美國(guó)可變船型氣墊船（T-Craft）技術(shù)方案

姜忠濤

（海軍裝備部艦艇部 北京 100841）

0 引 言

氣墊船具有獨(dú)特的兩棲性和優(yōu)良的快速性。氣墊登陸艇能夠在全世界70%以上的海灘實(shí)施人員與武器裝備的快速超越輸送，提高了對(duì)登陸海灘選擇的戰(zhàn)術(shù)靈活性，大幅減少了登陸部隊(duì)受敵攻擊的時(shí)間和損傷概率，能夠在兩棲登陸作戰(zhàn)中發(fā)揮不可替代的重要作用。但是，氣墊船獨(dú)特的兩棲性使其運(yùn)輸效率遠(yuǎn)低于排水船型。由于其巨大的燃油消耗量，全墊升氣墊船很難向超大型（千噸級(jí)以上）發(fā)展，從而限制綜合性能，特別是裝載能力、續(xù)航力和耐波性的提高。

發(fā)展塢載氣墊登陸艇及船塢登陸艦，無(wú)疑是解決該問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。通過(guò)船塢登陸艦將氣墊登陸艇運(yùn)輸至遠(yuǎn)程海域后釋放氣墊登陸艇，然后由氣墊登陸艇攜載重型坦克實(shí)施搶灘登陸，從而避免了氣墊登陸艇跨海航行。但其弊端也顯而易見(jiàn)，那就是最終的目標(biāo)只是將坦克運(yùn)送到岸上，而船塢登陸艦卻必須裝載比登陸裝備載重量大得多的氣墊登陸艇，從而導(dǎo)致裝載空間和裝載量的浪費(fèi)。

美國(guó)T-Craft項(xiàng)目為氣墊船大型化發(fā)展提出了可能的解決方案。其通過(guò)在不同船型（排水雙體、側(cè)壁式、全墊升）間的自行轉(zhuǎn)換，在不同任務(wù)剖面以不同的性能模式運(yùn)行，從而解決了氣墊船大型化發(fā)展所面臨的運(yùn)輸效率問(wèn)題。

1 T-Craft項(xiàng)目來(lái)源與要求

2005年8月，美國(guó)海軍研究署（ONR）提出可變船型氣墊船（T-Craft）需求，其主要用于自岸上基地經(jīng)開(kāi)闊海域遠(yuǎn)程抵達(dá)海上基地，與海上基地對(duì)接并將登陸裝備轉(zhuǎn)運(yùn)到T-Craft上，然后將這些登陸裝備經(jīng)淺水高速運(yùn)輸至目標(biāo)海岸，在海灘上進(jìn)行裝備卸載。整個(gè)任務(wù)過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 T-Craft項(xiàng)目使命任務(wù)

T-Craft項(xiàng)目的性能要求包括:

（1）空載排水量。在低燃油消耗率、高耐波性模式下，具有2500 n mile續(xù)航力（20 kn，5級(jí)海況）；

（2）6級(jí)海況正常航行（高速、淺吃水模式時(shí)，4級(jí)海況正常航行），8級(jí)海況下生存。

（3）滿載排水量。高速、淺吃水模式下，可在4級(jí)海況中以40 kn左右航速高速航行。

（4）具有兩棲性。能夠以兩棲模式通過(guò)沙灘和泥地，提供“干腳著陸”的能力。

（5）不需任何外界輔助，能夠在海中轉(zhuǎn)換運(yùn)行模式。

（6）高速、淺吃水模式下，一次裝滿燃油可在4級(jí)海況中以40 kn航速航行500～600 n mile。

（7）在4～5級(jí)海況中能夠減小運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)在T-Craft與海上預(yù)置艦／海上補(bǔ)給船之間快速輸送裝備。

