用于军用巡逻的硬底充气艇产品的设计开发

苏小伟

摘要：本文结合RIB690硬底充气艇产品开发项目，从艇型、艇体铺层材料、自扶正、充气护舷等方面对充气艇开发使用的关键技术进行了探讨，并就项目中对充气艇重量和航速要求精确、护舷材料使用、船体轻量化与高强度要求等设计难点以及相应的解决方案展开了分析，希望为类似项目的开展提供参考与借鉴。

关键词：军用巡逻;硬底充气艇产品;艇型技术

引言

在国际形势日渐复杂的背景下，海军护航任务开始向着多样化方向发展，采用由救助艇改装的常规舰艇已经无法满足任务开展需求。硬底充气艇产品能够在港口巡逻、登临执法、护航反海盗中发挥着重要的作用。作为一种由刚性艇体与充气护舷组合而成的船型，充气艇艇体自重较轻，具备良好的储备浮力与抗撞击缓冲性，主要由艇体、充气护舷、推进系统等部分构成。

1 项目概况

RIB690硬底充气艇产品开发项目定位为海军用巡逻艇，按照招标规格要求采用FRP艇身和雅马哈300HP四冲程舷外机，能够达到50节高航速要求。艇身采用硬底充气艇结构，达到CE B类标准，确保在浪高4m条件下安全航行。船净重要求不超900kg，架设7.62机枪，达到较高稳定性要求，并配备PU充气护舷。考虑到产品设计需要达到高航速、轻质量、耐波、抗冲撞等高性能指标要求，需要提出科学开发设计方案。

2 产品设计开发关键技术

2.1 艇型技术

产品艇型设计将对艇体性能产生决定性影响，为增强适航性采用成熟的滑行艇型，使船艇在滑行时只有底部接触水面，折角线主尺度是产品主要特征尺度。适当增加折角线宽，能够获得较大滑行面展舷比，使重心在纵向上后移，获得最佳攻角，提高艇体滑行效率。根据母船安放空间和布置情况，确定艇体长度，使折角线长宽比维持在4～6范围内。适当缩小尾部宽度，使展舷面积集中在前驻点附近，同时使纵倾角率比有利攻角小，能够在优化航行性能的同时，避免喷溅增大[1]。船艇底部在行进过程中将承受波浪砰击，其中横剖面形状将直接影响船艇阻力性能。与此同时，需要考虑横向稳定性，使剖面斜升角维持在15～17°之间。考虑到船首承受的力较大，可以使斜升角从中部向首部过渡过程中逐步增加，在1/4肋位置达到20～30°。但为避免失操，首部需要采用双折线剖面，底部采用外凸型。

2.2 铺层材料技术

艇体采用合成树脂增强材料和玻璃纤维复合而成，需要使用固化剂和其他改善材料性能的添加剂，被称之为辅层材料。针对基体部分，需要采用不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂等材料，要求保证黏度适合，固化时不会发生副反应，为产品后续生产加工提供便利。增强材料为玻璃纤维，可以采用碳纤维、高分子量乙烯纤维等多种，具体结合实际情况选用。在树脂固化阶段，需要采用过氧化环已酮等引化剂控制固化反应速度，确保反应完全。此外，需要添加促进剂加速游离基产生，促进树脂凝胶固化。如采用环烷酸钴等添加剂，可以起到增强树脂固化性能的作用[2]。艇体储备浮体等采用泡沫材料，为闭孔硬质材料，能够增强结构强度和浮力。

2.3 自扶正技术

设计可选装的自扶正装置，可以采用气囊式结構，减轻重量的同时，通过收缩气囊减小航行中的空气阻力，并为后期维修提供便利。在充气艇正常行驶期间，气囊处于非充气状态，保证行船速度不受影响。一旦发生倾覆，自扶正装置将自动开启，产生防止艇体倾覆的力矩，并利用气瓶对气囊充气，以免船艇沉没。采用不锈钢管在船尾焊接自扶正支架，使装置横跨推进装置。气囊为薄膜涂层橡胶织物，可以利用压缩气体充气。根据充气艇排水量，可以确定气瓶数量，内部装有二氧化碳和氮气，具体根据水温确定气体比例[3]。通过法兰，可以将自扶正支架与船尾封板固定连接。支架上设置固定安装弯管，上部固定气囊。弯管保持弧形，能够与气囊满气时外圆吻合。弯管底部设置气瓶和充气装置，利用卡箍连接固定。艇体倾斜到一定程度，水将进入自扶正装置，促使装置开启气瓶拉环。

