灵活轨道框架在现代航母上的应用

邵优华， 刘序辰

(1. 海军驻上海地区舰炮系统 军事代表室， 上海 200129； 2.上海船舶工艺研究所， 上海 200032)



灵活轨道框架在现代航母上的应用

邵优华1， 刘序辰2

(1. 海军驻上海地区舰炮系统 军事代表室， 上海 200129； 2.上海船舶工艺研究所， 上海 200032)

为了降低大型舰船的建造成本，易于使用和维护过程中任务使命调整带来的设备设施灵活布置和移动，以及便于改换装工作，美海军研制了灵活轨道框架，并应用于CVN78的建造。本文介绍了美海军研制的灵活轨道框架和接口形式，以及在CVN78上的应用，提出了在我国大型舰船研制中采用该项技术的建议。

美国海军航母灵活轨道框架

0　引言

舰船服役期较长，如企业号航母1960年开始服役，2012年退役，服役了50年之久。舰艇在服役期内需要适应新的任务、威胁和技术升级，会经历几次改换装过程，包括中期一次重大的改进，以容纳新的技术、系统和装备[1-2]。舰船每次改换装后时所执行的任务使命可能会有所调整，导致舰上设备有所变化，这些设备在狭小舱室中的安置和移动就成为海军维护保养时的难题。如果设备能够根据任务在舱室内灵活移动，一方面可使舱内布局更合理，另一方面也易于快捷地拆装，节约时间和经济成本。为此，美国海军研制了灵活轨道框架，这些轨道可承载设备灵活移动或将设备固定，便于改变空间布局和设备设施改换装工作。根据有关文献[2-3]记载，所谓灵活轨道框架，是指用铝合金材料做成轨道，设计成几种标准高度，呈网格状在甲板、舱壁、舱顶上铺设，轨道框架上带有轨道组装和设备设施固定的标准接口，以满足上述任务需求。

1　灵活轨道框架和接口

美国RAND公司的报告[4]显示，灵活轨道框架是美国舰船模块化和灵活性概念下的一个实施应用，借鉴了飞机设计建造的一些做法。灵活轨道框架主要由标准轨道和标准接口(见图1、图2)两个要素组成。轨道由铝合金板材经过压制加工成形，呈网格状安装，轨道上有标准间隔的开孔用于安装设备和装置。轨道框架上带有轨道组装和设备设施固定的标准接口，用标准的螺栓和螺母固定轨道和连接件，轨道上附有轨道接头用于固定设备。

图1　标准轨道

图2　标准接口

灵活轨道框架结构如图3所示，安装螺柱焊接在船体结构上。螺柱上有调平螺母，用于调整水平以提供一个水平的轨道面。沿着轨道每一英寸都有一个附着点，可以将设备安装在不同位置。通过轨道接头将设备和轨道连接以实现设备的固定，松开轨道接头就可进行设备移动。图4为灵活轨道框架剖面图。

图3　轨道安装位置示意图

图4　灵活轨道框架剖面图

2　灵活轨道框架应用

在以往的航空母舰及其他舰船的设计和建造中，空间严格限定。针对灵活性的空间要求，美海军和纽波特纽斯造船厂研发了灵活轨道框架，在CNV78航母上进行了应用，轨道总长度超过7 km。图5为甲板轨道系统，包含三个高度(152.4 mm，228.6 mm，304.8 mm)，应用于各种舱室。图6为舱壁轨道系统。图7为舱顶轨道系统。 图 8 为轻便的舱壁和立柱。图9为安装在舱顶轨道上的灯具。图10为安装在舱壁轨道上的供电设备。另外，在舱室内地面与甲板之间的通风系统安装也采用了灵活轨道，轨道高度有152.4 mm和304.8 mm两种规格，前者为轻载，后者为重载。

图5　1.83 m高轨道和3.66 m高轨道

图6　舱壁轨道系统

图7　舱顶轨道系统

图8　轻便的舱壁和立柱

图9　灵活的照明系统

图10　灵活的供电系统

上述轨道的应用给舱室空间重新布局提供了极大的灵活性，用轻便的舱壁和立柱可迅速组成一个舱室，舱室内的通风、照明和供电因轨道框架的应用安装十分方便，图11为运用灵活轨道框架组成起居室、储藏室和作战指挥中心的示意图。

图11　灵活轨道框架在空间改造上的应用示意

美国海军将在两栖攻击舰2号舰LHA(“的黎波里”号)、3号舰LHA8以及DDG1 000型驱逐舰2号舰、3号舰等舰船建造过程中，以及尼米兹级航母升级改造的新系统换装过程中，采用灵活轨道框架。

3　灵活轨道框架的优势

灵活轨道框架在舰船建造过程中大幅度降低了焊接(即热作业)作业工作量，在大型舰船部分空间重新布局过程中也基本消除了焊接作业。分析表明，由于减少了人力与热作业，舱室空间改造成本减少了约25%～50%。建造一艘航空母舰需要大约七年的时间，在漫长的建设期内，可能面临舱室重新改造的问题，灵活轨道框架的应用可降低建造成本，并有利于建造过程中的安全生产。灵活轨道框架的应用，有利于降低服役期内的空间改造成本，并增加对舰船改换装的灵活性。当然，灵活轨道框架的应用还面临一些技术问题需要解决，如异种金属间的电化学腐蚀问题、不同的设备系统共轨道安装的振动问题等。

4　建议

为适应我国未来大型舰船快速发展、模块化技术应用，以及舰船使用和保障过程中的技术升级和加改装，建议借鉴美海军在舰船上采用灵活轨道框架的做法，开展技术研究工作，分析对舰船重量重心、舱容等方面的影响，研制灵活轨道和接口，解决承重、变形、振动、电化学腐蚀等技术问题，进行应用验证和标准化，为扩大应用范围创造条件。

[1]Abbott J. Modularity Historical Study[R]//Carderock: Naval Surface Warfare Center Carderock Division, 2009.

[2]Abbott J W, Levine A, Vasilakos J. Modular/Open Systems to Support Ship Acquisition Strategies[R]//Alexandria: American Society of Naval Engineers, 2008.

[3]Garver S, Marcantonio R, Sims P. Modular Adaptable Ship(MAS) Total Ship Design Guide for Surface Combatants[R]//Alexandria: Naval Sea Systems Command, 2011.

[4]Schank J F, Savitz S, Munson K, et al. Design Adaptable Ship: Modularity and Flexibility in Future Ship Designs[M]. US Calif: RAND Corporation, 2016.

Application of Flexible Track Infrastructure for Modern Aircraft Carrier

SHAO You-hua1, LIU Xu-chen2

(1. Military Delegate Office of Naval Warship Cannon System in Shanghai, Shanghai 200129, China;2. Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute, Shanghai 200032, China)

In order to reduce the cost of the large ships construction, and facilitate flexible arrangement and movement of the equipment for mission change in operation, maintenance and modernization, US Navy developed Flexible Track Infrastructure and applied in CVN78 constriction. US Navy Flexible Track Infrastructure, interface, and the technology application in US Navy aircraft carrier was introduced. And a proposal was put forward to adopt this technology in the development of large ship in our country.

US NavyAircraft CarrierFlexible Track Infrastructure

邵优华(1964-)，男，高级工程师，从事舰船总体性能、舰船配套、建造工艺、质量监管等方面的研究工作。

U671

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