國外艦載剛性充氣艇技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

周福軍，孔祥明，陳 練，何遠(yuǎn)玲

(1. 海軍駐北京地區(qū)艦船設(shè)備軍事代表室，北京 100186；2. 中國船舶信息中心，北京 100192)

0 引 言

隨著我國海軍護(hù)航常態(tài)化和打擊海盜任務(wù)的多樣化[1]，護(hù)航部隊在艦載小艇執(zhí)行任務(wù)中暴露出了一些短板，這就使得如何發(fā)展我軍艦載剛性充氣艇技術(shù)成為緊要問題。目前，性能優(yōu)異的剛性充氣艇已在歐美等發(fā)達(dá)國家批量服役，在港口巡邏、登臨執(zhí)法、護(hù)航反海盜中發(fā)揮著及其重要的作用。因此，深入研究剛性充氣艇技術(shù)具有重要現(xiàn)實意義。

剛性充氣艇（Rigid inflatable boat）簡稱 RIB，是充氣橡皮舟家族中的新成員，是由剛性艇體(通常是玻璃鋼)與充氣護(hù)舷組合而成的一種新船型[2]。剛性充氣艇通常由艇體、充氣護(hù)舷、推進(jìn)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)以及通信導(dǎo)航系統(tǒng)組成。

剛性充氣艇主要包括以下幾個方面的優(yōu)勢：

①與主尺度相同的全剛性艇相比，剛性充氣艇自重較輕，航速和油耗方面具備先天優(yōu)勢。由于艇體自重較輕，便于小艇上艦，同時在母艦上吊裝投放作業(yè)具有極強(qiáng)的靈活性。②由于充氣護(hù)舷重量較輕，降低了剛性充氣艇的重心高度且充氣護(hù)舷具備足夠大的儲備浮力。③剛性充氣艇具有優(yōu)良的抗撞擊性。由于配有充氣護(hù)舷，使得剛性充氣艇的抗撞擊緩沖性得到有效提，能夠快速靠幫，為海上營救及登檢執(zhí)法節(jié)省寶貴時間。

1 艦載剛性充氣艇的主要技術(shù)

1.1 艇型技術(shù)

型線是決定艇體性能的關(guān)鍵因素之一[3]。當(dāng)前發(fā)達(dá)國家海軍在型線設(shè)計中普遍側(cè)重考慮具有優(yōu)異適航性條件下兼顧快速性[4]。現(xiàn)在，歐美等國在剛性充氣艇型線設(shè)計上已非常成熟，實現(xiàn)了批量化建造服役。

艦載剛性充氣艇大多采用滑行艇艇型，且由于滑行艇處于滑行狀態(tài)時僅艇體底部與水面接觸，因此以折角線主尺度作為剛性充氣艇的主要特征尺度。

1）最大艇寬

折角線寬度是剛性充氣艇主尺度中首要考慮因素，寬度越大滑行面展弦比越大。如果重心縱向位置隨著艇體寬度的增大而后移，從而有利于獲得最佳攻角，那么隨著艇體寬度的增大滑行效率也是增大的；如果重心縱向位置保持不變，則存在最佳艇寬與有利攻角相對應(yīng)。

此外，寬度與C△/Cb成反比關(guān)系，即寬度增大C△/Cb減小，這會造成剛性充氣艇在波浪中航行時砰擊加速度增大，飛濺有所減小。確定寬度時除了考慮上述因素外，還要考慮母船安放空間、艇體總體布局及結(jié)構(gòu)重量等方面的要求。

2）艇體長度

剛性充氣艇艇體長度對性能的影響相對較小，折角線長度只對剛性充氣艇處于低速排水狀態(tài)的航行阻力有直接影響，而處于滑行狀態(tài)的滑行阻力則是通過重心縱向位置產(chǎn)生作用；艇體長度增大會導(dǎo)致在惡劣海況航行時受到的波浪砰擊力有些增大。艇體的長度主要根據(jù)母船安放空間和布置要求來確定。國外艦載剛性充氣艇折角線長寬比約為4～6。