（8）作為攻擊連接艦和后勤連接艦使用。

其他性能要求的最低限界值及目標(biāo)值見(jiàn)表1。

從T-Craft項(xiàng)目的使命任務(wù)和性能要求來(lái)看，現(xiàn)有船型很難達(dá)到其設(shè)計(jì)要求。如通用登陸艇（Landing Craft Utility，簡(jiǎn)稱(chēng):LCU）設(shè)計(jì)為平底以實(shí)現(xiàn)登灘、退灘，但導(dǎo)致高海況中耐波性非常差，且航速通常僅為9～12 kn；LCAC能夠使用氣墊支持船體，并具有45 kn左右的航速，但是在高海況中失速很大，航速有限，且LCAC的燃油消耗很大，難以支持較高的續(xù)航力；裝甲兩棲攻擊車(chē)（Armored Amphibious Assault Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng) AAAV）在排水航行時(shí)，履帶產(chǎn)生很大阻力，推進(jìn)功率非常大，且其水下部分為箱形，故耐波性也非常差；現(xiàn)有的一些商業(yè)雙體渡船在排水狀態(tài)航行時(shí)，可以滿足T-Craft的續(xù)航力和耐波性要求，但是通常都需要較深吃水，且不具有兩棲性。因此，T-Craft項(xiàng)目必須開(kāi)展新船型的研發(fā)工作。

表1 其他性能要求

美國(guó)海軍研究署計(jì)劃對(duì)T-Craft的研發(fā)工作分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段，對(duì)符合要求的多個(gè)初步設(shè)計(jì)方案支付費(fèi)用，計(jì)劃時(shí)間為9個(gè)月；然后選擇兩個(gè)最有希望的方案進(jìn)入第二階段，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并進(jìn)行模型試驗(yàn)，計(jì)劃時(shí)間為1年；第三階段，政府將選擇單獨(dú)的一個(gè)方案進(jìn)行演示艇的設(shè)計(jì)、建造及試驗(yàn)，計(jì)劃時(shí)間為4年。

2007年11月，Alion（AlionScienceandTechnology）、TM&LS（Textron Marine&Land Systems）、Umoe（Umoe Mantal）和Navatek共4家公司完成了第一階段合同，第二階段合同Navatek公司落選，另外3家公司承接。至2011年，第二階段合同也已完成。本文主要介紹Alion公司和TM&LS公司在T-Craft項(xiàng)目第二階段對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)的解決方案。

2 Alion公司的技術(shù)方案

Alion公司的T-Craft方案只有兩種運(yùn)行模式，即采用側(cè)壁式氣墊船（SES）模式運(yùn)行于除登灘外的全部海上運(yùn)行階段，而在登灘時(shí)自行轉(zhuǎn)換為全墊升氣墊船（ACV）。

圖2為Alion公司T-Craft方案示意圖。其總長(zhǎng)約80.7 m，總寬約20.6 m，采用雙層甲板布置，艏部為裝載大門(mén)，打開(kāi)后可用于海上轉(zhuǎn)運(yùn)的跳板。駕駛室橫跨于艏部，可提供360°的視角。4只空氣螺旋槳在ACV模式可提供推力和操縱力，而其分散的布置可有效避免氣流相互干擾。側(cè)部圍裙系統(tǒng)通過(guò)傳動(dòng)裝置進(jìn)行收放，側(cè)體和艉部形狀都經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)以在船體周邊提供高效的氣封能力。

圖2 Alion公司的T-Craft方案

該方案的艏部進(jìn)水角很小，僅11°左右，可減小興波和在20 kn左右航速時(shí)出現(xiàn)的阻力峰值。艏部底板設(shè)計(jì)為內(nèi)凹狀，不僅可以降低艏部的排水體積，也可起到類(lèi)似防濺條抑制飛濺的作用，從而可避免因安裝防濺條而干擾圍裙收放。片體底升角在艏部為40°左右，至艉部降低到15°左右，以避免噴水推進(jìn)器吸氣。為便于圍裙安裝，側(cè)體水面以上部分設(shè)為平板面，向艏部逐步過(guò)渡。

圖3為阻力模型試驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)果（圖中數(shù)值為單片體），阻力峰處阻力相對(duì)推進(jìn)器最大許用功率線留有22%的儲(chǔ)備。在設(shè)計(jì)中，計(jì)及0.6 MW的傳動(dòng)損失，在90%MCR時(shí)，在4級(jí)海況中可達(dá)到40 kn航速；而靜水中全功率運(yùn)行的航速可達(dá)到45 kn以上。

