国外舰载刚性充气艇技术现状及发展趋势

周福军，孔祥明，陈 练，何远玲

(1. 海军驻北京地区舰船设备军事代表室，北京 100186；2. 中国船舶信息中心，北京 100192)

0 引 言

随着我国海军护航常态化和打击海盗任务的多样化[1]，护航部队在舰载小艇执行任务中暴露出了一些短板，这就使得如何发展我军舰载刚性充气艇技术成为紧要问题。目前，性能优异的刚性充气艇已在欧美等发达国家批量服役，在港口巡逻、登临执法、护航反海盗中发挥着及其重要的作用。因此，深入研究刚性充气艇技术具有重要现实意义。

刚性充气艇（Rigid inflatable boat）简称 RIB，是充气橡皮舟家族中的新成员，是由刚性艇体(通常是玻璃钢)与充气护舷组合而成的一种新船型[2]。刚性充气艇通常由艇体、充气护舷、推进系统、操纵系统以及通信导航系统组成。

刚性充气艇主要包括以下几个方面的优势：

①与主尺度相同的全刚性艇相比，刚性充气艇自重较轻，航速和油耗方面具备先天优势。由于艇体自重较轻，便于小艇上舰，同时在母舰上吊装投放作业具有极强的灵活性。②由于充气护舷重量较轻，降低了刚性充气艇的重心高度且充气护舷具备足够大的储备浮力。③刚性充气艇具有优良的抗撞击性。由于配有充气护舷，使得刚性充气艇的抗撞击缓冲性得到有效提，能够快速靠帮，为海上营救及登检执法节省宝贵时间。

1 舰载刚性充气艇的主要技术

1.1 艇型技术

型线是决定艇体性能的关键因素之一[3]。当前发达国家海军在型线设计中普遍侧重考虑具有优异适航性条件下兼顾快速性[4]。现在，欧美等国在刚性充气艇型线设计上已非常成熟，实现了批量化建造服役。

舰载刚性充气艇大多采用滑行艇艇型，且由于滑行艇处于滑行状态时仅艇体底部与水面接触，因此以折角线主尺度作为刚性充气艇的主要特征尺度。

1）最大艇宽

折角线宽度是刚性充气艇主尺度中首要考虑因素，宽度越大滑行面展弦比越大。如果重心纵向位置随着艇体宽度的增大而后移，从而有利于获得最佳攻角，那么随着艇体宽度的增大滑行效率也是增大的；如果重心纵向位置保持不变，则存在最佳艇宽与有利攻角相对应。

此外，宽度与C△/Cb成反比关系，即宽度增大C△/Cb减小，这会造成刚性充气艇在波浪中航行时砰击加速度增大，飞溅有所减小。确定宽度时除了考虑上述因素外，还要考虑母船安放空间、艇体总体布局及结构重量等方面的要求。

2）艇体长度

刚性充气艇艇体长度对性能的影响相对较小，折角线长度只对刚性充气艇处于低速排水状态的航行阻力有直接影响，而处于滑行状态的滑行阻力则是通过重心纵向位置产生作用；艇体长度增大会导致在恶劣海况航行时受到的波浪砰击力有些增大。艇体的长度主要根据母船安放空间和布置要求来确定。国外舰载刚性充气艇折角线长宽比约为4～6。

3）尾部宽度

为了提高艇体滑行效率，展舷面积尽可能集中在前驻点附近，尾部宽度稍小些有利。尾部宽度除了受到艇体布置要求的限制外，还受到航行性能的限制。尾部宽度减小将会增大纵倾，进而增大艇首砰击和喷溅。主要解决办法是刚性充气艇在最大航速和巡航航速时的纵倾角率小于有利攻角，从而限制尾部宽度的减小。目前，国外刚性充气艇折角尾部宽度与最大宽度比约为0.7～0.8。

4）重心纵向位置

刚性充气艇的重心纵向位置对航行性能具有较大影响。从阻力角度而言，重心纵向位置后移是有利的，其对应较大的有利宽度，提高了滑行效率，但不利于避免海豚运动和艇首的波浪砰击。针对不同的推进方式，重心的纵向位置也略有不同。采用螺旋桨推进的，由于主机位置不能过于靠后，因此重心纵向位置往往靠前；对于采用喷水推进的艇，重心纵向位置往往偏后。

