美国LCAC停泊基地分析

张宗科 张海鹏

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

0 引 言

柔性围裙是气垫船特有的系统设备，由薄橡胶涂敷尼龙织物制成，在垫升风机提供的高压气流作用下充气成型，围成气垫垫升船体，使船具有水陆两栖性［1］。美国LCAC为全垫升气船，装备数量众多，自身尺寸小、干舷低，铝合金薄壁结构船体刚度偏弱且橡胶围裙不能长期浸泡水中，不适合停靠在码头深水中，而是利用其两栖性，自行上岸停泊，为此需设置专门的近岸陆上停泊场［2］。为方便检查及维修，在大型停泊场地设有专用设施及维修厂房，将LCAC吊起置于高支墩上，以方便检查艇底和围裙内部，以及进行相应维修，如修理船底板、更换围裙分段或整艇围裙［3］。美国LCAC主要分属于ACU-4、ACU-5两个艇队，除分别在本土建有大型停泊基地外，ACU-4在科威特及ACU-5在日本设有海外停泊基地以满足外派LCAC（West Pacific Alpha）停泊需求，此外在多个国家海外基地内还设有野外简易停泊场地［4］。日本从美国进口了6艘出口型LCAC（TACC），在江田岛设置了自己的停泊基地。停泊基地需要满足批量艇的停放、检查和维修等，艇通过坡道自行上下基地，由于潮位影响，水泥坡道必须伸入水中一段距离且坡度相对较大，其堆沙清理及维护占用较多人力、物力。基地规划中，占地面积及经济性也必须加以考虑。

1 美国、日本LCAC停泊基地概况

1.1 美国LCAC本土基地

ACU 4艇 队 成 立 于1986年2月1日，停 泊基地设在位于东海岸的两栖基地Norfolk的Little Creek，占地约120英亩（1英亩= 4 046.86 m2），最多时拥有40艘LCAC，主要配合大西洋舰队在中东及欧洲地区活动。

ACU 5艇队成立于1983年10月1日，停泊基地设在西海岸的海军陆战队的Camp Pendleton，同样占地约120英亩，最多时拥有40艘LCAC，主要配合大平洋舰队在亚太地区活动，同时负责在常驻日本佐世保的外派LCAC。

场地按功能划分为临水出入区、停泊区、维修区、场内通道以及8个室内艇库区和备品备件库区等。参见图1，ACU-4场地内停泊区前后分为5排（每排横向分为6个紧邻的单艇泊位），从外至内编号依次为A至E，艇朝向水面停放；维修区域分为两排，其靠外一排编号为F。ACU-5场地内停泊区前后分为3列（每列分为2个区域，横向分为6个、9个单艇泊位），参见图2。停泊区位于地势相对较高的“内陆”，可减少大潮水位内侵的风险。

图1 ACU-4艇队的LCAC驻泊基地建设

图2 ACU-5艇队的LCAC驻泊基地建设

ACU-4基地临水一端宽度相对较大，近水处为自然沙滩。LCAC自行上坡时沙尘飞扬，上坡后经场内通道到指定排位处，再横移进入排间通道，最后正车进入单艇泊位，参见图3。

图3 ACU-4艇队的LCAC上下基地临水坡道

ACU-5基地一侧设有通向水面且只能容纳1艘LCAC同行的狭长窄通道。LCAC在通道尽头90°转弯进入停泊区，经场内通道进入排间通道，再正车进入单艇泊位。LCAC自行上下ACU-5基地过程见图4。

图4 ACU-5艇队的LCAC上下基地（LCAC54倒车入库）

俄罗斯气垫船采用直进直退的单独艇位停泊方式，见图5。若需批量停放，则占地空间大，且相邻艇位之间的隔离墙花费大，经济性相对较差。

图5 俄罗斯ZUBR艇直进直退的单独艇位停泊方式

1.2 美国在日本西海市横濑Yokose停泊基地

Yokose停泊基地2004年通过环评开始建设，2013年3月建成启用，占地30英亩，可供12艘LCAC停泊及维修，花费9 100万美元，主要供Navy Beach Unit （NBU） 7使 用，见 下 页 图6。相对 于West Pacific Alpha的6艘LCAC及 维 保 人 员从1994年开始使用的1.4英亩的Sakibe Laydown Station有了很大改善。

