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[图文]中国气垫船的发展

热度153票  浏览213次 【共0条评论】【我要评论 时间:2010年1月03日 21:26

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★气垫船及其分类 ★

气垫船是利用船上的大功率风机产生高于大气压的空气,把空气压入船底并与水面或地面之间形成气垫,将船体全部或大部分托离水面而高速航行的船只。1959年,英国制造出世界上第一艘气垫船,它从法国加莱出发,在两小时五分钟内成功地横渡了英吉利海峡,一时间轰动了世界。

气垫船的出现首先为各国海军所关注,继而各国不惜耗费巨资进行大量的研究和实艇试验,并集中研制气垫登陆艇。气垫船是目前实际应用最多的高性能舰船,至少有十几个国家海军列入正式装备。

图1:

气垫船按航行状态分为全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种。

1、全垫升气垫船。是利用垫升风扇将压缩空气注入船底,与支承面之间形成“空气垫”,使船体全部离开支承面的高性能船,英国制造的世界第一艘气垫船即为全垫升式。

全垫升气垫船采用空气螺旋桨推进,航行时船底离开水面,因此具有独特的两栖性和较好的快速性。在军事上,气垫艇是最理想的登陆作战运输装备,它的高航速、两栖性大大提高了上陆抢滩速度,增大了战术突然性,有利于上得去,突得破。垫升式气垫船不但可在冰雪、沼泽、礁滩上航行,也可在无码头设施的沿海岛屿停靠,实施无码头组织不间断的后勤补给,有利于向纵深突击;同时也是猎雷艇、扫雷艇的理想艇型。另外,还可用于在浅滩、滩涂、岛屿间担负巡逻警戒、交通运输、抢险救灾等任务。

由于全垫升式气垫船具有良好的通过性,受潮汐、水深、雷障、登陆障碍及近岸海底坡度、底质的限制小,因而可在全世界70%以上的海岸实施登陆作战(排水型登陆艇只能在全世界17%的海岸线登陆)。另外,这种登陆气垫船在战斗装载的情况下,仍可以30~40节甚至更高的航速航行,大大缩短了登陆部队暴露于敌岸防火力下的时间,加快了上陆速度,提高了登陆部队的安全性。

目前,美国海军的新型全垫升式气垫登陆艇LCAC气垫登陆艇最为先进。LCAC气垫登陆艇服役后,与各种登陆舰先后进行了协同试验,它可依靠自身动力和操纵自由进出各种登陆舰船坞。海湾战争中,LCAC艇参加了作为两栖佯动的“雷击临近”大型演习。目前,俄罗斯拥有世界上最庞大的气垫登陆艇编队。(详见文后资料一。)

2、侧壁式气垫船。这种气垫船的船底两侧有刚性侧壁插入水中,首尾有柔性围裙形成的气封装置,可以减少空气外逸。航行时,利用专门的升力风机向船底充气形成气腔,使船体飘行于水面。它常选用轻型柴油机或燃气轮机作为主动力装置,用水螺旋桨或喷水推进,航速可达20~90节;有较好的操纵性和航向稳定性,但不具备两栖性。由于这种气垫船气腔中的空气不易流失,托力比全垫升式大,而且功率消耗小,适合建造大型船只,因而其军用价值颇受各国海军重视,认为它比全垫升式气垫船更有发展前途,美国海军甚至称这是“水面舰艇发展吏上的一次重大革命”。特别是近年来,随着围裙寿命提高、造价下降和水下更换围裙技术的进展,以及气垫系统采用航行控制装置,它在波浪中的摇摆性能又大为改善。现代侧壁式气垫船的刚性侧壁已发展为细长的两个船体,兼有高速双体船的优点,又称气垫双体船或表面效应船(SES),是一种发展非常迅速的船型。

1985年,苏联海军建造了世界上第一艘用作导弹护卫舰的侧壁式气垫船“海狮”号。目前,除俄罗斯之外,挪威、西班牙分别研制了排水量370吨的用作水雷对抗艇和反潜轻型护卫舰的表面效应船。美国海军在一系列实验成功的基础上,正在着手研制较大型的侧壁式气垫船,如3000吨级的导弹驱逐舰等。

