國(guó)外艦載剛性充氣艇技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

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(guó)船舶信息中心，北京 100192)

0 引 言

隨著我國(guó)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(duì)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(wèn)題。目前，性能優(yōu)異的剛性充氣艇已在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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(shí)意義。

剛性充氣艇（Rigid inflatable boat）簡(jiǎn)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(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

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(shì)。由于艇體自重較輕，便于小艇上艦，同時(shí)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(chǔ)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(yíng)救及登檢執(zhí)法節(jié)省寶貴時(shí)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(guó)家海軍在型線設(shè)計(jì)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(guó)在剛性充氣艇型線設(shè)計(jì)上已非常成熟，實(shí)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(shí)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(duì)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(huì)造成剛性充氣艇在波浪中航行時(shí)砰擊加速度增大，飛濺有所減小。確定寬度時(shí)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(zhǎng)度

剛性充氣艇艇體長(zhǎng)度對(duì)性能的影響相對(duì)較小，折角線長(zhǎng)度只對(duì)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(guò)重心縱向位置產(chǎn)生作用；艇體長(zhǎng)度增大會(huì)導(dǎo)致在惡劣海況航行時(shí)受到的波浪砰擊力有些增大。艇體的長(zhǎng)度主要根據(jù)母船安放空間和布置要求來(lái)確定。國(guó)外艦載剛性充氣艇折角線長(zhǎng)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(diǎn)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(huì)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(shí)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(guó)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(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)和艇首的波浪砰擊。針對(duì)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(guò)于靠后，因此重心縱向位置往往靠前；對(duì)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(duì)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(shí)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(guò)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(wèn)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(shù)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(shù)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(guó)外艦載剛性充氣艇大量使用的基體材料是不飽和聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂及乙烯基酯樹(shù)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(shù)脂黏度適宜，固化時(shí)無(wú)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(shuō)，只要加入樹(shù)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(guó)外用于剛性充氣艇的高性能纖維已開(kāi)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(shù)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(shù)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(shù)脂及乙烯基酯樹(shù)脂的稱作引發(fā)劑，這類物質(zhì)加入樹(shù)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(shù)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(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)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(yíng)養(yǎng)與施肥研究室主任張承林教授對(duì)配肥站的未來(lái)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?yàn)樗磳㈤_(kāi)啟液體肥料發(fā)展的新時(shí)代。它是中國(guó)第一家建在田間地頭的液體配肥站，服務(wù)的主要對(duì)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(shù)脂固化。這是由于現(xiàn)在使用的有機(jī)過(guò)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(guò)程中凝膠固化。

不飽和聚酯樹(shù)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(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)氧化甲乙酮配合使用，二甲基苯胺則與過(guò)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(chǔ)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(kāi)孔結(jié)構(gòu)和閉孔結(jié)構(gòu)兩類。開(kāi)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(diǎn)如下：

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)如下：

①為保證自扶正氣囊開(kāi)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?jī)?nèi)氣體比例，必須設(shè)計(jì)合理，否則可能會(huì)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(shí)，自扶正氣囊處于非充氣狀態(tài)，減小高速航行時(shí)的空氣阻力；當(dāng)發(fā)生傾覆時(shí)，通過(guò)自扶正開(kāi)啟裝置和自扶正氣瓶能及時(shí)對(duì)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(méi)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(shí)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?dú)猓鶕?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(shí)，水會(huì)進(jìn)入自扶正開(kāi)啟裝置，誘發(fā)自扶正裝置開(kāi)啟氣瓶拉環(huán)，進(jìn)行自動(dòng)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(guò)程中保護(hù)艇體免遭破壞，同時(shí)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(jì)外型尺寸，大多數(shù)采用PVC，Hypalon，TPU材料建造，設(shè)有多個(gè)獨(dú)立密封氣室（一般為5或7個(gè)），保證某個(gè)氣室破損時(shí)不會(huì)導(dǎo)致整艇功能喪失，每個(gè)氣室設(shè)有安全閥用于調(diào)節(jié)護(hù)舷氣壓，同時(shí)在艇首部區(qū)域護(hù)舷加貼防擦條以免工作艇停靠時(shí)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(guò)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(shì)

1）無(wú)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(wú)人偵察艇母型。美國(guó)研制剛性充氣無(wú)人艇已經(jīng)有20余年的歷史，新加坡、法國(guó)和以色列也先后參與研發(fā)。新加坡對(duì)剛性充氣無(wú)人艇的應(yīng)用產(chǎn)生了很大興趣，2004年以來(lái)購(gòu)買(mǎi)以色列“保護(hù)者”無(wú)人艇，用以支持海上巡邏安保任務(wù)。美國(guó)已研制出多個(gè)型號(hào)的剛性充氣無(wú)人艇，如“斯巴達(dá)人”、“貓頭鷹”、“海狐”。這些無(wú)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(tīng)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(cè)儀等等。剛性充氣無(wú)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(duì)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(jiǎn)化了小艇設(shè)計(jì)及建造流程、提高小艇使用效率，同時(shí)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(kāi)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(bào)、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和偵察（ISTAR）能力，艇上裝有大量監(jiān)測(cè)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(guó)的“斯巴達(dá)偵察兵”依美國(guó)海軍現(xiàn)役7米級(jí)/11米級(jí)艦載剛性充氣艇為母型通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，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(dòng)水面無(wú)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(gè)國(guó)家對(duì)海洋權(quán)益認(rèn)識(shí)的提高，對(duì)剛性充氣艇執(zhí)行任務(wù)的要求越來(lái)越多樣化、專業(yè)化。例如美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)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(hào)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(jí)別。

根據(jù)任務(wù)屬性，美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)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(dòng)救生艇、中型快速響應(yīng)艇等型號(hào)，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(zhǎng)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(mén)用來(lái)引航的小艇。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，從國(guó)外剛性充氣艇的特點(diǎn)、技術(shù)特征和發(fā)展趨勢(shì)可以得出，剛性充氣艇隨著時(shí)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(wú)人化、建造模塊化、專業(yè)化與多樣化等方面均對(duì)我國(guó)有重要啟示。