用于軍用巡邏的硬底充氣艇產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)

蘇小偉

摘要：本文結(jié)合RIB690硬底充氣艇產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，從艇型、艇體鋪層材料、自扶正、充氣護(hù)舷等方面對充氣艇開發(fā)使用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，并就項(xiàng)目中對充氣艇重量和航速要求精確、護(hù)舷材料使用、船體輕量化與高強(qiáng)度要求等設(shè)計(jì)難點(diǎn)以及相應(yīng)的解決方案展開了分析，希望為類似項(xiàng)目的開展提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：軍用巡邏;硬底充氣艇產(chǎn)品;艇型技術(shù)

引言

在國際形勢日漸復(fù)雜的背景下，海軍護(hù)航任務(wù)開始向著多樣化方向發(fā)展，采用由救助艇改裝的常規(guī)艦艇已經(jīng)無法滿足任務(wù)開展需求。硬底充氣艇產(chǎn)品能夠在港口巡邏、登臨執(zhí)法、護(hù)航反海盜中發(fā)揮著重要的作用。作為一種由剛性艇體與充氣護(hù)舷組合而成的船型，充氣艇艇體自重較輕，具備良好的儲(chǔ)備浮力與抗撞擊緩沖性，主要由艇體、充氣護(hù)舷、推進(jìn)系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

1 項(xiàng)目概況

RIB690硬底充氣艇產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目定位為海軍用巡邏艇，按照招標(biāo)規(guī)格要求采用FRP艇身和雅馬哈300HP四沖程舷外機(jī)，能夠達(dá)到50節(jié)高航速要求。艇身采用硬底充氣艇結(jié)構(gòu)，達(dá)到CE B類標(biāo)準(zhǔn)，確保在浪高4m條件下安全航行。船凈重要求不超900kg，架設(shè)7.62機(jī)槍，達(dá)到較高穩(wěn)定性要求，并配備PU充氣護(hù)舷。考慮到產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要達(dá)到高航速、輕質(zhì)量、耐波、抗沖撞等高性能指標(biāo)要求，需要提出科學(xué)開發(fā)設(shè)計(jì)方案。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 艇型技術(shù)

產(chǎn)品艇型設(shè)計(jì)將對艇體性能產(chǎn)生決定性影響，為增強(qiáng)適航性采用成熟的滑行艇型，使船艇在滑行時(shí)只有底部接觸水面，折角線主尺度是產(chǎn)品主要特征尺度。適當(dāng)增加折角線寬，能夠獲得較大滑行面展舷比，使重心在縱向上后移，獲得最佳攻角，提高艇體滑行效率。根據(jù)母船安放空間和布置情況，確定艇體長度，使折角線長寬比維持在4～6范圍內(nèi)。適當(dāng)縮小尾部寬度，使展舷面積集中在前駐點(diǎn)附近，同時(shí)使縱傾角率比有利攻角小，能夠在優(yōu)化航行性能的同時(shí)，避免噴濺增大[1]。船艇底部在行進(jìn)過程中將承受波浪砰擊，其中橫剖面形狀將直接影響船艇阻力性能。與此同時(shí)，需要考慮橫向穩(wěn)定性，使剖面斜升角維持在15～17°之間。考慮到船首承受的力較大，可以使斜升角從中部向首部過渡過程中逐步增加，在1/4肋位置達(dá)到20～30°。但為避免失操，首部需要采用雙折線剖面，底部采用外凸型。

2.2 鋪層材料技術(shù)

艇體采用合成樹脂增強(qiáng)材料和玻璃纖維復(fù)合而成，需要使用固化劑和其他改善材料性能的添加劑，被稱之為輔層材料。針對基體部分，需要采用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧乙烯基樹脂等材料，要求保證黏度適合，固化時(shí)不會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，為產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)加工提供便利。增強(qiáng)材料為玻璃纖維，可以采用碳纖維、高分子量乙烯纖維等多種，具體結(jié)合實(shí)際情況選用。在樹脂固化階段，需要采用過氧化環(huán)已酮等引化劑控制固化反應(yīng)速度，確保反應(yīng)完全。此外，需要添加促進(jìn)劑加速游離基產(chǎn)生，促進(jìn)樹脂凝膠固化。如采用環(huán)烷酸鈷等添加劑，可以起到增強(qiáng)樹脂固化性能的作用[2]。艇體儲(chǔ)備浮體等采用泡沫材料，為閉孔硬質(zhì)材料，能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和浮力。

2.3 自扶正技術(shù)

設(shè)計(jì)可選裝的自扶正裝置，可以采用氣囊式結(jié)構(gòu)，減輕重量的同時(shí)，通過收縮氣囊減小航行中的空氣阻力，并為后期維修提供便利。在充氣艇正常行駛期間，氣囊處于非充氣狀態(tài)，保證行船速度不受影響。一旦發(fā)生傾覆，自扶正裝置將自動(dòng)開啟，產(chǎn)生防止艇體傾覆的力矩，并利用氣瓶對氣囊充氣，以免船艇沉沒。采用不銹鋼管在船尾焊接自扶正支架，使裝置橫跨推進(jìn)裝置。氣囊為薄膜涂層橡膠織物，可以利用壓縮氣體充氣。根據(jù)充氣艇排水量，可以確定氣瓶數(shù)量，內(nèi)部裝有二氧化碳和氮?dú)猓唧w根據(jù)水溫確定氣體比例[3]。通過法蘭，可以將自扶正支架與船尾封板固定連接。支架上設(shè)置固定安裝彎管，上部固定氣囊。彎管保持弧形，能夠與氣囊滿氣時(shí)外圓吻合。彎管底部設(shè)置氣瓶和充氣裝置，利用卡箍連接固定。艇體傾斜到一定程度，水將進(jìn)入自扶正裝置，促使裝置開啟氣瓶拉環(huán)。