★ 中国气垫船的发展 ★

从50年代后期起,中国即着手气垫技术的应用研究以及气垫船的开发。40多年来,在气垫技术方面,通过原理研究、模型试验、中间试验和试用,已基本掌握了全垫升式和侧壁式气垫船技术,进入实用化型号的研制和应用阶段。气垫技术的开发和应用,适应了军民特种需要,为船舶在特定环境(如浅水急流、江河上游险滩、沼泽地带、浅海滩涂、河口近岸和冰雪地区)的航行以及两栖登陆等创造了条件。

1、开展应用研究,深入进行中间试验

50年代后期,为探索气垫新技术,全国40多个单位组织力量,开始原理研究和模型试验,进而试制载人试验车和试验艇。有些单位用航空发动机作动力,采用空气螺旋桨推进或喷气推进;有些单位研制的气垫船兼能上岸;也有些单位则研制以陆用为主的试验性地面效应器或气垫车,名为“漂行汽车”、“无轮汽车”、“气垫飞行器”等等。名称虽不同,但实质均属全垫升式气垫模型。当时这些试验船均未装围裙,操纵性不佳,海上和陆上试验都发现不少问题,只停留在原理性的应用研究阶段。1960年,国防科委副主任张爱萍主持召开全国气垫技术会议,现场展览比试各型试验车和试验艇后,明确以船为主要研究方向,并决定缩短战线,相对集中力量,循序前进,对关键技术问题组织协作攻关,从此改变了以往“遍地开花”的局面。1961年后,全国处于调整时期,科研经费短缺,物资供应困难,许多单位相继停止了对气垫技术的研究,出现了大起大落的现象。

1962年,国家科委船舶专业组组织制订了船舶科学技术发展十年(1963年到1972年)规划,将气垫技术的开发列入规划项目。国防科委确定由七院为主,继续组织研究工作。1963年到1967年,东北地区沈阳松陵机械厂利用航空活塞式发动机相继研制成全垫升式气垫试验艇“松陵l”号、“松陵2”号和“松陵3”号。初期采用单层周边围裙,继而改用周边射流火腿形柔性围裙,在松花江、旅顺近海以及辽河水网地区都进行了试航试验。上海708研究所专门组织力量,成立研究机构,于1963年后的五年间相继在沪东造船厂试制总重为4吨级的小型全垫升式气垫试验艇711-1号和711-2号。初期只采用硬体周边射流,继而增装火腿形柔性围裙,最后在71l-2号艇上改用囊指形围裙,建成后均先在上海淀山湖和黄浦江反复试验,研究气垫船航行的基本性能中关于飞升、推进、埋首、倾覆、稳性和侧漂等问题。711-2号艇后经改进,采用了可变正负螺距的可控螺距空气螺旋桨,全艇机电系统操纵和驾驶由一人集中控制,加上围裙提升与舵联动,使艇的回转半径显著减小,操纵性大为改善,具有顺利驶入河汊、飞越稻田、上岸退滩、逾越沟渠等能力,湖面试航航速曾达98千米/小时。1967年在四川金沙江段和云南西双版纳澜沧江上试航时,在湍急滩流中向上游冲滩成功。该艇返沪后再经改进,又沿黄浦江、长江口驶到舟山沿海进行耐波性试验。在此期间,为探索船体两侧增加入水刚性结构以形成侧壁而便于水螺旋桨推进的技术,708研究所又于1966年设计、试制侧壁式气垫试验艇711-3号,经在淀山湖和黄浦江进行航行试验后,又至金沙江、澜沧江及舟山等地进行一系列中间试验,顺利越过激流和泡旋水(其间又进行横稳性及首尾气封、首加水翼等多项试验),取得初步成功。通过上述各型中间试验艇的多项试验,我国从实践上开始掌握气垫技术应用于船舶的基本规律,为试用创造了条件。

1965年冬,国家科委副主任张有萱召开船舶技术政策讨论会,决定促进国内气垫船的发展,并以解决军民急需任务为目标开展试用艇的研制。此后,共有全垫升式试用艇2型,侧壁式试验、试用艇4型,由内河逐步推向沿海深入试验。

60年代后期,为适应沿海岛屿之间的交通需要,人民解放军总后勤部委托708研究所设计全垫升气垫交通试用艇716型,1978年由沪东造船厂建成。该艇总重16吨,设计载重量2吨,当年在淀山湖试航,航速达100千米/小时。后即调广东海区试用,因发现航空活塞发动机用高挥发性汽油容易引起事故而停止使用。