5）横剖面

中横剖面底部形状对阻力性能影响较大，在航行中不仅受到波浪砰击力，还要顾及滑行状态时的横向稳定性，因此需要合适的横向斜升角。一般刚性充气艇中剖面斜升角β=15°～17°，底部剖面形状有外凸斜升型、直线斜升型、内凹斜升型等。

艇首由于受到较大的波浪砰击力，横向斜升角从艇体中部向首部逐渐增大，距首端1/4肋位处应达到β1/4=20°～30°，但首部过于尖削可能造成波浪中失操，可采用双折线首部剖面和底部外凸型首剖面解决上述问题。

艇体尾部受到的砰击力较小，横向斜升角可以逐渐减小，进而提高滑行效率。尾部斜升角β=0°～2°。尾部斜升角可以是逐渐减小，也可以突变减小，也可以保持艇体中后的斜升角不变。

1.2 艇体铺层材料技术

舰载刚性充气艇大多采用玻璃钢复合材料建造。艇体由基体材料——合成树脂与增强材料、玻璃纤维复合材料制作而成。此外，还有合成树脂固化及改善性能的添加剂，称作辅助材料。

1.2.1 基体材料

现在，国外舰载刚性充气艇大量使用的基体材料是不饱和聚酯树脂和环氧乙烯基树脂及乙烯基酯树脂，因其品种多样，有各种不同性能可满足各种产品的不同要求，且树脂黏度适宜，固化时无副产品，使用方便。

1.2.2 增强材料

增强材料品种较多，广义上说，只要加入树脂中有效增加强度的都是增强材料。用作玻璃钢的增强材料是玻璃纤维，有一般和高性能之分。国外用于刚性充气艇的高性能纤维已开发出多种，如碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、超高分子量乙烯纤维、玄武岩纤维等。

1.2.3 辅助材料

通常把配合树脂使用，起到固化和改善性能的材料称作辅助材料。常用的辅助材料有以下几种：

1）引发剂及固化剂

是使合成树脂由液态转化为固态必须使用的材料。用于不饱和聚酯树脂及乙烯基酯树脂的称作引发剂，这类物质加入树脂后能引起分子活化而产生游离基，从而引发连锁反应而导致树脂固化。用引发剂固化能有效地控制反应速度，使最终反应完全，制品质量稳定。常用的为过氧化环己酮、过氧化甲乙酮。

2）促进剂

作为乡喜配肥站技术指导，华南农业大学作物营养与施肥研究室主任张承林教授对配肥站的未来充满信心。他表示：“乡喜精准配肥站，看着是普普通通的配肥站，却有着重要的历史意义。因为它即将开启液体肥料发展的新时代。它是中国第一家建在田间地头的液体配肥站，服务的主要对象是大田作物。它就像井岗山的革命星星之火！”

其作用是促进引发剂在临界温度下形成游离基，从而在常温下促使树脂固化。这是由于现在使用的有机过氧化引发剂临界温度均较高，常温下分解速度慢，不能充分产生固化所需的游离基；加入促进剂后，可降低引发剂的临界分解温度，加快室温下产生游离基的速度，使在需要的生产过程中凝胶固化。

不饱和聚酯树脂常用的促进剂是钴盐和叔氨两类，钴盐常用环烷酸钴，叔氨类主要是二甲基苯胺。环烷酸钴与过氧化环己酮、过氧化甲乙酮配合使用，二甲基苯胺则与过氧化二苯甲酰配用，效果明显。

3）泡沫材料

可用作艇体空气箱储备浮体及加强筋芯材、夹层结构芯材等用途。泡沫塑料有开孔结构和闭孔结构两类。开孔结构为软质，不能承压，能吸水，俗称海绵；船用的泡沫塑料为闭孔结构的硬质或者半硬质类型，品种有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）等。

