIP環(huán)保型軍事海運(yùn)船、干舷內(nèi)傾版FM 400型“追風(fēng)”級(jí)輕護(hù)艦、Advansea全電力護(hù)衛(wèi)艦等新概念艦艇。此外，法國的L-Cat變體船型登陸艇雖已經(jīng)過海試，但仍由地中海建造工業(yè)公司自主研發(fā)，并未得到法國官方的資助。

2．3 民用成熟技術(shù)向軍用轉(zhuǎn)化

在預(yù)算資金有限的情況下，為了減少研發(fā)成本，降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，將民用成熟技術(shù)向軍用轉(zhuǎn)化已成為發(fā)展新概念艦艇的重要方法。

M船型是美國圣迭戈M船舶公司的專利船型，原用于專在威尼斯水道上航行的“水上的士”，以減少高速航行產(chǎn)生的波浪對威尼斯水上建筑的侵蝕破壞。美國海軍認(rèn)識(shí)到其的軍用潛力，建造了雙M船型“短劍”號(hào)試驗(yàn)艇，已用于海上緝毒等任務(wù)。聯(lián)合高速船是美國海陸軍在租借試用澳大利亞2家公司多艘民用渡船后，基于奧斯塔公司的“西太平洋快車”號(hào)發(fā)展的。而“獨(dú)立”號(hào)近海戰(zhàn)斗艦則借鑒了奧斯塔公司“奔馳快車”號(hào)三體渡船的船型技術(shù)。

3 結(jié)語

1）持續(xù)投入，夯實(shí)技術(shù)積累

新概念艦艇研究是一項(xiàng)前沿技術(shù)探索，需要耗費(fèi)較多人力物力，研制周期較長，需以大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)。但新概念艦艇擁有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在輔船、小型作戰(zhàn)艦艇、登陸艇方面，因此不能因?yàn)橐娦艞壈l(fā)展。這就需要政府機(jī)構(gòu)具有長遠(yuǎn)眼光，有針對性地對該領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)投資和引導(dǎo)，做好技術(shù)積累，厚積薄發(fā)，避免出現(xiàn)國外實(shí)現(xiàn)重大突破時(shí)，才匆忙上馬，突擊研仿的情況，既不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，也無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

2）實(shí)現(xiàn)軍民技術(shù)良性互動(dòng)

技術(shù)在軍品中的應(yīng)用常常囿于規(guī)模小和要求高，難以實(shí)現(xiàn)高投資收益。如果能將技術(shù)首先引入民用，則可獲得較多收益，支持技術(shù)不斷進(jìn)步和盡快實(shí)現(xiàn)軍用。同時(shí)，將民用成熟技術(shù)引入軍品，也可減少研發(fā)投資和風(fēng)險(xiǎn)。

因此，軍民技術(shù)的良性互動(dòng)是國防科技持續(xù)發(fā)展的良策，這對新概念艦艇技術(shù)的發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。某些新概念艦艇暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)軍用，或得不到軍方支持，則可以先投向民船市場，從低端做起，逐步改進(jìn)和完善，吸引軍方注意力，待技術(shù)成熟后，向軍品轉(zhuǎn)化。多體船型、SLICE船型、“斧刃”船首等走的都是這一路線。此外，軍方也應(yīng)積極觀察，針對有軍用潛力的新概念艦艇開展試驗(yàn)分析，引導(dǎo)其向軍用轉(zhuǎn)化，如美國海軍建造“短劍”號(hào)試驗(yàn)艇對M船型進(jìn)行試驗(yàn)。

3）集中力量，重點(diǎn)突破

科技全面進(jìn)步是各國的追求，但需要大量資金。對于經(jīng)費(fèi)有限的國家，選準(zhǔn)方向，集中力量，重點(diǎn)突破，也不失為發(fā)展新概念艦艇的1種途徑。如瑞典、挪威，雖然整體艦船技術(shù)水平并非世界一流，但基于本國近海作戰(zhàn)需求重點(diǎn)開發(fā)的“維斯比”級(jí)輕護(hù)艦和“盾牌星座”級(jí)導(dǎo)彈快艇具有鮮明的技術(shù)特色，引起各國關(guān)注。

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