1975年,海军拟试验气垫艇登陆,委托708研究所设计中型全垫升式气垫登陆试验艇722型。在冶金、机械、航空等工业部门和天津市的有关厂所大力协助下,该艇于1979年建成调试。该艇总重65吨,设有艏艉门,可装l辆辎重车或1个登陆步兵加强连,载重量为 15吨,艇体为铝质,配用退役返修的航空汽油活塞式发动机4台,总功率为4×1100千瓦,航速达89.8千米/小时。1980年,该艇组织两次长航程试验:第一次来回塘沽、秦皇岛间,第二次横跨渤海湾,绕成山头到达青岛,两次航程共计约800海里。试验结果表明,艇的稳性、垫升性、操纵性和快速性良好,机件、轴系和围裙等在精心维护下能正常运行,但主机故障率高,噪音大,在海洋环境中耐蚀性差,尤其是以高挥发性汽油为燃料不符合实战要求,只能作为中间试验之用。1981年到1982年,以708研究所为主,海军和702研究所密切配合,在青岛海域和东海吴淞口外海组织了两次在3级海情下的耐波性和快速性试验,进行艇体结构振动、围裙应力、应变以及舱室噪音测试,为实用化型号的研制提供了第-手海上实验数据。

60年代后,国内对于侧壁式气垫试用艇的研究十分活跃。60年代后期,为适应川江、金沙江快速交通客运的需要,由708研究所设计,沪东造船厂建造出侧壁式气垫艇713型,并于1971年交重庆轮船公司试用。该艇为铝结构,用国产首批试制的12V135型增压高速柴油机作动力,载客80多名。但由于主机故障多,维修难,经济效益差,故未正式营运,1973年后闲置不用。1977年,该艇经改装修复,与其它气垫船一起作编队远程试航,由重庆航行至宜宾,又上溯金沙江到新市镇,返回宜宾后又上溯泯江到乐山,再返重庆,全程1500余千米,经受了急流、陡壁、浅滩、大旋涡和急转弯的考验。

1967年,人民解放军总后勤部委托708研究所设计、求新造船厂建造浅水急流区段用喷水推进侧壁式气垫艇717型。该艇于1973年建成,总重12吨,载重2吨,用国产12V150ZC柴油机作主机,功率为220千瓦,航速仅42.8千米/小时,未达到设计要求。该艇于1975年后停用,调回708研究所改进,改进后命名为717-A型,其操纵性能良好,靠离码头方便,江中航速达48.5千米/小时,能在拥挤航道中行驶。

70年代开始,上海船舶运输科学研究所致力于采用玻璃钢船体结构、适于水网地区使用的气垫客艇的开发工作。针对内河水浅、湾多、船多、航速不宜过快等特点,研制了双扇联动的5吨全玻璃钢侧壁式试验艇,1975年试航成功。

1970年,708研究所设计出钢质艇体、玻璃钢上层建筑的沿海侧壁式气垫试验艇719型,主机采用3台12V180Z型高速柴油机,每台功率880千瓦。由于十年动乱的影响,该艇延至1978年才竣工。该艇航速偏低,只有64.8千米/小时,从福州长航470海里至上海,沿途作多次试验,发现轴系振动、围裙撕裂和尾封积泥等问题。1983年该艇经改进命名为719-1型,艇长增加6.5米,总重增至96吨,客位增加到180名,航速为57千米/小时,经济性有所改善。该型艇由芜湖造船厂承担施工,建成后曾在南京旅游公司营运。

通过上述各型试用艇在内河、沿海进行的大量试验,我们基本上掌握了气垫技术应用于船舶的垫升性、推进性、快速性、稳定性和操纵性等诸多问题的规律,并从实践和理论上开始对气垫船耐波性进行研究,为走向实用化打下了基础。

2、跨入实用化型号的研制与生产

为推进气垫技术应用于船舶的开发工作早日实用化,1980年5月,国务院国防工办主持召开了第二次全国气垫技术专业会议。会议认为,中国的气垫技术所以长期停留在试验和试用艇阶段,主要是由于缺乏适用的动力设备系统,以及艇体与柔性围裙材料不配套。鉴于科研经费有限,故需先从研制小型、内河用气垫艇开始,逐步向河口、沿海用中型艇实用化过渡。1982年10月又召开了第三次气垫技术专业会议,检查研究向实用化过渡中发生的困难和问题,进一步统一思想,加强领导,提出解决问题的措施和办法。在改革开放政策的指导下,有关部门引进国外先进技术和设备,经过五年的努力,主要关键器材设备得到基本解决,气垫艇的开发事业终于进入实用化阶段。

