地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
谭大力 硕士/工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]王 青 女 高级工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]杨 洋 助理工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]
摘 要 本文指出了地效翼船的大型化发展趋势,分析了地效翼船发展的关键技术和军事应
用上的问题,并探讨了地效翼船在军事上可能的发展方向。
关键词 船舶 地效翼船 大型化 关键技术 军事应用中图分类号 U674.942
0 引 言
自从前苏联的地效翼船“里海怪物”在里海神秘出现后,世界各国的目光都集中到这种新型的高速有翼船舶上。近几十年来,俄罗斯、美国、德国、日本等国投入了大量的精力,希望能够取得地效翼船研究使用上的突破。
地效翼船到底具有什么优点呢?
①高速,可完全脱离水面飞行,舶的10～15倍;②范围内,短,,脱离波浪的影响,;与气垫船相比,飞行高度范围更灵活,具有更大的越障能力,可以发展为水陆两栖性船舶;⑤在地效区内飞行,受地面效应的影响,升阻比优于飞机,装载量较大;⑥与飞机比,飞行高度较低,失事后危险较小;⑦制造工艺比飞机低,俄罗斯用短短十多年时间,就从单人艇发展成重达544吨的“里海怪物”。
地效翼船在民用上具有经济效益较好的优势,在军事上具有一些优越的平台性能,也使其作为一种新型的武器平台受到了全球军事专家的关注。
况等级较高时,风大浪高,海面波涛汹涌,情况异常复杂,地面效应的作用受海面恶劣海况影响,会出现剧烈波动。俄罗斯125吨级的“小鹰”号起降海况为3级,安全巡航海况为4级;400吨级的“雌鹞”号起
降海况为4级,巡航飞高1～4米5级[2]。,50,而超出。地面效应区的大小与地效,简单地说,地面效应区的高度与地效翼船的翼展成正比关系,地效翼船尺寸越大,地效区高度相应增大。地效翼船大型化,有效巡航飞高增大,能提高安全飞行海况,其抗波浪的能力也增强,能提高起降海况。因此,地效翼船要想发挥地面效应的优势走向海洋,大型化是其发展的必然趋势。
2 大型化关键技术
2.1 飞行稳定性
飞行稳定性,特别是纵向稳定性早期一直阻碍着地面效应的利用。影响地效翼船纵向稳定性的关键因素是俯仰力矩[3]。当地效翼船贴近地面飞行
时,由于地面效应的作用,机翼上升力有增量ΔL,ΔL作用在重心后面,产生了一个低头力矩ΔL・l。与此同时,机翼的下洗流减小了,平尾上的升力增大了ΔLt,也产生一个低头力矩ΔLt・lt(如图1所示),两力矩的作用使地效翼船低头,飞高下降,低头力矩加大,如此恶性循环,最后发散失稳。反之,当地效翼船增加飞高时,出现抬头爬高,直至翻跟斗。 目前飞行稳定性问题在理论上已基本得到解决,但是,如何进行稳定性设计还有待研究。目前判断地效翼船的运动稳定性还需借助试验方法。利用
Vol.26No.12004SHIPENGINEERING 1
1 大型化的发展趋势
20世纪60年代起,前苏联和德国在地效翼船技术上均取得了突破性进展,先后研制成功一些地效翼试验船,从实践上证实了地效翼船具有不同于其他船舶的优越性。之后美、中、日等世界各国纷纷开展了地效翼船技术的研究。
研究表明,大型化是地效翼船进入真正实用阶段和在军事上应用的必经之路[1]。
地效翼船的起降和安全巡航受海况限制,当海
谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
和战技术指标要求,利用运动自动控制系统的阻尼
增稳等形式,保证地效翼船具有良好的运动稳定性和灵活的机动性,提高地效翼船的总体设计水平。