图6 美国在日本佐世保西海市Yokose基地

场地按功能划分为临水出入区、停泊区（兼维修区）、场内通道、2个室内艇库区、备品备件库区、2个消音降噪运行调试车间区和淡水冲洗区等，见下页图7和图8。

图7 LCAC在Yokose基地内自行及停泊

图8 LCAC在Yokose基地水洗功能

1.3 日本自身LCAC江田岛停泊基地

日本从美国进口6艘出口型LCAC（TACC），现均已完成延寿改造，包括换装侧部双囊深型围裙。在江田岛设有停泊基地，同Yokose基地一样，设有一条通向水面的上下坡道，见下页图9。基地包含停泊区、维修区、艇库区和上下坡道区等。

图9 日本LCAC （TACC）在江田岛气垫船基地

与美国LCAC基地不同的是，日本江田岛停泊基地，除维修用支墩外，还设有更高的支墩，艇置于其上时，围裙处于自由下垂状态且下部末段基本离开地面，利于围裙长期随艇停放，见下页图10。

图10 日本TACC处于高支墩上使围裙处于自由下垂状态

1.4 LCAC野外临时停泊场地

在科威特、肯尼亚等美国海外基地设有LCAC野外临时停泊场地，见下页图11。

图11 美国LCAC海外基地的野外临时停泊场地

1.5 Panama City试验场停泊场地

首 批2艘SSC（LCAC-100与LCAC-101）抵达Naval Surface Warfare Center Panama City Division（NSWC PCD），随后开展扩大试验，如重装载、高海况、进出母船坞舱与适配性试验等［5］。由于艇需频繁上、下，停泊场地为平铺、短浅型，艇采用直进、直退方式以提高自行上下停放场地效率。如下页图12所示，在近水处设有3道V型滞沙条带，以防止围裙将沙带入停放场地平台部分。

图12 美国LCAC Panama City试验基地停泊场地

1.6 Textron公司LCAC停泊场地

美国Textron公司是LCAC的主要建造厂家，也是SSC的唯一建造厂［6］。公司车间外设有LCAC停放场地，在临水端设有斜坡，可供LCAC从水中自行上下，见下页图13。

图13 美国Textron公司的LCAC停泊场地

各处停泊基地的经纬度参见下页表1。

表1 美国LCAC停泊场地经纬度信息

2 美国LCAC停泊基地任务剖面

美国LCAC主要设计用于由母船至自然岸滩的运送人员、车辆和物资等，正常工作状态为由带坞舱的母船携带至目标海区，再自行穿梭运送至岸滩。不随母船外出活动时，则返回所属艇队的停泊基地。由于LCAC的铝合金船体为近似扁平的薄壁方盒子，吃水浅、受风浪影响大，易与靠帮的码头发生碰擦。包覆在船体周边下部的柔性围裙是薄橡胶布制成的膜状结构物，密度大于海水，浮态时围裙在水中自由下垂，围裙下部手指末端浸于水中较多，对水深要求大，围裙与码头接触容易出现磨损。围裙及铝合金船体不能长期浸泡在水中，铝合金船体及设备在返航后必须及时用淡水冲洗。

LCAC具有水陆两栖性，可直接从滩头自行上下停泊基地。美国本土LCAC基地由任务执行、维保、后勤支持、训练共四大部门组成，主要任务剖面是：LCAC停泊及冲洗、日常检查维护及加油/加水、艇架高检修、艇库内大型设备修理与更换、艇员生活与训练、故障艇滩头回收、艇年度称重、倍品备件仓储及修理、特殊设备静动平衡检测、轴系振动诊断及对中调整、艇定期计划修理、新艇员培养、LCAC外出执行任务时组建临时小分队随船保障、地勤式维护保障。