2.4 充氣護(hù)舷技術(shù)

在充氣護(hù)舷設(shè)計(jì)上，采用大尺寸護(hù)舷能夠在收放時(shí)為艇體提供保護(hù)，避免充氣艇身受損。在充氣艇航行過程中，護(hù)舷能夠提供大的浮力，并發(fā)揮防撞和回彈作用，減少甲板上浪情況發(fā)生。根據(jù)艇體型線和排水量，可以確定護(hù)舷外型。通過設(shè)置多個(gè)密封氣室，能夠確保單個(gè)氣室破損后不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)護(hù)舷失去作用。各氣室配備獨(dú)立安全閥，能夠用于氣壓調(diào)節(jié)。在護(hù)舷上加貼防擦條，能夠避免艇體停靠時(shí)給結(jié)構(gòu)帶來傷害。內(nèi)部設(shè)計(jì)骨架，避免反復(fù)充放氣導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。在護(hù)舷與艇體連接時(shí)，需要填充密封膠，保證貼合緊密。在船體兩側(cè)，需要增設(shè)連接布，打孔填充密封膠后，與艇體鉚接，取得良好緊固效果。采取該種設(shè)計(jì)，能夠使艇體在發(fā)生碰撞時(shí)由護(hù)舷吸收大量沖擊能量，保證船艇可以維持穩(wěn)定航行。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案

3.1 難點(diǎn)分析

通過前期調(diào)研確認(rèn)客戶需求，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施首先將面臨國內(nèi)無成熟產(chǎn)品的難題。現(xiàn)階段，國內(nèi)硬底充氣艇設(shè)計(jì)案例較少，少數(shù)案例也難以達(dá)到對重量、航速等方面的精確要求。其次，客戶要求采用PU護(hù)舷，但與國內(nèi)外專業(yè)供應(yīng)商討論后確認(rèn)PU材料已接近停產(chǎn)狀態(tài)，目前多數(shù)船艇采用海帕龍材料。再者，CE標(biāo)準(zhǔn)中的B類設(shè)計(jì)規(guī)范屬于國外規(guī)范，與國內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范存在一定差異。對于設(shè)計(jì)人員來講，需要與外方設(shè)計(jì)院、CE認(rèn)證機(jī)構(gòu)等各方協(xié)商，使各方按照各自分工開展工作，才能確保形成的方案獲得一致認(rèn)可，造成設(shè)計(jì)工作存在較大復(fù)雜性。此外，國內(nèi)同尺度船艇產(chǎn)品重量都達(dá)到凈重1噸以上，想要嚴(yán)格控制重量，同時(shí)考慮機(jī)槍射擊產(chǎn)生的后座力給船艇穩(wěn)定性帶來的影響，也將給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來較大挑戰(zhàn)。

3.2 解決方案

綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)面臨的難題，決定加強(qiáng)與國外擁有類似船艇設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)構(gòu)合作，引進(jìn)國外先進(jìn)船型和工藝技術(shù)。選定英國海岸警衛(wèi)隊(duì)使用的6.5m硬底充氣艇作為母型船（如圖1），根據(jù)客戶要求優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)母型船改造（如圖2）。深入解讀CE規(guī)范，把控產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。經(jīng)過調(diào)整，將客戶要求的500mm直徑充氣護(hù)舷增加至600mm，采取兩段式設(shè)計(jì)打造多氣室結(jié)構(gòu)，增加船艇儲(chǔ)備浮力，達(dá)到了CE標(biāo)準(zhǔn)B類要求。在船體材質(zhì)上，經(jīng)過與客戶反復(fù)溝通，最終確定采用海帕龍材質(zhì)充氣護(hù)舷，方便生產(chǎn)采購的同時(shí)，為客戶后期維護(hù)提供便利。為控制重量，采用FRP抽真空工藝實(shí)現(xiàn)整船結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)達(dá)到高強(qiáng)度要求。一改在船中部位架設(shè)機(jī)槍造的思路，在船艏設(shè)計(jì)頂推，用于架設(shè)機(jī)槍，順利將后座力傳導(dǎo)至整個(gè)船身，避免應(yīng)力集中引發(fā)船體損傷。而頂推也能構(gòu)成掩體，方便登陸，順利獲得了客戶認(rèn)可。此外，為保證船體穩(wěn)定，中置架控臺(tái)，保證重心位置合理，并在兩端設(shè)計(jì)活動(dòng)登船梯方便執(zhí)行救援任務(wù)，增強(qiáng)產(chǎn)品適用性。

4 結(jié)論

從項(xiàng)目實(shí)施情況來看，獲得了客戶高度認(rèn)同，按照方案制造的艦艇試航效果良好，能夠保證航態(tài)穩(wěn)定，速度達(dá)標(biāo)，體現(xiàn)優(yōu)異機(jī)動(dòng)性，相較于母型船擁有顯著優(yōu)勢，最終成功拿下尼日利亞海軍訂單。結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)可知，開發(fā)硬底充氣艇產(chǎn)品需要引入國外成熟工藝技術(shù)，同時(shí)結(jié)合軍用巡邏對艦艇性能的精確要求實(shí)現(xiàn)母型船合理改良，通過綜合運(yùn)用艇型、鋪層材料、自扶正等各類技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)品整體性能，從而取得理想設(shè)計(jì)成果。

參考文獻(xiàn)：

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