靈活軌道框架在現(xiàn)代航母上的應(yīng)用

邵優(yōu)華， 劉序辰

(1. 海軍駐上海地區(qū)艦炮系統(tǒng) 軍事代表室， 上海 200129； 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

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靈活軌道框架在現(xiàn)代航母上的應(yīng)用

邵優(yōu)華1， 劉序辰2

(1. 海軍駐上海地區(qū)艦炮系統(tǒng) 軍事代表室， 上海 200129； 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

為了降低大型艦船的建造成本，易于使用和維護過程中任務(wù)使命調(diào)整帶來的設(shè)備設(shè)施靈活布置和移動，以及便于改換裝工作，美海軍研制了靈活軌道框架，并應(yīng)用于CVN78的建造。本文介紹了美海軍研制的靈活軌道框架和接口形式，以及在CVN78上的應(yīng)用，提出了在我國大型艦船研制中采用該項技術(shù)的建議。

美國海軍航母靈活軌道框架

0　引言

艦船服役期較長，如企業(yè)號航母1960年開始服役，2012年退役，服役了50年之久。艦艇在服役期內(nèi)需要適應(yīng)新的任務(wù)、威脅和技術(shù)升級，會經(jīng)歷幾次改換裝過程，包括中期一次重大的改進，以容納新的技術(shù)、系統(tǒng)和裝備[1-2]。艦船每次改換裝后時所執(zhí)行的任務(wù)使命可能會有所調(diào)整，導(dǎo)致艦上設(shè)備有所變化，這些設(shè)備在狹小艙室中的安置和移動就成為海軍維護保養(yǎng)時的難題。如果設(shè)備能夠根據(jù)任務(wù)在艙室內(nèi)靈活移動，一方面可使艙內(nèi)布局更合理，另一方面也易于快捷地拆裝，節(jié)約時間和經(jīng)濟成本。為此，美國海軍研制了靈活軌道框架，這些軌道可承載設(shè)備靈活移動或?qū)⒃O(shè)備固定，便于改變空間布局和設(shè)備設(shè)施改換裝工作。根據(jù)有關(guān)文獻[2-3]記載，所謂靈活軌道框架，是指用鋁合金材料做成軌道，設(shè)計成幾種標(biāo)準(zhǔn)高度，呈網(wǎng)格狀在甲板、艙壁、艙頂上鋪設(shè)，軌道框架上帶有軌道組裝和設(shè)備設(shè)施固定的標(biāo)準(zhǔn)接口，以滿足上述任務(wù)需求。

1　靈活軌道框架和接口

美國RAND公司的報告[4]顯示，靈活軌道框架是美國艦船模塊化和靈活性概念下的一個實施應(yīng)用，借鑒了飛機設(shè)計建造的一些做法。靈活軌道框架主要由標(biāo)準(zhǔn)軌道和標(biāo)準(zhǔn)接口(見圖1、圖2)兩個要素組成。軌道由鋁合金板材經(jīng)過壓制加工成形，呈網(wǎng)格狀安裝，軌道上有標(biāo)準(zhǔn)間隔的開孔用于安裝設(shè)備和裝置。軌道框架上帶有軌道組裝和設(shè)備設(shè)施固定的標(biāo)準(zhǔn)接口，用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓和螺母固定軌道和連接件，軌道上附有軌道接頭用于固定設(shè)備。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)軌道

圖2　標(biāo)準(zhǔn)接口

靈活軌道框架結(jié)構(gòu)如圖3所示，安裝螺柱焊接在船體結(jié)構(gòu)上。螺柱上有調(diào)平螺母，用于調(diào)整水平以提供一個水平的軌道面。沿著軌道每一英寸都有一個附著點，可以將設(shè)備安裝在不同位置。通過軌道接頭將設(shè)備和軌道連接以實現(xiàn)設(shè)備的固定，松開軌道接頭就可進行設(shè)備移動。圖4為靈活軌道框架剖面圖。

圖3　軌道安裝位置示意圖

圖4　靈活軌道框架剖面圖

2　靈活軌道框架應(yīng)用

在以往的航空母艦及其他艦船的設(shè)計和建造中，空間嚴格限定。針對靈活性的空間要求，美海軍和紐波特紐斯造船廠研發(fā)了靈活軌道框架，在CNV78航母上進行了應(yīng)用，軌道總長度超過7 km。圖5為甲板軌道系統(tǒng)，包含三個高度(152.4 mm，228.6 mm，304.8 mm)，應(yīng)用于各種艙室。圖6為艙壁軌道系統(tǒng)。圖7為艙頂軌道系統(tǒng)。 圖 8 為輕便的艙壁和立柱。圖9為安裝在艙頂軌道上的燈具。圖10為安裝在艙壁軌道上的供電設(shè)備。另外，在艙室內(nèi)地面與甲板之間的通風(fēng)系統(tǒng)安裝也采用了靈活軌道，軌道高度有152.4 mm和304.8 mm兩種規(guī)格，前者為輕載，后者為重載。