俄罗斯在研制“小鹰”号地效翼船时,由十几个单位用同一组初始数据各自单独完成几轮运动模拟,经过各研制阶段补充和模拟结果的修正,最后才得到可靠的数据。2.3 结构强度及材料
结构强度以及材料选择实际上与其他关键技术是紧密相关的。由于贴近水面飞行时,波浪的撞击、大型武器发射时的反冲,起降时波浪的抨击等外载荷令地效翼船的结构强度的要求比飞机更严格。但如果采用坚固笨重的结构来保证强度则会抵消地面效应所带来的升力优势。
由于地效翼船的结构布局、载荷环境、使用环境不同于飞机,()、失效模式、,,制定地效翼、研究结构强度的、研究,才能保证这种特殊飞行器的结构完整性和各系统的可靠性要求,实现总体设计目标,提高生命力。
俄罗斯在地效翼船领域处于领先地位,对地效翼船的结构布局、结构形式、受力形式等进行了较深入的研究,提出了地效翼船结构设计思想和设计准则,而且应用在其“雌鹞”号等较大型地效翼船的设计中。另外基于腐蚀控制、隐身防护的考虑,新型材料的研制和选择也是一个举足轻重的问题。2.4 波浪中起降性能、操纵性中的回转性实现在波浪上安全平稳地起飞降落是改善地效翼船耐波性的关键。地效翼船从水中到空中或从空中到水中,航速高,受波浪作用,直接影响船的安全性和可靠性。起飞时由于波浪的阻滞作用,致使船抬首离水困难;降落时,波浪的喷溅、撞击,使船的姿态和运动参数受到影响,直接考验船的结构强度。
采用动力增升或动力气垫技术,可使上述情况得到一定改善。但对地效翼船的水动力布局和外形、增升、起降速度、起降过程和时间控制尚待进一步研究。
俄罗斯采用在船底重心附近加装带阻尼平板式水橇,在起飞时减小阻力、降落时减小冲击,取得了一定效果,而且应用到“小鹰”号上。
图 1
风洞模拟自由飞行,或者利用带动力模型模拟试验技术来进行系统的气动布局研究。俄罗斯中央水翼船设计局掌握了一套行之有效的稳定性设计方法和试验方法。
2.2 运动自动控制系统
由于地效翼船尺度大、飞行速度快、飞高低、惯性大,驾驶员反应时间短,必须使用运动自动控制系统来确保安全飞行。俄罗斯研制大型地效翼船的经
验表明,大型地效翼船的所有飞行状态中,总有某个阶段会发生不稳定运动由,大不同。实用化必须解决运地效翼船在水面起降和近水面巡航飞行时,存在许多外来扰动:由于波浪扰动导致地效区内气动特性在水气交界面存在显著的非线性;近水面的随机风和切变风扰动;波浪对地效翼船的可能撞击形成剧烈的随机干扰;船体结构的弹性变形影响地面效应非常敏感的高度参数;武器发射时产生较大的瞬间反冲击力干扰等等,都会影响地效翼船的飞行姿态。
从形式上看,地效翼船的运动学和动力学方程和常规飞机是一致的,但由于地面效应的影响,飞行高度及其导数(垂向速度)不仅对地效翼船的运动参数,而且对气动力和力矩具有显著的非线性影响,方程更加复杂。
地效翼船运动自动控制系统设计技术的研究,需要建立描述地效翼船运动特性的运动学和动力学方程,研究地效翼船在各种复杂运行环境下的运动规律,通过对地效翼船稳定性和操纵性理论计算方法和计算软件的研究,提出运动自动控制系统的方案设计方法和设计准则。根据地效翼船的总体设计
2 船舶工程2004年第26卷第1期
谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
地效翼船由于贴近水面飞行,其回转性受到限
制。船舶回转时采取打舵使船产生一个偏航角,依靠来流的偏斜在船的侧向面上产生向心力使船回转;飞机回转时,操副翼使飞机产生横倾角,机翼升力的分量起到向心力的作用,使飞机回转。由于地效翼船受地效区高度限制,飞高低,不能象飞机一样大坡度回转。解决回转性问题提高地效翼船的机动性能有两种方法,一是飞高回转后,再进入地效区飞行;另一种是降低飞高或降落后,靠水舵等装置回转。前者对地效翼船的气动性能要求高,后者使用上存在缺陷。2.5 动力装置的选型、布置、防盐雾