圖3 阻力試驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)果

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)采用2臺(tái)LM 2500型燃?xì)廨啓C(jī)作為主動(dòng)力，在SES模式，由燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)齒輪箱傳動(dòng)噴水推進(jìn)器提供推力；在ACV模式，一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的功率通過(guò)齒輪箱輸出到高速發(fā)電機(jī)，發(fā)出3.5 MW電能驅(qū)動(dòng)高速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣螺旋槳裝置。全船共4套5.3 m直徑的導(dǎo)管空氣螺旋槳，每套可提供約96 kN的靜推力。圖4為動(dòng)力系統(tǒng)方案示意圖。

圖4 動(dòng)力系統(tǒng)示意圖

為實(shí)現(xiàn)氣墊供氣，設(shè)有4臺(tái)墊升風(fēng)機(jī)，由4臺(tái)柴油機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。在吸收2091 kW功率時(shí)，每臺(tái)墊升風(fēng)機(jī)可提供125 m3/s流量和14254 Pa壓力，從而使船在ACV模式具有1.3 m的墊升高度，并且在SES模式提供75%排水量的升力。

為實(shí)現(xiàn)SES模式與ACV模式供氣，通過(guò)導(dǎo)流裝置和管道進(jìn)行墊升流量控制，在SES模式將流量直接導(dǎo)入片體間的氣墊，而在全墊升模式則將流量導(dǎo)入片體外側(cè)圍裙囊內(nèi)，見(jiàn)圖5。

圖5 墊升風(fēng)機(jī)流道控制示意圖

2.2 圍裙系統(tǒng)

艏部圍裙采用常規(guī)的SES手指形式，其材料為尼龍?jiān)鰪?qiáng)聚丁二烯。為便于轉(zhuǎn)換為ACV模式，每個(gè)手指都反向安裝有一個(gè)內(nèi)指，內(nèi)指由液壓絞車(chē)通過(guò)牽索升降。在內(nèi)、外指之間設(shè)有漏水孔，以避免圍裙兜水。內(nèi)、外指之間的部分為可拆卸式，以便于局部修理和更換。

側(cè)部圍裙不僅要考慮SES的高速運(yùn)行模式，還要考慮登陸時(shí)的機(jī)動(dòng)性和越障能力。需要封住所有氣體泄漏，包括艉部的噴水推進(jìn)器噴口。側(cè)部圍裙最終采用囊指式圍裙。為避免圍裙重量和圍裙剛性的尺度效應(yīng)影響，Alion公司進(jìn)行了實(shí)尺度模型試驗(yàn)，對(duì)圍裙收放及存儲(chǔ)進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖6 艏部手指示意圖

2.3 海上轉(zhuǎn)運(yùn)與裝載

T-Craft跳板采用縱骨架結(jié)構(gòu)以提供總縱強(qiáng)度，跳板可支撐1輛M1系列的坦克或MTVR貨車(chē)。為便于與LMSR舷側(cè)平臺(tái)連接，跳板末端設(shè)有活動(dòng)的端板。跳板設(shè)計(jì)完成后，Alion公司進(jìn)行了1/4模型的海上試驗(yàn)，驗(yàn)證了海上轉(zhuǎn)運(yùn)效果。

圖7為裝載布置方案，船的艉部設(shè)有轉(zhuǎn)盤(pán)，用于登陸裝備從艏跳板裝載后至艉部回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)面向船艏的系留布置。該布置方案最多可并排布置3列登陸裝備，兩舷的2列面向艏部布置，中間1列則面向艉部布置、卸載時(shí)經(jīng)艉部轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)后從艏部卸載。

圖7 Alion公司T-Craft裝備布置方案

3 TM&LS公司的技術(shù)方案

TM&LS公司的T-Craft方案具有三種運(yùn)行模式:在開(kāi)闊海域運(yùn)行時(shí)采用排水雙體模式，高速淺吃水運(yùn)行時(shí)采用SES模式，而在登灘時(shí)采用ACV模式。

圖8為T(mén)M&LS公司的T-Craft方案示意圖。其總長(zhǎng)約77 m，總寬約25.1 m，采用單層甲板設(shè)計(jì)，駕駛室設(shè)在艏部右舷。從片體線型上很難對(duì)比其與Alion公司方案的不同之處，但其長(zhǎng)寬比要大于Alion公司的方案，有利于其全墊升狀態(tài)的穩(wěn)性。此外，TM&LS公司在方案中通過(guò)前、后氣墊壓力的自動(dòng)控制改善船型在波浪中的運(yùn)動(dòng)性能。