圖5　1.83 m高軌道和3.66 m高軌道

圖6　艙壁軌道系統(tǒng)

圖7　艙頂軌道系統(tǒng)

圖8　輕便的艙壁和立柱

圖9　靈活的照明系統(tǒng)

圖10　靈活的供電系統(tǒng)

上述軌道的應(yīng)用給艙室空間重新布局提供了極大的靈活性，用輕便的艙壁和立柱可迅速組成一個艙室，艙室內(nèi)的通風(fēng)、照明和供電因軌道框架的應(yīng)用安裝十分方便，圖11為運用靈活軌道框架組成起居室、儲藏室和作戰(zhàn)指揮中心的示意圖。

圖11　靈活軌道框架在空間改造上的應(yīng)用示意

美國海軍將在兩棲攻擊艦2號艦LHA(“的黎波里”號)、3號艦LHA8以及DDG1 000型驅(qū)逐艦2號艦、3號艦等艦船建造過程中，以及尼米茲級航母升級改造的新系統(tǒng)換裝過程中，采用靈活軌道框架。

3　靈活軌道框架的優(yōu)勢

靈活軌道框架在艦船建造過程中大幅度降低了焊接(即熱作業(yè))作業(yè)工作量，在大型艦船部分空間重新布局過程中也基本消除了焊接作業(yè)。分析表明，由于減少了人力與熱作業(yè)，艙室空間改造成本減少了約25%～50%。建造一艘航空母艦需要大約七年的時間，在漫長的建設(shè)期內(nèi)，可能面臨艙室重新改造的問題，靈活軌道框架的應(yīng)用可降低建造成本，并有利于建造過程中的安全生產(chǎn)。靈活軌道框架的應(yīng)用，有利于降低服役期內(nèi)的空間改造成本，并增加對艦船改換裝的靈活性。當(dāng)然，靈活軌道框架的應(yīng)用還面臨一些技術(shù)問題需要解決，如異種金屬間的電化學(xué)腐蝕問題、不同的設(shè)備系統(tǒng)共軌道安裝的振動問題等。

4　建議

為適應(yīng)我國未來大型艦船快速發(fā)展、模塊化技術(shù)應(yīng)用，以及艦船使用和保障過程中的技術(shù)升級和加改裝，建議借鑒美海軍在艦船上采用靈活軌道框架的做法，開展技術(shù)研究工作，分析對艦船重量重心、艙容等方面的影響，研制靈活軌道和接口，解決承重、變形、振動、電化學(xué)腐蝕等技術(shù)問題，進行應(yīng)用驗證和標(biāo)準(zhǔn)化，為擴大應(yīng)用范圍創(chuàng)造條件。

[1]Abbott J. Modularity Historical Study[R]//Carderock: Naval Surface Warfare Center Carderock Division, 2009.

[2]Abbott J W, Levine A, Vasilakos J. Modular/Open Systems to Support Ship Acquisition Strategies[R]//Alexandria: American Society of Naval Engineers, 2008.

[3]Garver S, Marcantonio R, Sims P. Modular Adaptable Ship(MAS) Total Ship Design Guide for Surface Combatants[R]//Alexandria: Naval Sea Systems Command, 2011.

[4]Schank J F, Savitz S, Munson K, et al. Design Adaptable Ship: Modularity and Flexibility in Future Ship Designs[M]. US Calif: RAND Corporation, 2016.

Application of Flexible Track Infrastructure for Modern Aircraft Carrier

SHAO You-hua1, LIU Xu-chen2

(1. Military Delegate Office of Naval Warship Cannon System in Shanghai, Shanghai 200129, China;2. Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute, Shanghai 200032, China)

In order to reduce the cost of the large ships construction, and facilitate flexible arrangement and movement of the equipment for mission change in operation, maintenance and modernization, US Navy developed Flexible Track Infrastructure and applied in CVN78 constriction. US Navy Flexible Track Infrastructure, interface, and the technology application in US Navy aircraft carrier was introduced. And a proposal was put forward to adopt this technology in the development of large ship in our country.

US NavyAircraft CarrierFlexible Track Infrastructure

邵優(yōu)華(1964-)，男，高級工程師，從事艦船總體性能、艦船配套、建造工藝、質(zhì)量監(jiān)管等方面的研究工作。

U671

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