由于地效翼船在波浪中起降,为了提供动力增升或者动力气垫,都必须重新设计动力装置。目前采用的方法主要有两种:一种是偏转发动机尾喷口;另一种是偏转整个发动机。
目前缺少专门为地效翼船设计的航空动力装置。航空或车用活塞式发动机的低空、低速性能较好,但重量、体积大,且无大功率发动机可选涡桨、涡扇及涡喷式发动机功率大、可靠性高,,,发动机离海面高度在几十米以内,长期处于盐雾腐蚀环境中,发动机通过喷溅、进气系统等途径与盐雾接触后会产生盐沉积,发生腐蚀。不采取措施会导致发动机工作性能下降,寿命减少,工作可靠性降低,甚至危及飞行安全。因此,调研地效翼船工作环境、发动机盐沉积情况,研究耐腐蚀涂层、水气分离装置、清洗技术等是地效翼船飞向海洋的必经之路。
美国通用电气公司在CFM56型高函道涡扇发动机上安装了水、空气分离装置,使含盐雾的水微团不能进入发动机内;俄罗斯在“雌鹞”号地效翼船的发动机上也采用了类似的装置。
掠航高度1～3.5米,其船长58米,翼展31.5米,高16.5米[2]。如此高大型的船只,以400千米/小时左右的航速飞行,已经无法混淆在海浪的掩护之中。如果雷达具备动目标测量功能则其发现距离仅受地球曲率影响,发现距离为视距。隐蔽性将大大减弱。要在隐蔽性上得到提升,必须对船的外形和结构进行改进,但地效翼船掠海飞行引起的巨大的海水喷溅暴露在雷达探测下,将会使船在隐身外形设计上存在一个很难克服的缺点。
(2)两栖性。地效翼船在军事上的一个应用前景就是其可发展成具有水陆两栖的运载平台。但目前即便是俄罗斯离实现这一目标还有相当远的距离。由于地效翼船是利用地面效应的特种船舶,动力气垫型飞高低,不适合海洋飞行,而动力增升型地效翼船需要较高的速度和较为平坦宽阔的场地提供地面效应来起降或飞行,,不具备气垫船,较难找。
)。地效翼船由于飞高低用作民用运,但作为作战环境危险恶劣的军事装备,情况就不一样了。由于地效翼船工作状态是在超低空飞行,而且目前机动性能较差,一旦受到来自敌方的打击,极易被击落,若为大型地效翼船,虽其船不至于坠毁,但其作战能力和逃脱能力则迅速降低,很容易丧失战斗力,束手就擒。
(4)经济性。虽然地效翼船无需飞机起飞和着落时的设备如着落轮、襟翼、扰流器、制动器等设备,但起飞和巡航时动力不匹配是地效翼船提高飞行效率的障碍。由于地效翼船起飞时需要克服较大的流体阻力,一般都装备专用的大功率起飞发动机,数倍于掠航时的发动机功率,而起飞发动机在起飞之后就成了赘余重量,减少了有效荷重,增加了气动阻力和船的成本。地效翼船大型化时,巨大的起飞发动机功率更加显得浪费。如“KM”船的前横架上布置有8台涡轮喷气式发动机,每台牵引力10吨,其功率主要用于船的起飞。而尾架上另有2台同样的发动机,提供飞行时需要的动力。附加的起飞发动机的重量,将降低大型地效翼船的效率,妨碍地效翼船提高总体效率。
3.2 军事应用的其他问题
3 军事应用分析
3.1 军事应用上存在的问题
(1)隐蔽性。直观上来讲,地效翼船贴近水面飞
行,在一般雷达盲区内,隐蔽性较好。但是,当大型化成为发展趋势后,隐蔽性就要重新评价了。俄罗
斯400吨级“雌鹞”地效翼船掠航高度1～4米,其船长73.8米,翼展44米,高17米;又150吨级“小鹰”
地效翼船的大型化需要解决基础设施和后勤设
施的配套建设问题,来保证地效翼船系统运转的高
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谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
效率。地效翼运输船的码头、装载和卸载机构与其
他船兼容问题、地效翼船高速飞行形成的湍流、波浪喷溅和其他影响对周围航行小船形成危险的问题、地效翼船港口和内陆航道问题、从属船舶部门还是航空部门问题等等。所有这些问题都必须在大型地效翼船面世前解决。
