新型氣墊船的一體化創新設計

譚杰尹 李曉科 張藝

摘要：傳統氣墊船的動力系統布局使其在許多地區航行受到了限制，文章基于傳統氣墊船的穩定性差和通航性低的兩大不足，對其結構優化，設計出一種新型布局的全墊升氣墊船。該艇通過重新一體化設計船體動力布局，降低船體高度，增強了其航行穩定性，實現了更好的通航能力，同時提高了不同船體部件的高通用性以及標準化，通過對部分零件進行設配，便可實現結構布局通用，大大降低了重新設計和維護的成本。

關鍵詞：全墊升;氣墊船;動力系統;結構設計

中圖分類號：U674 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

1 引言

當前各個國家對氣墊船在軍用與民用方面的價值高度重視。在民用方面，氣墊船的用途極為廣泛，涉及娛樂項目、家用救援、客運航線以及特殊水域航行等多個領域。氣墊船特有的墊升系統是其與其它類型船舶的主要區別所在，大到導彈艇、護衛艦，小到個人載具、家用載具，氣墊船以其遠高于其他類型船舶的通航能力脫穎而出。在探索特殊水域時，如沼澤、灘涂等常規船只難以通行的水域，氣墊船可以依靠氣墊和不在水面下推進的動力系統航行;氣墊船因其在不同地形限制條件下也能夠安全行駛這一特性，非常適宜在民用短途航線、科研任務的水域探索和家庭抗洪救災中使用。其寬泛的適應能力被許多軍民用部門與個人青睞，中小型專業氣墊船近幾年的發展相當迅速。

然而，傳統氣墊船的動力系統布局使其在許多地區航行受到了限制，高大的外置推進扇葉，導致氣墊船在一些特定的狹小低矮空間很難通行，例如因科研需求要進入的林區水道，會因外置的船體動力系統過高而無法通航。大型氣墊船在大風條件下也會因其高大的上層建筑失去其特有的高航速與穩定性，故而，通過對氣墊船動力系統的重新布局來降低大風對氣墊船的影響顯得尤為必要。這樣，讓氣墊船的航行不僅僅局限在開闊的海況、河況，對于難以開拓和探索的較高風險地區也能適應。尤其體現在面對惡劣自然環境的應急救援方面，使用重新布局后的氣墊船會大大提高適應性和高效性。

受一些設計成熟的氣墊船啟發（如：俄羅斯的“歐洲野?！奔?，美國的“LCAC”級兩類大型運輸氣墊船），以降低船體后部發動機系統高度提高通航能力為目標，以提高結構通用性以及動力系統改進為宗旨，設計開發出一種新型氣墊船在降低傳統設計中高大的風機帶來的整體船體高度偏高的情況下，保證其航行性能穩定以及氣墊船應有功能的完備，還有相對較低船體帶來的更好通航能力的氣墊船布局。本系統擬采取整合發動機推進扇葉及轉向舵葉等零部件的模塊化動力包設計，使動力系統一體化，并可以同時提高不同船體部件的高通用性以及標準化;在大、小型船型的設計中，通過對部分零件進行設配，便可實現結構布局通用，大大降低重新設計的成本。其技術對推動我國氣墊船的發展以及提高相關國際市場競爭力都有比較重要的意義[1-2]。

2 新型氣墊船的整體設計

本設計是在現有的各類成熟氣墊船設計基礎上進行的創新，采用斜置雙風道，分別放置兩臺大功率發動機，斜置發動機的優點在于相應的風道也可以隨著發動機的放置同時斜置，較大限度地降低船體后方高度，從而降低傳統氣墊船的后部發動機帶來的后部動力組高度，大大降低船體阻力以及后部結構帶來的不利航行的影響，但是相應帶來的問題就是動力系統大部分整合到了船體后部，預留的進氣道會擠占較大的后部空間，運載能力可能會受到一定程度的削減。設計示意圖如圖1所示。

