美国可变船型气垫船（T-Craft）技术方案

姜忠涛

（海军装备部舰艇部 北京 100841）

0 引 言

气垫船具有独特的两栖性和优良的快速性。气垫登陆艇能够在全世界70%以上的海滩实施人员与武器装备的快速超越输送，提高了对登陆海滩选择的战术灵活性，大幅减少了登陆部队受敌攻击的时间和损伤概率，能够在两栖登陆作战中发挥不可替代的重要作用。但是，气垫船独特的两栖性使其运输效率远低于排水船型。由于其巨大的燃油消耗量，全垫升气垫船很难向超大型（千吨级以上）发展，从而限制综合性能，特别是装载能力、续航力和耐波性的提高。

发展坞载气垫登陆艇及船坞登陆舰，无疑是解决该问题的一个有效途径。通过船坞登陆舰将气垫登陆艇运输至远程海域后释放气垫登陆艇，然后由气垫登陆艇携载重型坦克实施抢滩登陆，从而避免了气垫登陆艇跨海航行。但其弊端也显而易见，那就是最终的目标只是将坦克运送到岸上，而船坞登陆舰却必须装载比登陆装备载重量大得多的气垫登陆艇，从而导致装载空间和装载量的浪费。

美国T-Craft项目为气垫船大型化发展提出了可能的解决方案。其通过在不同船型（排水双体、侧壁式、全垫升）间的自行转换，在不同任务剖面以不同的性能模式运行，从而解决了气垫船大型化发展所面临的运输效率问题。

1 T-Craft项目来源与要求

2005年8月，美国海军研究署（ONR）提出可变船型气垫船（T-Craft）需求，其主要用于自岸上基地经开阔海域远程抵达海上基地，与海上基地对接并将登陆装备转运到T-Craft上，然后将这些登陆装备经浅水高速运输至目标海岸，在海滩上进行装备卸载。整个任务过程见图1。

图1 T-Craft项目使命任务

T-Craft项目的性能要求包括:

（1）空载排水量。在低燃油消耗率、高耐波性模式下，具有2500 n mile续航力（20 kn，5级海况）；

（2）6级海况正常航行（高速、浅吃水模式时，4级海况正常航行），8级海况下生存。

（3）满载排水量。高速、浅吃水模式下，可在4级海况中以40 kn左右航速高速航行。

（4）具有两栖性。能够以两栖模式通过沙滩和泥地，提供“干脚着陆”的能力。

（5）不需任何外界辅助，能够在海中转换运行模式。

（6）高速、浅吃水模式下，一次装满燃油可在4级海况中以40 kn航速航行500～600 n mile。

（7）在4～5级海况中能够减小运动，以实现在T-Craft与海上预置舰／海上补给船之间快速输送装备。

（8）作为攻击连接舰和后勤连接舰使用。

其他性能要求的最低限界值及目标值见表1。

从T-Craft项目的使命任务和性能要求来看，现有船型很难达到其设计要求。如通用登陆艇（Landing Craft Utility，简称:LCU）设计为平底以实现登滩、退滩，但导致高海况中耐波性非常差，且航速通常仅为9～12 kn；LCAC能够使用气垫支持船体，并具有45 kn左右的航速，但是在高海况中失速很大，航速有限，且LCAC的燃油消耗很大，难以支持较高的续航力；装甲两栖攻击车（Armored Amphibious Assault Vehicle，简称 AAAV）在排水航行时，履带产生很大阻力，推进功率非常大，且其水下部分为箱形，故耐波性也非常差；现有的一些商业双体渡船在排水状态航行时，可以满足T-Craft的续航力和耐波性要求，但是通常都需要较深吃水，且不具有两栖性。因此，T-Craft项目必须开展新船型的研发工作。

表1 其他性能要求

美国海军研究署计划对T-Craft的研发工作分为三个阶段:第一个阶段，对符合要求的多个初步设计方案支付费用，计划时间为9个月；然后选择两个最有希望的方案进入第二阶段，进行详细设计并进行模型试验，计划时间为1年；第三阶段，政府将选择单独的一个方案进行演示艇的设计、建造及试验，计划时间为4年。