地效翼船关键技术发展成熟后,在军事应用上仍然有一些课题需要解决。例如,反舰导弹在高速飞行中如何发射、如何提供目标指示、重型装备如何装载到船上、研制何种布雷装置等等。3.3 可能的军事应用前景
(1)地效翼导弹艇
伤人员进行医疗救助(如俄罗斯的“救星”号),还可执行对舰艇的救援工作。另外,还可用于从海上接回返回的宇航员及其他设备等。对于在远海执行封锁任务的潜艇,用地效翼船进行补给,可避免潜艇长途返回基地,同时还可克服常规补给目标大等弱点。
(4)地效翼布、扫雷艇与飞机相比,地效翼船装载量大、飞行高度低、隐蔽性相对较好;与舰艇相比,在相同时间较水面舰船可覆盖更大的海域,能实施快速机动隐蔽布雷,可发展成为地效翼布雷艇。若能进一步改善地效翼船的隐身性,在战时可用于港口的布雷封锁。同样,地效翼船也可发展为扫雷艇和搜潜艇,执行扫雷和搜潜任务。
(5)地效翼登陆艇
由于两栖技术(由海上陆和由陆下海)不能妥善解决,。但战,、装载量大的优。
地效翼船在军事上的应用,初步看来最容易实现的是研制中型地效翼导弹艇。它具有几个优点:装载量比飞机大,一艘中型地效翼艇(200吨)通常有效载重约为40吨,可装载反舰导弹约4至6枚,是一般作战飞机的3倍左右;速度比舰船快得多,具有较好的隐蔽性。雷达可探测目标距离公式为:4.12(1+
h2)/km,其中h1为雷达高度,h2地效翼船飞高5米,,可比在超低空飞行(现距离10,,如果,则对反舰导弹和对空导弹都有一定的对抗手段。
(2)地效翼战略运输船
作为大装载量、高速、海空两栖的运输平台,如果大型化能顺利实现,地效翼船可充当战略机动力量的快速反应掠海运输平台[4]。例如,针对军事力量薄弱的边远岛礁,爆发冲突时可利用大型地效翼运输船对他们实施武装力量快速支援。
(3)地效翼补给救援船利用地效翼船在水面高速航行并能浮在水面的特点,可作为核潜艇等重要舰艇的紧急救援工具。一旦发生事故,地效翼船可迅速赶至出事海域内,及时开展搜索遇难舰艇和落水人员,输送救援物资及对受
4 结 论
作为一种新概念的高性能船舶,世界各国都关注着地效翼船的发展,但在大型化、实用化的一些关键技术上,还存在一些问题尚待解决。地效翼船在军事应用上是否具有期望中那样高的军事价值,尚需进一步研究。只有解决了地效翼船大型化关键技术,才能拓宽其应用领域。
5 参考文献
1 Costeffectivenessanalysisofwingshipcombatants.AD-A286210
NavalPostgraduateSchoolMonterey,California.19942 海军装备论证研究中心系列手册编委会编著.俄罗斯海军武器装备手册.北京:解放军出版社,20003 21世纪海洋高性能船.北京:国防工业出版社,20014 Thewingship’spotentialforstrategiclift.Theindustrialcollegeof
thearmedforces,executiveresearchproject1995
5 WingshipInvestigation.VolumeI.AD294979.1993
KeyTechnologyofLarge2sizedGround2effectWingShip
andResearchonItsMilitaryApplication
TanDali,WangQingandYangYang
Abstract:Thepaperpointsoutthedevelopmenttrendoftheground2effectwingshiptoalarge2sizedone,analyzesthekeytecyhnologytodeveloptheground2effectwingshipandtheproblemstoapplyitinmilitaryuse,anddiscussesthepotentialtendencytodevelopmilitarywingship.