兩臺推進發動機后部采取“斜向——平直風道”，將推進氣流從船體后部導出從而形成前進的推力，為氣墊船提供動力，驅動氣墊船向前航行，而扇葉后方，兩具風道各兩片倒流舵。由舵機和聯桿帶動，可以使方向舵較大幅度地擺動，控制氣流的推進方向，從而控制船舶的航行狀態，也可以為登灘后返回航線的大幅度轉向提供動力。

全墊升氣墊采用兩/四臺風機充當氣墊鼓風機，內置在船體當中，船體表面設置兩具與風機相通的內嵌式進氣道，為船體的全墊升氣墊鼓風從而達到撐起氣墊的目的，內置風機的優勢在于相較于靠舷側的開放式鼓風機，位置更高，并且有著進氣道的保護，防止海水在高速航行時涌進風道導致風機故障;進氣道在高速航行時，也能為鼓風機的進氣量帶來一定提升，保證氣墊的充盈。

因為發動機采取風道斜置的設計方案，使船體表面除了艦橋以及鼓風機進氣道以外無更多船體表面凸起物和附件增加航行阻力，借此可以在兼顧以及保證氣墊船該有的運載能力和全墊升氣墊船擁有的登灘能力下，設計出可以適應高速航行的低阻船體外形，進一步優化與提升航行速度。動力系統采用模塊化的動力包系統，風道、發動機以及風機支架全部整合為一個模塊化動力包，緊急情況下可以將整體動力包進行拆卸替換?；蛘咂饺站S護修理，拆卸后檢修更換扇葉等，可以較大程度地降低維修成本、工時與提高維護效率[3-4]。

3 新型氣墊船設計的結構優化

通過Solidworks繪圖軟件構建好氣墊船的模型以及各個零部件，校對各個部件數據，確認其可行性。

新型氣墊船的縮比模型使用1：50的比例進行制作，采用組件一體設計，動力包、船底氣墊、船體均為分離式單獨部件。動力系統控制采用一臺8通道航模遙控器，風道內各放置一臺模型電機連接兩具模型電子調速器，然后用XT30插頭并聯統一控制;左側風道出口末端埋置一臺舵機，與左側風道的方向舵相連，并通過舵面上的連接軸控制四具方向舵的統一擺向，進而驅使模型船體進行轉向，如圖2所示。

船體設計上，采用船體組件一體設計，較低風阻的一體化殼，發動機用螺絲等固定于后方開槽，增加穩定性，同時船艏較高，雖然說會提升一定的航行風阻，但是相應的也加大了船艏跳板的空間，可以允許體積更大的裝備或者載具，裝載船艙內進行運輸，在鼓風機位置，船體內部設立單獨艙室為充氣電機與扇葉預留空間，船體表層則預留進氣道，如圖3所示。

船體、船底組件唯一的向下開口為鼓風機的獨立艙室以及船底預留的風道，在氣墊破損或者無法墊升的情況下，保證各個艙室獨立，維持船體的密封性，保證航行安全。船體底板與分件船體部件相對應的設計嵌合式船體，充氣氣墊的材料則內卷，夾在船底板和船底之間，再通過螺絲鉚接固定船底和船體，讓各個零部件更加牢固地拼接在一塊，組成完整的氣墊船模型，如圖4所示。

4 結論

文章通過對傳統氣墊船的一體化創新設計，實現動力系統布局優化、促進零部件標準化。提高氣墊船通航性的同時，改善傳統氣墊船的穩定性，提高不同船體部件高通用性以及標準化，在營運過程中，通過對部分零件進行設配，便可實現結構模塊通用，大大降低重新設計和維護的成本。

（責任編輯：陳之曦）

參考文獻：

[1]姜忠濤.美國可變船型氣墊船（T-Craft）技術方案[J].船舶，2012（05）：1-6.

[2]馬濤，鄔成杰.氣墊船總體性能與圍裙氣墊系統流體動力設計[M].北京：國防工業出版社，2012.

[3]趙宇南，余又紅，賀星.大型氣墊船阻力特性仿真與影響因素分析[J].艦船科學技術，2019（10）：55-58.

[4]張宗科.全墊升氣墊船高速埋首與低速側翻的機理分析及應對措施[J].船舶，2019（04）：15-27.