2007年11月，Alion（AlionScienceandTechnology）、TM&LS（Textron Marine&Land Systems）、Umoe（Umoe Mantal）和Navatek共4家公司完成了第一阶段合同，第二阶段合同Navatek公司落选，另外3家公司承接。至2011年，第二阶段合同也已完成。本文主要介绍Alion公司和TM&LS公司在T-Craft项目第二阶段对一些关键技术的解决方案。

2 Alion公司的技术方案

Alion公司的T-Craft方案只有两种运行模式，即采用侧壁式气垫船（SES）模式运行于除登滩外的全部海上运行阶段，而在登滩时自行转换为全垫升气垫船（ACV）。

图2为Alion公司T-Craft方案示意图。其总长约80.7 m，总宽约20.6 m，采用双层甲板布置，艏部为装载大门，打开后可用于海上转运的跳板。驾驶室横跨于艏部，可提供360°的视角。4只空气螺旋桨在ACV模式可提供推力和操纵力，而其分散的布置可有效避免气流相互干扰。侧部围裙系统通过传动装置进行收放，侧体和艉部形状都经过特殊设计以在船体周边提供高效的气封能力。

图2 Alion公司的T-Craft方案

该方案的艏部进水角很小，仅11°左右，可减小兴波和在20 kn左右航速时出现的阻力峰值。艏部底板设计为内凹状，不仅可以降低艏部的排水体积，也可起到类似防溅条抑制飞溅的作用，从而可避免因安装防溅条而干扰围裙收放。片体底升角在艏部为40°左右，至艉部降低到15°左右，以避免喷水推进器吸气。为便于围裙安装，侧体水面以上部分设为平板面，向艏部逐步过渡。

图3为阻力模型试验预报结果（图中数值为单片体），阻力峰处阻力相对推进器最大许用功率线留有22%的储备。在设计中，计及0.6 MW的传动损失，在90%MCR时，在4级海况中可达到40 kn航速；而静水中全功率运行的航速可达到45 kn以上。

图3 阻力试验预报结果

2.1 动力系统

动力系统采用2台LM 2500型燃气轮机作为主动力，在SES模式，由燃气轮机通过齿轮箱传动喷水推进器提供推力；在ACV模式，一台燃气轮机的功率通过齿轮箱输出到高速发电机，发出3.5 MW电能驱动高速电动机带动空气螺旋桨装置。全船共4套5.3 m直径的导管空气螺旋桨，每套可提供约96 kN的静推力。图4为动力系统方案示意图。

图4 动力系统示意图

为实现气垫供气，设有4台垫升风机，由4台柴油机分别驱动。在吸收2091 kW功率时，每台垫升风机可提供125 m3/s流量和14254 Pa压力，从而使船在ACV模式具有1.3 m的垫升高度，并且在SES模式提供75%排水量的升力。

为实现SES模式与ACV模式供气，通过导流装置和管道进行垫升流量控制，在SES模式将流量直接导入片体间的气垫，而在全垫升模式则将流量导入片体外侧围裙囊内，见图5。

图5 垫升风机流道控制示意图

2.2 围裙系统

艏部围裙采用常规的SES手指形式，其材料为尼龙增强聚丁二烯。为便于转换为ACV模式，每个手指都反向安装有一个内指，内指由液压绞车通过牵索升降。在内、外指之间设有漏水孔，以避免围裙兜水。内、外指之间的部分为可拆卸式，以便于局部修理和更换。

侧部围裙不仅要考虑SES的高速运行模式，还要考虑登陆时的机动性和越障能力。需要封住所有气体泄漏，包括艉部的喷水推进器喷口。侧部围裙最终采用囊指式围裙。为避免围裙重量和围裙刚性的尺度效应影响，Alion公司进行了实尺度模型试验，对围裙收放及存储进行了验证。