Keywords:Ship Ground2effectwingship Large2sized Keytechnology Militaryuse
4 船舶工程2004年第26卷第1期
地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
谭大力 硕士/工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]王 青 女 高级工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]杨 洋 助理工程师 海军装备研究院舰船论证研究所[100073]
摘 要 本文指出了地效翼船的大型化发展趋势,分析了地效翼船发展的关键技术和军事应
用上的问题,并探讨了地效翼船在军事上可能的发展方向。
关键词 船舶 地效翼船 大型化 关键技术 军事应用中图分类号 U674.942
0 引 言
自从前苏联的地效翼船“里海怪物”在里海神秘出现后,世界各国的目光都集中到这种新型的高速有翼船舶上。近几十年来,俄罗斯、美国、德国、日本等国投入了大量的精力,希望能够取得地效翼船研究使用上的突破。
地效翼船到底具有什么优点呢?
①高速,可完全脱离水面飞行,舶的10～15倍;②范围内,短,,脱离波浪的影响,;与气垫船相比,飞行高度范围更灵活,具有更大的越障能力,可以发展为水陆两栖性船舶;⑤在地效区内飞行,受地面效应的影响,升阻比优于飞机,装载量较大;⑥与飞机比,飞行高度较低,失事后危险较小;⑦制造工艺比飞机低,俄罗斯用短短十多年时间,就从单人艇发展成重达544吨的“里海怪物”。
地效翼船在民用上具有经济效益较好的优势,在军事上具有一些优越的平台性能,也使其作为一种新型的武器平台受到了全球军事专家的关注。
况等级较高时,风大浪高,海面波涛汹涌,情况异常复杂,地面效应的作用受海面恶劣海况影响,会出现剧烈波动。俄罗斯125吨级的“小鹰”号起降海况为3级,安全巡航海况为4级;400吨级的“雌鹞”号起
降海况为4级,巡航飞高1～4米5级[2]。,50,而超出。地面效应区的大小与地效,简单地说,地面效应区的高度与地效翼船的翼展成正比关系,地效翼船尺寸越大,地效区高度相应增大。地效翼船大型化,有效巡航飞高增大,能提高安全飞行海况,其抗波浪的能力也增强,能提高起降海况。因此,地效翼船要想发挥地面效应的优势走向海洋,大型化是其发展的必然趋势。
2 大型化关键技术
2.1 飞行稳定性
飞行稳定性,特别是纵向稳定性早期一直阻碍着地面效应的利用。影响地效翼船纵向稳定性的关键因素是俯仰力矩[3]。当地效翼船贴近地面飞行
时,由于地面效应的作用,机翼上升力有增量ΔL,ΔL作用在重心后面,产生了一个低头力矩ΔL・l。与此同时,机翼的下洗流减小了,平尾上的升力增大了ΔLt,也产生一个低头力矩ΔLt・lt(如图1所示),两力矩的作用使地效翼船低头,飞高下降,低头力矩加大,如此恶性循环,最后发散失稳。反之,当地效翼船增加飞高时,出现抬头爬高,直至翻跟斗。 目前飞行稳定性问题在理论上已基本得到解决,但是,如何进行稳定性设计还有待研究。目前判断地效翼船的运动稳定性还需借助试验方法。利用
Vol.26No.12004SHIPENGINEERING 1
1 大型化的发展趋势
20世纪60年代起,前苏联和德国在地效翼船技术上均取得了突破性进展,先后研制成功一些地效翼试验船,从实践上证实了地效翼船具有不同于其他船舶的优越性。之后美、中、日等世界各国纷纷开展了地效翼船技术的研究。
研究表明,大型化是地效翼船进入真正实用阶段和在军事上应用的必经之路[1]。
地效翼船的起降和安全巡航受海况限制,当海
谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
和战技术指标要求,利用运动自动控制系统的阻尼
增稳等形式,保证地效翼船具有良好的运动稳定性和灵活的机动性,提高地效翼船的总体设计水平。