LCAC横跨船舶与航空两个行业领域，技术含量高、维修任务繁重，如ACU-5艇队在2008年1月1日至2009年11月15日期间LCAC维修记录共计15 929条。

美国ACU-5基地最多时拥有40艘LCAC，人员总数约700名，其中LCAC艇员约400名，每艘LCAC配备2个艇组（每个艇组由5名艇员组成），维保部门约140人，后勤支持部门约60人，训练部门约100人。

美国LCAC基地的主体为露天停泊场地，分停泊区域、维修区域和上/下通道。基地还设有室内维修艇库（每个艇库可容纳一艘LCAC）、轮胎式起吊转运车、高/低支墩、油库及加油车、备品备件库、不同设备修理车间和培训楼（含LCAC全任务训练模拟器FMT和正在建设SSC的FMT）以及生活设施等。

3 美国LCAC停泊基地总体布置特点

美国LCAC、LCAC SLEP、SSC的刚性尺度基本相同，垫态最大轮廓尺寸略有不同，主要尺寸［3］参见表2和图14。

图14 美国LCAC、LCAC SLEP、SSC静垫升

表2 LCAC、LCAC SLEP、SSC主要尺寸比较

3.1 ACU-5停泊基地单艇泊位尺寸

从ACU-5停泊基地的俯视图可以推算得到LCAC单艇停泊位的尺寸约为39 m×27 m（LCAC垫态尺寸为27.98 m×14.71 m），上下斜坡通道长约为650 m，见图15。

图15 美国ACU-5的LCAC停泊基地俯视图

3.2 ACU-4停泊基地单艇泊位尺寸

从ACU-4停泊基地的俯视图可以推算求得LCAC停泊位的尺寸约为39 m×27 m（LCAC垫态尺寸为27.98 m×14.71 m），前后排间距约为50 m（见下页图16）。

图16 美国ACU-4的LCAC停泊基地俯视图

3.3 美国LCAC在日本Yokose基地

从Yokose基地布置平面图中，可得到停泊基地内单艇泊位的尺寸为30 m×22 m，小于美国本土的ACU-4、ACU-5基地的单艇泊位尺寸，见图17。

图17 美国Yokose停泊基地布置图

3.4 ACU-4与ACU-5 LCAC停放特点分析

除ACU-4基地外，其余停泊基地则设置通向水面的公用通道，如ACU-5基地、Yokose基地和日本江田岛基地，由此艇停放特点也不相同，如ACU-4 Base临海宽度大，入海通道选择范围多，场内艇首朝海滩且横向并排，以便快速由陆入水，检查维修区域位于最内侧，场内进出通道位于近艇库一侧，每排艇先向前出泊位再横移经排间空隙至场内进出通道，最后经临水斜坡离开入水（见图18）。

图18 美国ACU-4的LCAC从单艇泊位移出再横移至场内通道

而LCAC在ACU-5基地则须经长通道才能上岸进入停放场地，艇首垂直于场内通道且纵向并排，类似于汽车停泊，每排艇先向前出泊位再横移经排间空隙至场内进出通道，因LCAC与SSC都设有首部矢量喷管，与左右桨距差联动可实现低速横移，并能操控实现原地直角转弯，前行连续转2个直角弯方再进入临水的斜坡，直行离开入水。美驻日Yokose基地也采用类似停放方式，在离开时LCAC需倒出再转入场内公用通道，最后经斜坡前行入水。日本江田岛基地内气垫船则由停泊位前行转入公用通道内，最后经斜坡直行入水，参见图19。

图19 美国Yokose的LCAC上下停泊基地

4 停泊基地维修与特殊工装工具要求

ACU-4与ACU-5设有8个艇库，Yokose设有2个艇库，每个艇库内可停放1艘LCAC用于室内维修。艇库内景见图20，设有供电、照明、供水、加热和顶置起吊行车。