3）尾部寬度

為了提高艇體滑行效率，展舷面積盡可能集中在前駐點附近，尾部寬度稍小些有利。尾部寬度除了受到艇體布置要求的限制外，還受到航行性能的限制。尾部寬度減小將會增大縱傾，進(jìn)而增大艇首砰擊和噴濺。主要解決辦法是剛性充氣艇在最大航速和巡航航速時的縱傾角率小于有利攻角，從而限制尾部寬度的減小。目前，國外剛性充氣艇折角尾部寬度與最大寬度比約為0.7～0.8。

4）重心縱向位置

剛性充氣艇的重心縱向位置對航行性能具有較大影響。從阻力角度而言，重心縱向位置后移是有利的，其對應(yīng)較大的有利寬度，提高了滑行效率，但不利于避免海豚運動和艇首的波浪砰擊。針對不同的推進(jìn)方式，重心的縱向位置也略有不同。采用螺旋槳推進(jìn)的，由于主機(jī)位置不能過于靠后，因此重心縱向位置往往靠前；對于采用噴水推進(jìn)的艇，重心縱向位置往往偏后。

5）橫剖面

中橫剖面底部形狀對阻力性能影響較大，在航行中不僅受到波浪砰擊力，還要顧及滑行狀態(tài)時的橫向穩(wěn)定性，因此需要合適的橫向斜升角。一般剛性充氣艇中剖面斜升角β=15°～17°，底部剖面形狀有外凸斜升型、直線斜升型、內(nèi)凹斜升型等。

艇首由于受到較大的波浪砰擊力，橫向斜升角從艇體中部向首部逐漸增大，距首端1/4肋位處應(yīng)達(dá)到β1/4=20°～30°，但首部過于尖削可能造成波浪中失操，可采用雙折線首部剖面和底部外凸型首剖面解決上述問題。

艇體尾部受到的砰擊力較小，橫向斜升角可以逐漸減小，進(jìn)而提高滑行效率。尾部斜升角β=0°～2°。尾部斜升角可以是逐漸減小，也可以突變減小，也可以保持艇體中后的斜升角不變。

1.2 艇體鋪層材料技術(shù)

艦載剛性充氣艇大多采用玻璃鋼復(fù)合材料建造。艇體由基體材料——合成樹脂與增強(qiáng)材料、玻璃纖維復(fù)合材料制作而成。此外，還有合成樹脂固化及改善性能的添加劑，稱作輔助材料。

1.2.1 基體材料

現(xiàn)在，國外艦載剛性充氣艇大量使用的基體材料是不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧乙烯基樹脂及乙烯基酯樹脂，因其品種多樣，有各種不同性能可滿足各種產(chǎn)品的不同要求，且樹脂黏度適宜，固化時無副產(chǎn)品，使用方便。

1.2.2 增強(qiáng)材料

增強(qiáng)材料品種較多，廣義上說，只要加入樹脂中有效增加強(qiáng)度的都是增強(qiáng)材料。用作玻璃鋼的增強(qiáng)材料是玻璃纖維，有一般和高性能之分。國外用于剛性充氣艇的高性能纖維已開發(fā)出多種，如碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、超高分子量乙烯纖維、玄武巖纖維等。

1.2.3 輔助材料

通常把配合樹脂使用，起到固化和改善性能的材料稱作輔助材料。常用的輔助材料有以下幾種：

1）引發(fā)劑及固化劑

是使合成樹脂由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)必須使用的材料。用于不飽和聚酯樹脂及乙烯基酯樹脂的稱作引發(fā)劑，這類物質(zhì)加入樹脂后能引起分子活化而產(chǎn)生游離基，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)而導(dǎo)致樹脂固化。用引發(fā)劑固化能有效地控制反應(yīng)速度，使最終反應(yīng)完全，制品質(zhì)量穩(wěn)定。常用的為過氧化環(huán)己酮、過氧化甲乙酮。

2）促進(jìn)劑

作為鄉(xiāng)喜配肥站技術(shù)指導(dǎo)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物營養(yǎng)與施肥研究室主任張承林教授對配肥站的未來充滿信心。他表示：“鄉(xiāng)喜精準(zhǔn)配肥站，看著是普普通通的配肥站，卻有著重要的歷史意義。因為它即將開啟液體肥料發(fā)展的新時代。它是中國第一家建在田間地頭的液體配肥站，服務(wù)的主要對象是大田作物。它就像井崗山的革命星星之火！”

