水面小型無人艇收放技術(shù)概述

戈亮 張恭

摘? ? 要：船載水面無人艇的收放技術(shù)已成為無人艇應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文介紹了當(dāng)前無人艇在母船上的搭載、釋放及回收的概況，認(rèn)為滑道技術(shù)可作為高海況下收放無人艇的重點(diǎn)研究方向，為我國新型無人艇的研制提供參考。

關(guān)鍵詞：無人艇;收放技術(shù);高海況

中圖分類號：U674.91 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： The technology of release and recovery of unmanned surface vessel （USV） has become a research hotspot in the application field of USV. This paper introduces the situation of the new technology of the release and recovery of the USV on the mother ship， and considers that the stern ramp technology can be used as a key research direction of release and recovery of the USV under high sea conditions， providing a reference for the development of the new USV in China.

Key words： Unmanned surface vessel; Release and recovery; High sea conditions

1? ? 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，無人化、智能化、信息化裝備系統(tǒng)已成為一種發(fā)展趨勢。在水面無人艇的研制初期，由于無人艇的排水量較小、續(xù)航能力有限，應(yīng)用范圍限制在沿海近岸地區(qū)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人艇執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力得到提高，人們越來越期望將無人艇的應(yīng)用范圍拓展到遠(yuǎn)海領(lǐng)域。目前，除了開發(fā)續(xù)航時間長的大型無人艇外，通過大型艦船作為母船來搭載無人艇成了新的技術(shù)領(lǐng)域。由于在釋放和回收無人艇的過程中缺乏人員輔助，使無人艇在海上捕捉和對中均十分困難，尤其在惡劣環(huán)境海況下的不確定程度更高，因此對收放技術(shù)的自動化及可靠性要求更為嚴(yán)苛。

2? ? 無人艇發(fā)展現(xiàn)狀

美國、以色列、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家都早已開展了無人艇的研制，并將遠(yuǎn)海搭載及收放技術(shù)作為無人艇研制成功的關(guān)鍵條件。當(dāng)前，無人艇的收放方法還是主要基于有人工作艇的收放技術(shù)，必須進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，使無人艇的收放技術(shù)向高海況、安全、快速、高效性方向發(fā)展。美國已開發(fā)出用于收放的助力拖曳吊及自動引導(dǎo)鉤錨系統(tǒng)，主要開發(fā)在高海況下使用的無人艇。

國內(nèi)無人艇的收放技術(shù)，主要有船用吊機(jī)式和尾滑道收放式兩種：

（1）吊機(jī)收放方式

是目前國內(nèi)無人艇收放應(yīng)用的主要形式，多數(shù)是在船側(cè)面安裝起重機(jī)械，用線纜系留的方式吊起或放下無人艇。這種方式雖然簡單易行，但也存在一定的缺點(diǎn)，比如對海況要求高的船舶平臺必須為靜止或低速狀態(tài)、需要多人協(xié)助，見圖1。

（2）尾滑道收放方式

以有人工作艇的收放為主，主要應(yīng)用于公務(wù)執(zhí)法船的收放。

尾滑道收放方式，主要分為沖排式和轉(zhuǎn)運(yùn)式兩種類型。只需對其捕捉系統(tǒng)或沖排裝置進(jìn)行改進(jìn)，這種收放方式就可以應(yīng)用于無人艇的收放。

3? ? 水面無人艇收放裝置

3.1? ?吊籠式收放裝置

吊籠式收放裝置分為直升機(jī)用吊籠和艦船用拖體吊籠兩種形式：

（1）直升機(jī)用吊籠

是指吊籠與直升機(jī)起重絞車的吊索相連接的無人艇收放裝置;

（2）艦船用拖體吊籠

是指拖體吊籠與艦船上起重吊機(jī)的吊索相連接的無人艇收放裝置。

直升機(jī)用吊籠收放裝置，應(yīng)用時能迅速到達(dá)現(xiàn)場，但通常只能在3級及以下海況時正常使用，見圖2;

艦船用拖體吊籠收放裝置，使用方法比較簡單方便，但其組成較復(fù)雜、操作難度大，需與特種吊機(jī)配合應(yīng)用，適裝于中大型艦船，見圖3。

3.2? ?船用吊機(jī)式收放裝置

船用吊機(jī)吊放方式是比較常用的收放方式，多數(shù)是在船側(cè)面安裝起重機(jī)械，通過繩索系留方式吊起或放下小艇。這種方式雖然簡單易行，但也存在一定的缺點(diǎn)，比如在高海況下船舶平臺必須處于靜止或低速狀態(tài)，需要多人協(xié)助等。