(一)内河用侧壁式喷水推进气垫客艇

80年代初,上海船舶运输科学研究所与安徽省水运科学研究所合作设计WD401内河侧壁式喷水推进气垫艇,由巢湖船厂建成并小批量生产。该艇总重16吨,有40个客位,航行吃水0.45米,航速达32千米/小时,具有良好的经济性。

1981年,708研究所对717-A型艇进行第二次改装,命名为717-C型艇,后以此为原型艇,为重庆轮船公司设计、建造了载客54名的717-2型艇“岷江”号,为重庆轮渡公司设计、建造了载客70名的717-3型艇。两艇航速分别为 46.9千米/小时和44千米/小时,客舱噪声在75分贝左右,建成后均在重庆营运,从1984年10月起连续服务数年,平时由重庆到泸州单程249千米,夏季到宜宾单程372千米,只需6小时到8小时30分,大大缩短了运行时间。

(二)港湾河口用侧壁式气垫客艇

1980年,天津市委托708研究所设计并由大沽船厂建造港湾用侧壁式气垫旅游艇“津翔”号。该艇用耐蚀铝合金建造,推进用2台12V150ZC型高速柴油机,垫升用1台12V150ZC型主机,总功率880千瓦。1983年到1985年,该艇曾在上海至南通线试营运,机械设备可靠,围裙寿命达600小时,各项机件正常,但在三级海况航行时耐波性欠佳。

1985年,708研究所在719-l原型艇的基础上,设计了719-2型“鸿翔”号侧壁式气垫渡船,由中华造船厂试制,1987年冬交付使用。该船总重123.5吨,采用3台进口的 TBD234V16高速柴油机作为主机,航速44~50千米/小时,载客258名,用于上海到崇明的短途客运,使航渡时间从原来两小时缩短至四十五分钟。实船营运表明,其性能稳定,飞升、推进动力装置可靠,围裙寿命已适应营运要求,是实用化的船型之一。

图2:登陆演习中的中国“大沽”级(722-2)气垫登陆艇从“934”号坦克登陆舰旁驶过

(三)小型全垫升式“气垫吉普”

为了在沼泽、滩涂、淤泥等一般车、船难以到达的地区使用,大港油田指挥部委托708研究所研制可用火车运载的小型全垫升式“气垫吉普”。该艇系用耐蚀铝合金做艇体,配用2台汽车汽油机,功率为2×44千瓦,采用导管螺旋桨和囊指型围裙,总重2.6吨,可载客8名。用户使用后,续订4艘。为了减少主机故障率和桨叶颤振,该艇后改用进口的道依茨(Deutz)风冷高速柴油机。该改型艇(7201型)由杭州东风船厂和芜湖造船厂小批量生产,先后已建造17艘,交付有关军区、人民武装部、黄河水利委员会和大港油田等用户使用。1987年,河南省旅游局委托708研究所设计、上海飞机制造厂建造用于黄河旅游的7212型全垫升式气垫船。该船于1989年建成,命名为“郑州”号,总重10.3吨,载客33名,采用3台道依茨BF6L913C风冷柴油机(1台用作垫升动力,2台用作推进动力),另外配有2只导管空气螺旋桨,分置于尾部左右。该船是用于开发黄河旅游资源的实用型气垫船。

(四)沿海全垫升式气垫交通艇和登陆艇

1983年,应军事需要,708研究所与沪东造船厂共同负责改装716型全垫升式气垫交通艇。其主机改用3台进口的道依茨高速风冷柴油机,总功率950千瓦,艇体适当加长,改用导管螺旋桨,重新设计了垫升、推进系统和围裙。1984年到1985年,该艇经反复调试、试航和整修并改善轴系和空气螺旋桨后,各项技术性能均达到实用要求,1988年夏曾航渡南海诸岛,供训练使用。

图3:716型全垫升式气垫交通艇

1983年,409型燃气轮机研制成功,每台功率2205千瓦,燃用轻柴油,满足实用要求。708研究所在722原型艇的基础上,采用409型机作动力,设计了沿海中型全垫升式气垫登陆艇722-2型。为提高围裙寿命,改善耐波性能,该艇改用低阻响应围裙;为提高船体结构耐海水腐蚀能力,采用了新研制的镁铝合金。该艇配备2台 409型燃气轮机,同轴分支驱动风扇和导管空气螺旋桨。燃气轮机动力装置应用于气垫艇,需攻克诸如机、桨联合控制、进气过滤、排气引射和低工况航行等技术关键。为此,单机在制造厂试车台空负荷试验成功交货后,又进行了模拟气垫船具体条件的各种陆上联调联控试验,以及变工况与机、桨联合控制等性能测定。1986年,动力装置陆上各项模拟试验成功,1987年装船;1988年,大沽船厂建成气垫登陆艇并开始试航;1989年,海上及两栖登陆试验获得成功,后即交付使用。这是中国气垫船技术跨入实用化阶段的一项重要标志。