2.4 充气护舷技术

在充气护舷设计上，采用大尺寸护舷能够在收放时为艇体提供保护，避免充气艇身受损。在充气艇航行过程中，护舷能够提供大的浮力，并发挥防撞和回弹作用，减少甲板上浪情况发生。根据艇体型线和排水量，可以确定护舷外型。通过设置多个密封气室，能够确保单个气室破损后不会导致整个护舷失去作用。各气室配备独立安全阀，能够用于气压调节。在护舷上加贴防擦条，能够避免艇体停靠时给结构带来伤害。内部设计骨架，避免反复充放气导致结构变形。在护舷与艇体连接时，需要填充密封胶，保证贴合紧密。在船体两侧，需要增设连接布，打孔填充密封胶后，与艇体铆接，取得良好紧固效果。采取该种设计，能够使艇体在发生碰撞时由护舷吸收大量冲击能量，保证船艇可以维持稳定航行。

3 项目设计难点及解决方案

3.1 难点分析

通过前期调研确认客户需求，发现项目实施首先将面临国内无成熟产品的难题。现阶段，国内硬底充气艇设计案例较少，少数案例也难以达到对重量、航速等方面的精确要求。其次，客户要求采用PU护舷，但与国内外专业供应商讨论后确认PU材料已接近停产状态，目前多数船艇采用海帕龙材料。再者，CE标准中的B类设计规范属于国外规范，与国内设计规范存在一定差异。对于设计人员来讲，需要与外方设计院、CE认证机构等各方协商，使各方按照各自分工开展工作，才能确保形成的方案获得一致认可，造成设计工作存在较大复杂性。此外，国内同尺度船艇产品重量都达到净重1吨以上，想要严格控制重量，同时考虑机枪射击产生的后座力给船艇稳定性带来的影响，也将给产品设计带来较大挑战。

3.2 解决方案

综合考虑产品设计开发面临的难题，决定加强与国外拥有类似船艇设计经验的机构合作，引进国外先进船型和工艺技术。选定英国海岸警卫队使用的6.5m硬底充气艇作为母型船（如图1），根据客户要求优化设计方案，实现母型船改造（如图2）。深入解读CE规范，把控产品设计细节。经过调整，将客户要求的500mm直径充气护舷增加至600mm，采取两段式设计打造多气室结构，增加船艇储备浮力，达到了CE标准B类要求。在船体材质上，经过与客户反复沟通，最终确定采用海帕龙材质充气护舷，方便生产采购的同时，为客户后期维护提供便利。为控制重量，采用FRP抽真空工艺实现整船结构的轻量化设计，同时达到高强度要求。一改在船中部位架设机枪造的思路，在船艏设计顶推，用于架设机枪，顺利将后座力传导至整个船身，避免应力集中引发船体损伤。而顶推也能构成掩体，方便登陆，顺利获得了客户认可。此外，为保证船体稳定，中置架控台，保证重心位置合理，并在两端设计活动登船梯方便执行救援任务，增强产品适用性。

4 结论

从项目实施情况来看，获得了客户高度认同，按照方案制造的舰艇试航效果良好，能够保证航态稳定，速度达标，体现优异机动性，相较于母型船拥有显著优势，最终成功拿下尼日利亚海军订单。结合项目开发经验可知，开发硬底充气艇产品需要引入国外成熟工艺技术，同时结合军用巡逻对舰艇性能的精确要求实现母型船合理改良，通过综合运用艇型、铺层材料、自扶正等各类技术优化产品整体性能，从而取得理想设计成果。

参考文献：

[1]杨振华，冷沙. 管窥外军典型无人化作战装备[J]. 军事文摘，2020（19）：31-34.

[2]郭宇平. 新型铝镁合金刚性充气高速艇的研发与应用[J]. 江苏船舶，2020，37（02）：14-16.

[3]陈练，孔祥明，何远玲. 新型舰载刚性充气艇艇型设计研究[J]. 舰船科学技术，2019，41（07）：132-136.