船用吊機(jī)式收放裝置，按其類型大致可分為A形架吊機(jī)式、單點(diǎn)吊式和雙點(diǎn)吊式幾種：

（1）A形架吊機(jī)式

A形架吊機(jī)式收放裝置（見圖4），是一種較特殊的小艇收放裝置，它是在垂直平面上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出的起重裝置，具有起重能力大、適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)。按其作業(yè)要求和安裝位置，可分為船尾式和舷側(cè)式。

A形架吊機(jī)式收放裝置的組成，包括A形架和專用絞車等。A形架在收放無人艇的過程中，一方面承受著收放小艇的變化載荷，另一方面還承擔(dān)著將小艇在母船上的兩個位置（舷內(nèi)和舷外）進(jìn)行轉(zhuǎn)換的任務(wù)。

A形架吊機(jī)式收放裝置，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

① 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、強(qiáng)度高，在作業(yè)時載荷在裝置上分布均勻，可滿足在復(fù)雜海況下負(fù)載變化較大對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等的較高要求;

② 可根據(jù)需要來確定在甲板上的安裝位置，在將小艇收回到甲板的面積僅比艇在甲板上所占面積略大，占用甲板面積小;

③ 操作簡便可靠，還可為實(shí)現(xiàn)其他功能而加設(shè)相關(guān)設(shè)備。

（2）單點(diǎn)吊式收放裝置

單點(diǎn)吊式收放裝置，一般具有起升、回轉(zhuǎn)和變幅功能，動力通常采用液壓驅(qū)動或電動機(jī)驅(qū)動。單點(diǎn)吊式收放裝置，具有操作簡單、快速等特點(diǎn);其缺點(diǎn)是在艇的起吊過程中穩(wěn)定性不易控制，尤其在高海況下更不易操作;為改善小艇在起吊作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，單點(diǎn)吊式收放裝置一般應(yīng)具有波浪補(bǔ)償和防搖裝置等設(shè)計(jì)，見圖5。

（3）雙點(diǎn)吊式收放裝置

雙吊點(diǎn)式收放裝置（見圖6），可明顯改善小艇的在吊過程中的穩(wěn)定性問題，但其回收小艇的操作過程較單點(diǎn)吊式復(fù)雜，需將兩個吊鉤同步掛在小艇上，以減少高海況時波浪運(yùn)動對小艇的危害。

3.3? ?尾滑道收放裝置

尾滑道收放裝置系指依靠在母船尾部開設(shè)的斜槽滑道配置相關(guān)設(shè)施，用于母船快速收放小艇的收放裝置。相比于傳統(tǒng)船用吊機(jī)收放裝置，具有快速反應(yīng)、操縱簡單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。公務(wù)執(zhí)法船舶和軍用艦船，由于需要在惡劣海況下快速收放工作艇來執(zhí)行任務(wù)，越來越普遍地采用尾滑道收放裝置。

尾滑道收放裝置的形式，常見的有如下幾種：

（1）船塢式滑道

船塢式滑道收放系統(tǒng)（見圖7），母船上需設(shè)有足夠大的塢井，尾門形式為上翻式。在小艇釋放前，通過壓載或灌水使塢井內(nèi)進(jìn)入足夠的海水，以使小艇漂浮并駛離母船;在小艇回收至母船前，塢井內(nèi)同樣需進(jìn)入足夠的海水，讓小艇駛?cè)肽复ㄎ还潭ā?/p>

在釋放或回收過程中，艇員可以對小艇的運(yùn)動進(jìn)行操縱和干預(yù)，如遇特殊情況可以及時停止收放作業(yè)。圍閉的塢井在收放過程中還可以起到有效的防風(fēng)浪的作用，適用于較高海況下小艇的收放。

船塢式滑道收放裝置的特點(diǎn)是小艇停于母船內(nèi)的干燥環(huán)境中，收放作業(yè)時塢井內(nèi)必須灌入海水;在作業(yè)過程中，小艇收放時無沖排過程，能夠有效的降低收放過程對小艇的損壞;但母船的塢井底部需位于水線以下，其深度需大于小艇吃水。因此從布置上考慮，船塢式滑道收放裝置通常只適用于排水量大、吃水深的中大型艦船。

（2）固定式尾滑道

固定式尾滑道收放裝置（見圖8），其表面要與小艇的形狀相匹配，使用圓柱滾輪來支撐小艇并引導(dǎo)小艇的運(yùn)動軌跡。該種方式結(jié)構(gòu)簡單，但小艇在回收時有沖排過程，對小艇的外殼保護(hù)較差，一般只適用于3級以下海況作業(yè);其滑道較深，尾門為上翻式，適用于型深較大的艦船。