图20 美国LCAC停泊基地艇库及LCAC准备移入艇库

4.1 特殊工装

美国LCAC大量采用航空设备，如导管空气螺旋桨、空气舵、垫升风机等，其中空气螺旋桨的桨叶、垫升风机叶片均属于高速旋转气动设备，对桨叶、叶片的静、动平衡要求高，需要定期进行静、动平衡测试及维修，否则易引起轴系振动。美国LCAC基地设有维修螺旋桨与风机的专门车间（shop38A），配备专用工装进行测试与检修，见图21。

图21 美国LCAC螺旋桨与风机的专用工装

在软件方面，采购ACES Systems的ATBAS软件，培训维护人员对燃机、推进系统、辅助设备与推进控制系统进行平衡与振动分析，以及对螺旋桨桨叶、垫升风机叶片等进行动平衡检测与配重。

并与GE LLC DBA Dowty螺旋桨公司合作，开展LCAC螺旋桨维修与进行评估的在线咨询与技术支撑以及升级建议。

4.2 轮胎式起吊转运车

美国SSC在研制前期总结了LCAC在长期使用中统计得到排名靠前的25类维修问题，其中船体板（艇底湿甲板）、围裙侧部手指分别位于前两位，见表3及图22。

表3 LCAC及LCAC SLEP排名靠前的25类维修问题的前5项

图22 美国LCAC艇底船体结构及围裙维修

当LCAC直接停放在地面上，艇底结构与围裙手指均无法检修，需要吊起置于高支墩上进行检查。为此ACU-4与ACU-5分别购置了2台Marine Travelift公司的轮胎式起吊转运车（起重能力150 t，造价超过350万美元），昵称分别为GreyFoot、BlueFoot［7］。ACU-5的2台起吊转运车使用频率较高，如2002年吊艇800余次，2003年使用该车将LCAC移进、移出8个维修艇库及置于场地维修区域高支墩上共计超过970次，创造了单人一天起吊转运12次的纪录［8］。2005年吊艇超过900次并多次将故障艇从滩头起吊转运至维修区域。同时，Marine Travelift公司的轮胎式起吊转运车成为美国Yokose基地、日本TACC江田岛基地以及Textron公司的标配，参见图23。随着购置时间不同，转运车的型式有所不同。

图23 起吊转运车成为Yokose基地、江田岛基地及Textron公司的标配

由于LCAC设有首部矢量喷管，具有良好的低速操纵性，具有原地转弯能力，可自行驶入单艇停泊位。轮胎式起吊转运车的主要作用（见图24）：

图24 利用起吊转运车吊起艇检查围裙及从滩头回收故障艇

（1） 将艇吊起转运进入艇库维修及移出；

（2） 将艇吊起转运置于维修区域高支墩上；

（3） 将故障艇从滩头吊起转运至维修区域；

（4） 将艇临时吊高检查围裙大囊与手指；

（5） 用于艇的年度称重。

参见图25，LCAC起吊转运操作的一般流程为：

图25 LCAC起吊转运流程

（1） 精确定位。场地人员指挥观察着陆垫中心在浮箱侧部上对应的标志线来纵向定位，横向定位参考艇首位跳板外侧顶部的中心标志线与转运车横梁上的中线对齐。

（2） 连接起吊索。工作人员上艇将吊索下端与艇装载甲板上特定位置处系留穴连接。

（3） 工作人员下艇，调整各吊架的初始受力。

（4） 起吊过程中，工作人员密切观察起吊平稳性，随时沟通指挥调整。

（5） 起吊到位后开始转运，场地人员随行观察协调。

（6） 起吊到达维修区域或艇库后，场地人员观察艇侧着陆垫中心标志线与支墩关系（可利用泊位上画的支墩位置标志线），在纵、横向均对齐后将艇平稳放在支墩上。

（7） 指挥转运车移走。起吊时，转运车顶部框架前后横梁分别伸下2组吊钩，其下连接1个纵向工字形短梁，短梁的两端分别设置1组吊索，每组吊索又分为3根吊索，其最下端通过快脱索具与艇装载甲板上指定位置处的系留穴连接，见下页图26和图27。