图4:中国724型气垫登陆艇在进行登陆演习

(五)气垫技术在其它方面的应用

气垫技术在其它方面的应用已有新的进展。1981年黑龙江省水运研究所与上海船舶运输科学研究所共同设计的200吨级气垫分节驳船,在低速运行时有一定减阻效果,起到节能作用。又如上海船舶修造厂于80年代初利用非自动式气垫平台将该厂制造的低速重型船用柴油机整机运至码头趸船。再如为运送石油勘探、开采所需的重型器材设备通过滩涂、沼泽及潮湿等地区,708研究所设计了低速自航气垫平台,总重 80吨,有效载荷35吨,装2台轻12V180柴油机,额定功率各为 660千瓦,1985年由杭州东风船厂建成并交天津大港油田使用。

(六)关于气垫船军事应用的建议

大家知道,我军现役的072系列(072-Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ)坦克登陆舰存在一定的不足:即使在离岸20千米处放下两栖坦克,以现有63A的13.5千米/小时的水上速度,要花约90分钟时间才能上岸,这么长的时间暴露在敌人的炮火下对登陆部队来说是极其危险的,而且也失去了登陆作战的突然性。因此,在未来的登陆作战中,速度快的气垫船可能充当重要角色。但是,从前面的介绍可以看出,我国现阶段的气垫船吨位较小,运载量少,航速较低,远不能满足未来登陆作战的需求。要在短期内研制出吨位大、航速快、由海岸到海岸的大型气垫船并非易事。在军事应用方面,笔者认为有必要从俄罗斯引进大型气垫登陆舰--“鹳”级和“贼鸥”级。

图5:抢滩的“大沽”级气垫登陆艇,可见到艇上的部分细节

如果引进俄罗斯的“鹳”级或“贼鸥”级气垫登陆舰,就可以在短时期内实现“从海岸到海岸”的快速、高效的登陆作战。“鹳”级气垫登陆舰标准排水量220吨,满载排水量298吨,装载能力为80吨,可装载4辆轻型坦克加上50名士兵,或2辆中型坦克加上200名士兵,或3辆装甲人员输送车加上100名士兵。最高航速达70节,舰体长43.7米,宽17.08米,主要武器装备为两座AK-630M防空速射火炮。“贼鸥”级全长57.6米,宽25.6米,据称是世界上最大的气垫军舰,排水量550吨,装载能力130吨,可载3辆主战坦克(如T-80B坦克),或8辆BMP-2步兵战车,或10辆BTR-70装甲运兵车加上230名士兵。“贼鸥”级航速为60节,主要武器为2座AK-630舰炮和2座可伸缩式122毫米火箭发射装置,此外还可设两条雷轨。该级舰设计有一个船首和一个船尾坡道板,用于卸载快速登陆部队和作战物资。

图6:

引进“鹳”级和“贼鸥”级的优越性是很明显的。以台海为例,最窄处仅130千米左右,也就是说只要一个多小时就可以横渡海峡。如果利用10艘“鹳”级气垫登陆舰,仅一个波次就可以运送大约20辆96式或98式主战坦克、或是1500名陆战队员到达登陆地点。如果换成“贼鸥”级的话,一个波次就可以运送约30辆96式或98式主战坦克,或是3600名陆战队员,而且由于其速度快,体积相对小,防空火力也不弱,在类似台湾海峡这种高危性海域,其生存力自然远远高于万吨级的大型两栖登陆舰。在未来的登陆作战中,“鹳”级和“贼鸥”级气垫登陆舰编队可以充当第一梯队首先冲岸,建立桥头堡;再配合大量的072-II/III/IV型坦克登陆舰作为第二梯队巩固阵地;其他的民用船只和运输舰则作为第三梯队,负责运送大量的装备和物资上岸。当然,近年来我国并没有放弃对气垫船的研究工作,尤其是对大型气垫船军事运用的研究一刻也没有停止过。相信不久的将来,国产大型气垫登陆舰定会研制成功并公开亮相。

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