（3）鉸接式滑道

鉸接式滑道通（見圖9），常設(shè)有下翻式尾門、存放鉸接板、絞車、液壓系統(tǒng)等。小艇停放于母船活動甲板上，活動甲板上設(shè)有支撐滾輪，釋放時小艇與滑道一起傾斜某一角度，小艇依靠自身重力下滑至水面;收艇時，小艇對準(zhǔn)活動甲板中心駛?cè)牖?，然后用鋼絲繩將小艇拖入活動甲板，活動甲板再轉(zhuǎn)動至水平位置。這種方式有利于提高甲板面的利用率。

（4）伸縮式滑道

伸縮式滑道（見圖10），可從母船上伸出或收進(jìn)。釋放小艇時，尾滑道載著小艇伸出母船尾門外至海水中，使小艇漂浮于海面后，小艇再駛離母船;回收時，尾滑道伸出母船尾門外至海水中，小艇對準(zhǔn)尾滑道中心后駛?cè)氩⒍ㄎ唬湛s載有小艇的尾滑道至母船中。該種方式對小艇外殼保護(hù)較好，回收過程中小艇無需沖排。

（5）縱向傾斜沖排式滑道

縱向傾斜沖排式滑道（見圖11），其表面要與工作艇的形狀相匹配，使用圓柱滾輪來支撐小艇，并引導(dǎo)小艇在縱向傾斜式滑道上沖排至指定存放位置。

該種方式結(jié)構(gòu)簡單，但沖排過程容易對工作艇外殼造成損壞，且需人工參與捕捉小艇;小艇對中難，易應(yīng)力集中破壞小艇船殼;滾輪容易生銹，導(dǎo)致摩擦力增大使小艇損傷;無法實(shí)現(xiàn)自動沖排，需人工協(xié)助捕捉小艇，存在安全性隱患;適應(yīng)海況低，一般都在3級海況以下使用;為了降低捕捉難度，縱向傾斜沖排式滑道增加了自動捕捉裝置，以減少操作的難度。

（6）轉(zhuǎn)運(yùn)式滑道

轉(zhuǎn)運(yùn)式滑道收放系統(tǒng)（見圖12），具有操作維護(hù)容易、工作運(yùn)行迅速、自動化程度高、安裝方便靈活、適裝性好等特點(diǎn)。

轉(zhuǎn)運(yùn)式滑收放系統(tǒng)，通常由主軌道架、折頂架以及副軌道架組成：副軌道架可以在主軌道架上面運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)伸縮式的收放;折頂架通過鉸鏈與主軌道架、副軌道架連接，從而實(shí)現(xiàn)可折。這三個軌道架與主液壓缸、滑輪支撐裝置共同組成了小艇在母船上釋放和回收的安全作業(yè)環(huán)境。

轉(zhuǎn)運(yùn)式滑收放系統(tǒng)的回收過程，一般分成如下幾個步驟：

① 打開尾門釋放主軌道架和副軌道架;

② 當(dāng)主軌道架和副軌道架行駛到設(shè)定位置時，通過曲折油缸放平副軌;

③ 小艇駛?cè)敫避墐?nèi);

④ 通過液壓及鋼索組合的方式，將主軌道架和副軌道架牽引至指定位置并鎖緊。

轉(zhuǎn)運(yùn)式滑道收放裝置，具有以下特點(diǎn)：

①系統(tǒng)運(yùn)載托架可折，使小艇回收時不需要沖排，確保艇體免受沖擊力損傷;

②小艇設(shè)計(jì)成直接座墩在托架上，回收時艇體底部無磨擦，確保艇體底面免受損傷;

③采用視頻遙控及限位裝置引導(dǎo)小艇對中駛進(jìn)滑道，確保小艇在高海況時的回收成功率。

4? ? 結(jié)束語

隨著無人艇技術(shù)的發(fā)展與執(zhí)行遠(yuǎn)海任務(wù)的增多，配套的搭載與收放技術(shù)成了新的研究領(lǐng)域，并有著廣闊的發(fā)展空間。國內(nèi)有關(guān)單位在研制無人艇的同時，應(yīng)加強(qiáng)與之相對應(yīng)的收放技術(shù)開發(fā)，盡早形成標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的產(chǎn)業(yè)服務(wù)鏈。

參考文獻(xiàn)

[1]葉邦權(quán)，等.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊-舾裝分冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[2] 黎理勝.轉(zhuǎn)運(yùn)式尾滑道收放系統(tǒng)介紹及應(yīng)用探討[J].廣東造船， 2019（3）.