俄罗斯在研制“小鹰”号地效翼船时,由十几个单位用同一组初始数据各自单独完成几轮运动模拟,经过各研制阶段补充和模拟结果的修正,最后才得到可靠的数据。2.3 结构强度及材料
结构强度以及材料选择实际上与其他关键技术是紧密相关的。由于贴近水面飞行时,波浪的撞击、大型武器发射时的反冲,起降时波浪的抨击等外载荷令地效翼船的结构强度的要求比飞机更严格。但如果采用坚固笨重的结构来保证强度则会抵消地面效应所带来的升力优势。
由于地效翼船的结构布局、载荷环境、使用环境不同于飞机,()、失效模式、,,制定地效翼、研究结构强度的、研究,才能保证这种特殊飞行器的结构完整性和各系统的可靠性要求,实现总体设计目标,提高生命力。
俄罗斯在地效翼船领域处于领先地位,对地效翼船的结构布局、结构形式、受力形式等进行了较深入的研究,提出了地效翼船结构设计思想和设计准则,而且应用在其“雌鹞”号等较大型地效翼船的设计中。另外基于腐蚀控制、隐身防护的考虑,新型材料的研制和选择也是一个举足轻重的问题。2.4 波浪中起降性能、操纵性中的回转性实现在波浪上安全平稳地起飞降落是改善地效翼船耐波性的关键。地效翼船从水中到空中或从空中到水中,航速高,受波浪作用,直接影响船的安全性和可靠性。起飞时由于波浪的阻滞作用,致使船抬首离水困难;降落时,波浪的喷溅、撞击,使船的姿态和运动参数受到影响,直接考验船的结构强度。
采用动力增升或动力气垫技术,可使上述情况得到一定改善。但对地效翼船的水动力布局和外形、增升、起降速度、起降过程和时间控制尚待进一步研究。
俄罗斯采用在船底重心附近加装带阻尼平板式水橇,在起飞时减小阻力、降落时减小冲击,取得了一定效果,而且应用到“小鹰”号上。
图 1
风洞模拟自由飞行,或者利用带动力模型模拟试验技术来进行系统的气动布局研究。俄罗斯中央水翼船设计局掌握了一套行之有效的稳定性设计方法和试验方法。
2.2 运动自动控制系统
由于地效翼船尺度大、飞行速度快、飞高低、惯性大,驾驶员反应时间短,必须使用运动自动控制系统来确保安全飞行。俄罗斯研制大型地效翼船的经
验表明,大型地效翼船的所有飞行状态中,总有某个阶段会发生不稳定运动由,大不同。实用化必须解决运地效翼船在水面起降和近水面巡航飞行时,存在许多外来扰动:由于波浪扰动导致地效区内气动特性在水气交界面存在显著的非线性;近水面的随机风和切变风扰动;波浪对地效翼船的可能撞击形成剧烈的随机干扰;船体结构的弹性变形影响地面效应非常敏感的高度参数;武器发射时产生较大的瞬间反冲击力干扰等等,都会影响地效翼船的飞行姿态。
从形式上看,地效翼船的运动学和动力学方程和常规飞机是一致的,但由于地面效应的影响,飞行高度及其导数(垂向速度)不仅对地效翼船的运动参数,而且对气动力和力矩具有显著的非线性影响,方程更加复杂。
地效翼船运动自动控制系统设计技术的研究,需要建立描述地效翼船运动特性的运动学和动力学方程,研究地效翼船在各种复杂运行环境下的运动规律,通过对地效翼船稳定性和操纵性理论计算方法和计算软件的研究,提出运动自动控制系统的方案设计方法和设计准则。根据地效翼船的总体设计
2 船舶工程2004年第26卷第1期
谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
地效翼船由于贴近水面飞行,其回转性受到限
制。船舶回转时采取打舵使船产生一个偏航角,依靠来流的偏斜在船的侧向面上产生向心力使船回转;飞机回转时,操副翼使飞机产生横倾角,机翼升力的分量起到向心力的作用,使飞机回转。由于地效翼船受地效区高度限制,飞高低,不能象飞机一样大坡度回转。解决回转性问题提高地效翼船的机动性能有两种方法,一是飞高回转后,再进入地效区飞行;另一种是降低飞高或降落后,靠水舵等装置回转。前者对地效翼船的气动性能要求高,后者使用上存在缺陷。2.5 动力装置的选型、布置、防盐雾