图6 艏部手指示意图

2.3 海上转运与装载

T-Craft跳板采用纵骨架结构以提供总纵强度，跳板可支撑1辆M1系列的坦克或MTVR货车。为便于与LMSR舷侧平台连接，跳板末端设有活动的端板。跳板设计完成后，Alion公司进行了1/4模型的海上试验，验证了海上转运效果。

图7为装载布置方案，船的艉部设有转盘，用于登陆装备从艏跳板装载后至艉部回转，从而实现面向船艏的系留布置。该布置方案最多可并排布置3列登陆装备，两舷的2列面向艏部布置，中间1列则面向艉部布置、卸载时经艉部转盘回转后从艏部卸载。

图7 Alion公司T-Craft装备布置方案

3 TM&LS公司的技术方案

TM&LS公司的T-Craft方案具有三种运行模式:在开阔海域运行时采用排水双体模式，高速浅吃水运行时采用SES模式，而在登滩时采用ACV模式。

图8为TM&LS公司的T-Craft方案示意图。其总长约77 m，总宽约25.1 m，采用单层甲板设计，驾驶室设在艏部右舷。从片体线型上很难对比其与Alion公司方案的不同之处，但其长宽比要大于Alion公司的方案，有利于其全垫升状态的稳性。此外，TM&LS公司在方案中通过前、后气垫压力的自动控制改善船型在波浪中的运动性能。

图8 TM&LS公司的T-Craft方案（未显示围裙）

3.1 动力系统

在SES与排水双体运行模式，由2台LM 2500燃气轮机分别驱动Wärtsilä 1720轴流喷水推进器。TM&LS公司认为，LM 2500所提供的功率已明显超出了T-Craft的项目要求，但市场上没有与T-Craft需求更接近的主机。因此，在这样的主机功率下，可以提高航速或提高装载能力。

每舷2台离心风机布置在船舯位置附近，由1台MT-7向前、向后驱动。每舷甲板室顶布置2只导管空气螺旋桨，每只螺旋桨均由1台MT-7驱动。

此外，TM&LS公司的T-Craft方案可使用1台LM 2500主机通过一套轻型电力装置驱动2台喷水推进器和垫升风机，以SES模式执行远程航渡任务。因仅使用1台主机而节省的燃油装载量小于该套电力装置的重量，并可进一步节省燃油消耗。

3.2 围裙系统

为演示从SES模式到ACV模式的转换，TM&LS公司制作了6.1 m长的实尺度船体结构及围裙剖面分段，验证了围裙系统的收放及存储。图9为试验照片，可以观察到其用于提升围裙的牵索，以及船体内用于存储围裙的箱形结构。

图9 TM&LS公司实尺度围裙收放试验

3.3 海上转运系统

TM&LS公司设想在海上转运时，将T-Craft与LMSR艉对艉停靠，使LMSR的艉跳板直接与T-Craft的装载甲板艏部连接，登陆装备直接从LMSR上行驶到T-Craft的甲板上，面向艏部系留。这样，装备不需在T-Craft上回转或反向系留，可具有较高的转运效率和登滩后的卸载速度。TM&LS公司同样对其海上转运系统的设计方案进行了海上模型试验验证。

4 结 论

针对T-Craft项目的特殊要求，Alion公司和TM&LS公司均发挥各自优势，提出了各自方案和关键技术的解决途径。下页表2为两个公司方案对任务要求的满足程度对照表，可见Alion公司及TM&LS公司的设计方案均满足或超过全部要求最低限界。

表2 Alion公司和TM&LS公司的T-Craft方案对照表

然而，在T-Craft项目完成第二阶段研究后，一直没有进入第三阶段演示艇的设计和建造。对此，TM&LS公司声称是因“海军确定所需技术已经足够成熟，没有建造演示艇的必要”，而Alion公司则称是由于资金原因。但无论如何，T-Craft项目开展完成第二阶段已经取得了诸多技术突破，特别是不同公司均不约而同地采用气垫技术以实现两栖性，表明了气垫技术对于特种任务船型所具有的良好应用前景，而T-Craft项目所实现的技术突破也为气垫技术的发展开拓了非常好的方向和思路。

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