图26 LCAC装载甲板上连接起吊索的专用系留穴位置标识及吊索系固示意图

图27 利用起吊转运车吊起艇置于支墩上进行检修

起吊转运车设计需考虑多个方面因素，如前进速度、起吊高度（变起吊高度）、爬坡能力、车体内部静宽度、长度、高度、精确定位能力、原地转弯能力、遥控能力、起吊过程中4个吊钩的起吊同步性及载荷均衡能力，以及与车下配合人员的指挥沟通能力。车体内部静宽度需考虑艇处于着陆状态时，围裙摊放于地上外翻占用的空间；起吊车转弯半径需考虑艇在密集泊位停放出现故障时的移出，见下页图28；在上岸通道斜坡上运行时，艇横向倾斜产生偏移影响，对转运车内高度及宽度等静包络空间有额外需求，当带着围裙置于高支墩上的过程中需进一步提升艇离地高度以避让围裙手指触地。

图28 起吊转运车从并排密集泊位吊艇移出时可提供较强的转弯能力

在起吊称重方面，由于气垫船垫态稳性差、对全船重量及重心位置极为敏感，船体易碰损进水、设备改造等都会造成重量及重心发生变化。LCAC规定每年必须进行空船称重，并将重量、重心标于上层建筑内侧的铭牌内，见下页图29。称重通过在吊艇的4根吊索上串联拉磅，将吊点距理论重心的纵、横向座标输入计算机内，并利用数据线传输得到拉磅的读数，结合当前称重时多余或不足重量等信息，由程序自动计算得到艇实际重心位置。从称重结果可以换算得到吊架距艇中纵线的横向距离约为3 m。

图29 LCAC-024起吊称重汇总

在起吊转运车尺寸估算方面，LCAC艇体刚性结构宽约为13.31 m（若含两侧防撞材则为14.25 m），围裙随艇停放于地面上时，侧部围裙会凸出船体侧部刚性轮廓之外（见下页图30），同时需要留出两侧围裙检查时人员通道宽度，即转运车内轮与围裙之间需留有人员观察检查通道；由于转运车纵向开放，横向封闭约束，转运车移到艇上时可能存在一定的偏斜，需控制在斜坡上船体偏移（LCAC偏移量约0.6 m）后与转运车车体结构避免碰擦，主要是舷侧的护舷结构，而围裙为柔性的基本没问题。

图30 LCAC侧部围裙突出在刚性结构之外

经综合分析，转运车内部静宽（内轮间距）约18 m、总宽约22 m，前后起吊架分别对应于前后着陆垫的中心，长约11 m。Marine Travelift的150~500 t系 列 规 格尺寸见 表4，其 中300C型自重约117.5 t［9］；SSC起吊转运车300 MT为Marine Travelift的300CII型，见下页图31。

图31 采用Marine TraveLitf 300CII型（300 MT）起吊转运车吊运SSC

表4 Marine Travelift的C系列150~500 t起吊转运车技术参数

4个吊组的起吊能力分别为50 t，而LCAC所用起吊转运车150 MT的起吊能力为150 t，其4个吊组的起吊能力分别为37.5 t。

参见下页图32和图33，由LCAC着陆垫尺寸，可获得着陆时着陆垫基本触地压强为100/（4×5×0.3）=17 t/m2，前端或后端先着地时触地压强则几乎翻倍；SSC重量则进一步加大（满载排水量由LCAC的157 t增至180 t），其着陆垫尺寸相应增大［10-11］。

图32 LCAC浮箱侧部着陆垫中心对应标识线

图33 SSC着陆垫布置

5 关于停泊基地的几点探讨

5.1 LCAC主机故障情况下的修理

美国LCAC每舷2台燃气轮机并车后向前驱动2台垫升风机、向后驱动导管空气螺旋桨，每台主机均可从轴系脱开，在2台主机接入轴系之间设有离合器，可实现推进与垫升分段轴按需分离运行，见下页图34。LCAC主机典型故障及其对任务影响参见下页表5。