其作用是促進(jìn)引發(fā)劑在臨界溫度下形成游離基，從而在常溫下促使樹脂固化。這是由于現(xiàn)在使用的有機(jī)過氧化引發(fā)劑臨界溫度均較高，常溫下分解速度慢，不能充分產(chǎn)生固化所需的游離基；加入促進(jìn)劑后，可降低引發(fā)劑的臨界分解溫度，加快室溫下產(chǎn)生游離基的速度，使在需要的生產(chǎn)過程中凝膠固化。

不飽和聚酯樹脂常用的促進(jìn)劑是鈷鹽和叔氨兩類，鈷鹽常用環(huán)烷酸鈷，叔氨類主要是二甲基苯胺。環(huán)烷酸鈷與過氧化環(huán)己酮、過氧化甲乙酮配合使用，二甲基苯胺則與過氧化二苯甲酰配用，效果明顯。

3）泡沫材料

可用作艇體空氣箱儲備浮體及加強(qiáng)筋芯材、夾層結(jié)構(gòu)芯材等用途。泡沫塑料有開孔結(jié)構(gòu)和閉孔結(jié)構(gòu)兩類。開孔結(jié)構(gòu)為軟質(zhì)，不能承壓，能吸水，俗稱海綿；船用的泡沫塑料為閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)或者半硬質(zhì)類型，品種有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）等。

1.3 自扶正技術(shù)

艦載剛性充氣艇通常配備氣囊式自扶正裝置。氣囊式自扶正裝置主要優(yōu)點如下：

①結(jié)構(gòu)簡單，重量輕；

②自扶正氣囊可收縮，減小了高速航行中空氣阻力；

③自扶正氣囊易于更換，維修方便。

氣囊式自扶正裝置缺點如下：

①為保證自扶正氣囊開啟的可靠性，氣囊必須采用正確的安裝方式和折疊方式；

②僅有一次自扶正能力；

③充氣管路及氣瓶內(nèi)氣體比例，必須設(shè)計合理，否則可能會導(dǎo)致管路結(jié)冰。

氣囊式自扶正裝置具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。剛性充氣艇在正常航行時，自扶正氣囊處于非充氣狀態(tài)，減小高速航行時的空氣阻力；當(dāng)發(fā)生傾覆時，通過自扶正開啟裝置和自扶正氣瓶能及時對自扶正氣囊進(jìn)行充氣，產(chǎn)生自扶正力矩，防止發(fā)生沉沒事故。

自扶正支撐架大多數(shù)采用316L不銹鋼管焊接而成，既能防腐又能減輕結(jié)構(gòu)重量，位于船尾，橫跨主機(jī)或推進(jìn)裝置之上。自扶正氣囊通常是用氯丁橡膠或丁橡膠制成的薄膜涂層織物，類似用于制造充氣艇的材料，在發(fā)生傾覆時使用壓縮氣體充氣。自扶正氣瓶的配置數(shù)量根據(jù)剛性充氣艇的排水量決定，所充氣體為二氧化碳和氮氣，根據(jù)工作環(huán)境溫度決定所充氣體的比例。當(dāng)剛性充氣艇發(fā)生傾覆時，水會進(jìn)入自扶正開啟裝置，誘發(fā)自扶正裝置開啟氣瓶拉環(huán)，進(jìn)行自動充氣。

1.4 充氣護(hù)舷技術(shù)

剛性充氣艇均設(shè)置較大充氣護(hù)舷，護(hù)舷直徑通常達(dá)500～600 mm。大尺寸護(hù)舷可在收放過程中保護(hù)艇體免遭破壞，同時可以提供較大的浮力，改善惡劣海況下的航行性能以及減少甲板上浪，具有更高的防撞能力和回彈性能，易于維護(hù)。充氣護(hù)舷根據(jù)艇體型線及滿載排水量設(shè)計外型尺寸，大多數(shù)采用PVC，Hypalon，TPU材料建造，設(shè)有多個獨立密封氣室（一般為5或7個），保證某個氣室破損時不會導(dǎo)致整艇功能喪失，每個氣室設(shè)有安全閥用于調(diào)節(jié)護(hù)舷氣壓，同時在艇首部區(qū)域護(hù)舷加貼防擦條以免工作艇?？繒r損壞護(hù)舷，間隔位置設(shè)置拉手和救生繩。充氣護(hù)舷可以通過膠粘連接、螺栓連接及軌道連接3種方式與艇體合為一體。