由于地效翼船在波浪中起降,为了提供动力增升或者动力气垫,都必须重新设计动力装置。目前采用的方法主要有两种:一种是偏转发动机尾喷口;另一种是偏转整个发动机。
目前缺少专门为地效翼船设计的航空动力装置。航空或车用活塞式发动机的低空、低速性能较好,但重量、体积大,且无大功率发动机可选涡桨、涡扇及涡喷式发动机功率大、可靠性高,,,发动机离海面高度在几十米以内,长期处于盐雾腐蚀环境中,发动机通过喷溅、进气系统等途径与盐雾接触后会产生盐沉积,发生腐蚀。不采取措施会导致发动机工作性能下降,寿命减少,工作可靠性降低,甚至危及飞行安全。因此,调研地效翼船工作环境、发动机盐沉积情况,研究耐腐蚀涂层、水气分离装置、清洗技术等是地效翼船飞向海洋的必经之路。
美国通用电气公司在CFM56型高函道涡扇发动机上安装了水、空气分离装置,使含盐雾的水微团不能进入发动机内;俄罗斯在“雌鹞”号地效翼船的发动机上也采用了类似的装置。
掠航高度1～3.5米,其船长58米,翼展31.5米,高16.5米[2]。如此高大型的船只,以400千米/小时左右的航速飞行,已经无法混淆在海浪的掩护之中。如果雷达具备动目标测量功能则其发现距离仅受地球曲率影响,发现距离为视距。隐蔽性将大大减弱。要在隐蔽性上得到提升,必须对船的外形和结构进行改进,但地效翼船掠海飞行引起的巨大的海水喷溅暴露在雷达探测下,将会使船在隐身外形设计上存在一个很难克服的缺点。
(2)两栖性。地效翼船在军事上的一个应用前景就是其可发展成具有水陆两栖的运载平台。但目前即便是俄罗斯离实现这一目标还有相当远的距离。由于地效翼船是利用地面效应的特种船舶,动力气垫型飞高低,不适合海洋飞行,而动力增升型地效翼船需要较高的速度和较为平坦宽阔的场地提供地面效应来起降或飞行,,不具备气垫船,较难找。
)。地效翼船由于飞高低用作民用运,但作为作战环境危险恶劣的军事装备,情况就不一样了。由于地效翼船工作状态是在超低空飞行,而且目前机动性能较差,一旦受到来自敌方的打击,极易被击落,若为大型地效翼船,虽其船不至于坠毁,但其作战能力和逃脱能力则迅速降低,很容易丧失战斗力,束手就擒。
(4)经济性。虽然地效翼船无需飞机起飞和着落时的设备如着落轮、襟翼、扰流器、制动器等设备,但起飞和巡航时动力不匹配是地效翼船提高飞行效率的障碍。由于地效翼船起飞时需要克服较大的流体阻力,一般都装备专用的大功率起飞发动机,数倍于掠航时的发动机功率,而起飞发动机在起飞之后就成了赘余重量,减少了有效荷重,增加了气动阻力和船的成本。地效翼船大型化时,巨大的起飞发动机功率更加显得浪费。如“KM”船的前横架上布置有8台涡轮喷气式发动机,每台牵引力10吨,其功率主要用于船的起飞。而尾架上另有2台同样的发动机,提供飞行时需要的动力。附加的起飞发动机的重量,将降低大型地效翼船的效率,妨碍地效翼船提高总体效率。
3.2 军事应用的其他问题
3 军事应用分析
3.1 军事应用上存在的问题
(1)隐蔽性。直观上来讲,地效翼船贴近水面飞
行,在一般雷达盲区内,隐蔽性较好。但是,当大型化成为发展趋势后,隐蔽性就要重新评价了。俄罗
斯400吨级“雌鹞”地效翼船掠航高度1～4米,其船长73.8米,翼展44米,高17米;又150吨级“小鹰”
地效翼船的大型化需要解决基础设施和后勤设
施的配套建设问题,来保证地效翼船系统运转的高
Vol.26No.12004SHIPENGINEERING 3
谭大力、王 青、杨 洋:地效翼船大型化的关键技术和军事应用研究
效率。地效翼运输船的码头、装载和卸载机构与其
他船兼容问题、地效翼船高速飞行形成的湍流、波浪喷溅和其他影响对周围航行小船形成危险的问题、地效翼船港口和内陆航道问题、从属船舶部门还是航空部门问题等等。所有这些问题都必须在大型地效翼船面世前解决。
地效翼船关键技术发展成熟后,在军事应用上仍然有一些课题需要解决。例如,反舰导弹在高速飞行中如何发射、如何提供目标指示、重型装备如何装载到船上、研制何种布雷装置等等。3.3 可能的军事应用前景