表5 美国LCAC主机典型故障及其对任务的影响

图34 美国LCAC动力系统布置

当LCAC 3台主机失效时，LCAC只能处于浮态待援（见下页图35）。

图35 美国LCAC处于漂浮状态

因柔性围裙为膜状结构物，其胶布材料密度大于水。当LCAC漂浮在水中时，围裙在水中自由下垂［12］。以侧部围裙为例，侧部围裙在自重作用下自由下垂成型估算参见下页图36，比垫升状态成型，手指下端端点下降约300 mm。虽然首部围裙手指在水中拖行具有一定的避让性，但侧部及尾部围裙手指可能被钩坏，需要一定的水深要求。

图36 LCAC侧部围裙在水中自由飘浮成型估算（对应红色部分）

若停放基地处于深水区域，此时可设置港池，结合轮胎式起吊转运车将故障LCAC吊起至停泊场地内维修，如此可摆脱上下排车受潮位影响较大的不足之处。或者参照常规小型船艇设置外伸码头通道（栈桥），可参照母船坞舱入口处设置导向喇叭口，起吊转运车将船吊起经两侧通道行至岸上，见下页图37。

图37 将完全丧失动力的LCAC从水中直接起吊应对解决方案

5.2 LCAC轴系修复

LCAC在登陆过程中可能遭遇不利地形影响，置于铝合金薄壁船体结构基础上的推进垫升轴系受到较大变形影响，见图38。

图38 LCAC轴系每舷6段在登陆时遇到障碍变形大

LCAC轴系由12段轴组成，轴两端设有弹性法兰以及花轴连接器，以吸收轴向及横向变形，同时空气螺旋桨与桨毂采用花键形式连接，见图39。轴系对中不到位或受外力作用而发生偏移，可能引起轴系振动，影响船正常使用，有时需要对轴系进行对中处理。在SSC设计参考列出的维修量最多的前25类问题中，轴系问题列于其中第24位，可考虑在艇库或静水港池中进行，以消除温差影响。对处于ROS状态（缩减使用）状态的LCAC，将艇置于高支敦上并将轴系拆除。SSC的组合式齿轮箱在主机输入端设有超越离合器，在输出端分别设有切换推进与垫升的手动离合器，且推进输出端采用花键联轴器，允许推进轴的轴向位移最大150 mm，轴系对中要求有较大降低。

图39 轴系采用的弹性法兰花键连接方式（右为垫升风机轴及轴承上安装的振动传感器）

5.3 侧部围裙手指破损外飘对起吊转运车的影响

当LCAC越出阻力峰高速航行时，艇一般抬头1.3°~1.5°，在小风浪中时仅侧后部与尾部手指与水面接触，因此侧后部手指容易受损，手指耳片上端从囊指连接筋处脱开。当艇关闭垫升风机着陆时，脱落的手指耳片在残余垫升气流吹动下外翻，超出侧部围裙大囊覆盖范围，影响起吊转运车的通行。需要采取一定的措施，避免影响将艇吊起置于高支墩上检查修复围裙。可临时固定到每个手指顶端区域的U型螺栓上，见下页图40。

5.4 防强风绑扎

由前面表1各处停泊基地的经纬度可见基本处于北回归线之外的温带区域，受到台风侵扰的概率较小。在意外遭遇强风时，可参照LCAC在母船坞舱内的绑扎方式将船系固在停放场地的地锚上，见图41。

图41 LCAC在母船坞舱内的绑扎于坞舱内侧壁上

6 结 语

美国LCAC停泊基地需要满足批量艇的停放、检查、维修等，艇通过坡道自行上下基地，由于潮位影响，水泥坡道必须伸入水中一段距离，其堆沙清理及维护占用较多人力、物力。基地规划中，占地面积及经济性也必须加以考虑。综合分析美国LCAC本土及驻日本Yokose停泊基地的特点，估算单艇泊位的尺寸及两排之间的间距。结合LCAC多种起吊转运需求，对轮胎式起吊转运车的基本要求及使用流程进行分析，另外对停泊基地可能存在的不足之处进行探讨并提出相应的应对方案建议。