2 艦載剛性充氣艇的發(fā)展趨勢

1）無人化

由于剛性充氣艇具備優(yōu)異的航行性能、操控性能，已逐漸用作艦載投放和遙控的無人偵察艇母型。美國研制剛性充氣無人艇已經(jīng)有20余年的歷史，新加坡、法國和以色列也先后參與研發(fā)。新加坡對剛性充氣無人艇的應(yīng)用產(chǎn)生了很大興趣，2004年以來購買以色列“保護(hù)者”無人艇，用以支持海上巡邏安保任務(wù)。美國已研制出多個型號的剛性充氣無人艇，如“斯巴達(dá)人”、“貓頭鷹”、“海狐”。這些無人艇以7～13 m剛性充氣艇為母型艇，上層建筑改為全封閉式。除本艇的收放系統(tǒng)以外，內(nèi)部還安裝了各種偵察裝備，如光電/紅外監(jiān)聽器、海面搜索雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、聲吶、核生化探測儀等等。剛性充氣無人艇甚至還能夠配備掃雷設(shè)備和“海爾法”導(dǎo)彈。

2）模塊化

隨著用戶對剛性充氣艇功能要求的不斷提高，剛性充氣艇向模塊化方向發(fā)展。不但簡化了小艇設(shè)計及建造流程、提高小艇使用效率，同時也提高了小艇使用的靈活性，很大程度提升了小艇執(zhí)行任務(wù)的效率。Pacific 950由 BAE 系統(tǒng)公司和 ASV Global聯(lián)合開發(fā)，滿足海軍全球戰(zhàn)略特殊任務(wù)需求，具有反潛戰(zhàn)（ASW）和情報、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和偵察（ISTAR）能力，艇上裝有大量監(jiān)測設(shè)備，前后甲板安裝有集成式甲板軌道系統(tǒng)，可根據(jù)不同任務(wù)需求在甲板搭載相應(yīng)模塊。此外，美國的“斯巴達(dá)偵察兵”依美國海軍現(xiàn)役7米級/11米級艦載剛性充氣艇為母型通過模塊化設(shè)計，采用“即插即用”型多任務(wù)模塊，成為一種由標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成，可進(jìn)行重新配置的多功能、高速半自動水面無人快艇。

3）多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化

隨著藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和各個國家對海洋權(quán)益認(rèn)識的提高，對剛性充氣艇執(zhí)行任務(wù)的要求越來越多樣化、專業(yè)化。例如美國海岸警衛(wèi)隊裝備的小艇主要用以執(zhí)行港口安防、巡邏、臨檢執(zhí)法、海上搜救及兵力部署等任務(wù)。根據(jù)小艇的任務(wù)屬性，配備不同的設(shè)備及人員，各型號艇之間具備較好的互換性和通用性，同一類型的小艇又可分為不同級別。

根據(jù)任務(wù)屬性，美國海岸警衛(wèi)隊標(biāo)準(zhǔn)艇可分為以下4種類型[5]：

①快速反應(yīng)艇

指在距離海岸50 nmile以內(nèi)海域具備執(zhí)行多任務(wù)且能夠快速響應(yīng)的岸基艇，包括機(jī)動救生艇、中型快速響應(yīng)艇等型號，主要執(zhí)行港口、水域、沿岸警戒巡邏，海上執(zhí)法和搜救等任務(wù)。

②專用艇

指執(zhí)行特定任務(wù)或滿足特定使用環(huán)境的快速響應(yīng)艇，主要執(zhí)行環(huán)境保護(hù)、執(zhí)法、救援等任務(wù)。

③艦載艇

指在母艦通信范圍內(nèi)可執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的艦載艇。艇長主要在4～8 m，多以7.5 m為主，主要配合母艦海上臨檢執(zhí)法，戰(zhàn)備警戒，海上救援，特種作戰(zhàn)等任務(wù)

④引航艇

指專門用來引航的小艇。

3 結(jié) 語

綜上所述，從國外剛性充氣艇的特點、技術(shù)特征和發(fā)展趨勢可以得出，剛性充氣艇隨著時代的進(jìn)步、技術(shù)水平的提高以及任務(wù)需求的多樣化而不斷發(fā)展，新近建造的剛性充氣艇在無人化、建造模塊化、專業(yè)化與多樣化等方面均對我國有重要啟示。