(1)地效翼导弹艇
伤人员进行医疗救助(如俄罗斯的“救星”号),还可执行对舰艇的救援工作。另外,还可用于从海上接回返回的宇航员及其他设备等。对于在远海执行封锁任务的潜艇,用地效翼船进行补给,可避免潜艇长途返回基地,同时还可克服常规补给目标大等弱点。
(4)地效翼布、扫雷艇与飞机相比,地效翼船装载量大、飞行高度低、隐蔽性相对较好;与舰艇相比,在相同时间较水面舰船可覆盖更大的海域,能实施快速机动隐蔽布雷,可发展成为地效翼布雷艇。若能进一步改善地效翼船的隐身性,在战时可用于港口的布雷封锁。同样,地效翼船也可发展为扫雷艇和搜潜艇,执行扫雷和搜潜任务。
(5)地效翼登陆艇
由于两栖技术(由海上陆和由陆下海)不能妥善解决,。但战,、装载量大的优。
地效翼船在军事上的应用,初步看来最容易实现的是研制中型地效翼导弹艇。它具有几个优点:装载量比飞机大,一艘中型地效翼艇(200吨)通常有效载重约为40吨,可装载反舰导弹约4至6枚,是一般作战飞机的3倍左右;速度比舰船快得多,具有较好的隐蔽性。雷达可探测目标距离公式为:4.12(1+
h2)/km,其中h1为雷达高度,h2地效翼船飞高5米,,可比在超低空飞行(现距离10,,如果,则对反舰导弹和对空导弹都有一定的对抗手段。
(2)地效翼战略运输船
作为大装载量、高速、海空两栖的运输平台,如果大型化能顺利实现,地效翼船可充当战略机动力量的快速反应掠海运输平台[4]。例如,针对军事力量薄弱的边远岛礁,爆发冲突时可利用大型地效翼运输船对他们实施武装力量快速支援。
(3)地效翼补给救援船利用地效翼船在水面高速航行并能浮在水面的特点,可作为核潜艇等重要舰艇的紧急救援工具。一旦发生事故,地效翼船可迅速赶至出事海域内,及时开展搜索遇难舰艇和落水人员,输送救援物资及对受
4 结 论
作为一种新概念的高性能船舶,世界各国都关注着地效翼船的发展,但在大型化、实用化的一些关键技术上,还存在一些问题尚待解决。地效翼船在军事应用上是否具有期望中那样高的军事价值,尚需进一步研究。只有解决了地效翼船大型化关键技术,才能拓宽其应用领域。
5 参考文献
1 Costeffectivenessanalysisofwingshipcombatants.AD-A286210
NavalPostgraduateSchoolMonterey,California.19942 海军装备论证研究中心系列手册编委会编著.俄罗斯海军武器装备手册.北京:解放军出版社,20003 21世纪海洋高性能船.北京:国防工业出版社,20014 Thewingship’spotentialforstrategiclift.Theindustrialcollegeof
thearmedforces,executiveresearchproject1995
5 WingshipInvestigation.VolumeI.AD294979.1993
KeyTechnologyofLarge2sizedGround2effectWingShip
andResearchonItsMilitaryApplication
TanDali,WangQingandYangYang
Abstract:Thepaperpointsoutthedevelopmenttrendoftheground2effectwingshiptoalarge2sizedone,analyzesthekeytecyhnologytodeveloptheground2effectwingshipandtheproblemstoapplyitinmilitaryuse,anddiscussesthepotentialtendencytodevelopmilitarywingship.
Keywords:Ship Ground2effectwingship Large2sized Keytechnology Militaryuse
4 船舶工程2004年第26卷第1期