圖8 TM&LS公司的T-Craft方案（未顯示圍裙）

3.1 動(dòng)力系統(tǒng)

在SES與排水雙體運(yùn)行模式，由2臺(tái)LM 2500燃?xì)廨啓C(jī)分別驅(qū)動(dòng)W?rtsil? 1720軸流噴水推進(jìn)器。TM&LS公司認(rèn)為，LM 2500所提供的功率已明顯超出了T-Craft的項(xiàng)目要求，但市場(chǎng)上沒(méi)有與T-Craft需求更接近的主機(jī)。因此，在這樣的主機(jī)功率下，可以提高航速或提高裝載能力。

每舷2臺(tái)離心風(fēng)機(jī)布置在船舯位置附近，由1臺(tái)MT-7向前、向后驅(qū)動(dòng)。每舷甲板室頂布置2只導(dǎo)管空氣螺旋槳，每只螺旋槳均由1臺(tái)MT-7驅(qū)動(dòng)。

此外，TM&LS公司的T-Craft方案可使用1臺(tái)LM 2500主機(jī)通過(guò)一套輕型電力裝置驅(qū)動(dòng)2臺(tái)噴水推進(jìn)器和墊升風(fēng)機(jī)，以SES模式執(zhí)行遠(yuǎn)程航渡任務(wù)。因僅使用1臺(tái)主機(jī)而節(jié)省的燃油裝載量小于該套電力裝置的重量，并可進(jìn)一步節(jié)省燃油消耗。

3.2 圍裙系統(tǒng)

為演示從SES模式到ACV模式的轉(zhuǎn)換，TM&LS公司制作了6.1 m長(zhǎng)的實(shí)尺度船體結(jié)構(gòu)及圍裙剖面分段，驗(yàn)證了圍裙系統(tǒng)的收放及存儲(chǔ)。圖9為試驗(yàn)照片，可以觀察到其用于提升圍裙的牽索，以及船體內(nèi)用于存儲(chǔ)圍裙的箱形結(jié)構(gòu)。

圖9 TM&LS公司實(shí)尺度圍裙收放試驗(yàn)

3.3 海上轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

TM&LS公司設(shè)想在海上轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，將T-Craft與LMSR艉對(duì)艉?？?，使LMSR的艉跳板直接與T-Craft的裝載甲板艏部連接，登陸裝備直接從LMSR上行駛到T-Craft的甲板上，面向艏部系留。這樣，裝備不需在T-Craft上回轉(zhuǎn)或反向系留，可具有較高的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和登灘后的卸載速度。TM&LS公司同樣對(duì)其海上轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了海上模型試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

針對(duì)T-Craft項(xiàng)目的特殊要求，Alion公司和TM&LS公司均發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，提出了各自方案和關(guān)鍵技術(shù)的解決途徑。下頁(yè)表2為兩個(gè)公司方案對(duì)任務(wù)要求的滿足程度對(duì)照表，可見(jiàn)Alion公司及TM&LS公司的設(shè)計(jì)方案均滿足或超過(guò)全部要求最低限界。

表2 Alion公司和TM&LS公司的T-Craft方案對(duì)照表

然而，在T-Craft項(xiàng)目完成第二階段研究后，一直沒(méi)有進(jìn)入第三階段演示艇的設(shè)計(jì)和建造。對(duì)此，TM&LS公司聲稱(chēng)是因“海軍確定所需技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，沒(méi)有建造演示艇的必要”，而Alion公司則稱(chēng)是由于資金原因。但無(wú)論如何，T-Craft項(xiàng)目開(kāi)展完成第二階段已經(jīng)取得了諸多技術(shù)突破，特別是不同公司均不約而同地采用氣墊技術(shù)以實(shí)現(xiàn)兩棲性，表明了氣墊技術(shù)對(duì)于特種任務(wù)船型所具有的良好應(yīng)用前景，而T-Craft項(xiàng)目所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破也為氣墊技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了非常好的方向和思路。

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