1.3 自扶正技术

舰载刚性充气艇通常配备气囊式自扶正装置。气囊式自扶正装置主要优点如下：

①结构简单，重量轻；

②自扶正气囊可收缩，减小了高速航行中空气阻力；

③自扶正气囊易于更换，维修方便。

气囊式自扶正装置缺点如下：

①为保证自扶正气囊开启的可靠性，气囊必须采用正确的安装方式和折叠方式；

②仅有一次自扶正能力；

③充气管路及气瓶内气体比例，必须设计合理，否则可能会导致管路结冰。

气囊式自扶正装置具体结构如图2所示。刚性充气艇在正常航行时，自扶正气囊处于非充气状态，减小高速航行时的空气阻力；当发生倾覆时，通过自扶正开启装置和自扶正气瓶能及时对自扶正气囊进行充气，产生自扶正力矩，防止发生沉没事故。

自扶正支撑架大多数采用316L不锈钢管焊接而成，既能防腐又能减轻结构重量，位于船尾，横跨主机或推进装置之上。自扶正气囊通常是用氯丁橡胶或丁橡胶制成的薄膜涂层织物，类似用于制造充气艇的材料，在发生倾覆时使用压缩气体充气。自扶正气瓶的配置数量根据刚性充气艇的排水量决定，所充气体为二氧化碳和氮气，根据工作环境温度决定所充气体的比例。当刚性充气艇发生倾覆时，水会进入自扶正开启装置，诱发自扶正装置开启气瓶拉环，进行自动充气。

1.4 充气护舷技术

刚性充气艇均设置较大充气护舷，护舷直径通常达500～600 mm。大尺寸护舷可在收放过程中保护艇体免遭破坏，同时可以提供较大的浮力，改善恶劣海况下的航行性能以及减少甲板上浪，具有更高的防撞能力和回弹性能，易于维护。充气护舷根据艇体型线及满载排水量设计外型尺寸，大多数采用PVC，Hypalon，TPU材料建造，设有多个独立密封气室（一般为5或7个），保证某个气室破损时不会导致整艇功能丧失，每个气室设有安全阀用于调节护舷气压，同时在艇首部区域护舷加贴防擦条以免工作艇停靠时损坏护舷，间隔位置设置拉手和救生绳。充气护舷可以通过胶粘连接、螺栓连接及轨道连接3种方式与艇体合为一体。

2 舰载刚性充气艇的发展趋势

1）无人化

由于刚性充气艇具备优异的航行性能、操控性能，已逐渐用作舰载投放和遥控的无人侦察艇母型。美国研制刚性充气无人艇已经有20余年的历史，新加坡、法国和以色列也先后参与研发。新加坡对刚性充气无人艇的应用产生了很大兴趣，2004年以来购买以色列“保护者”无人艇，用以支持海上巡逻安保任务。美国已研制出多个型号的刚性充气无人艇，如“斯巴达人”、“猫头鹰”、“海狐”。这些无人艇以7～13 m刚性充气艇为母型艇，上层建筑改为全封闭式。除本艇的收放系统以外，内部还安装了各种侦察装备，如光电/红外监听器、海面搜索雷达、导航雷达、GPS卫星定位系统、声呐、核生化探测仪等等。刚性充气无人艇甚至还能够配备扫雷设备和“海尔法”导弹。

2）模块化

随着用户对刚性充气艇功能要求的不断提高，刚性充气艇向模块化方向发展。不但简化了小艇设计及建造流程、提高小艇使用效率，同时也提高了小艇使用的灵活性，很大程度提升了小艇执行任务的效率。Pacific 950由 BAE 系统公司和 ASV Global联合开发，满足海军全球战略特殊任务需求，具有反潜战（ASW）和情报、监视、目标获取和侦察（ISTAR）能力，艇上装有大量监测设备，前后甲板安装有集成式甲板轨道系统，可根据不同任务需求在甲板搭载相应模块。此外，美国的“斯巴达侦察兵”依美国海军现役7米级/11米级舰载刚性充气艇为母型通过模块化设计，采用“即插即用”型多任务模块，成为一种由标准组件构成，可进行重新配置的多功能、高速半自动水面无人快艇。

3）多样化与标准化

随着蓝色经济的不断发展和各个国家对海洋权益认识的提高，对刚性充气艇执行任务的要求越来越多样化、专业化。例如美国海岸警卫队装备的小艇主要用以执行港口安防、巡逻、临检执法、海上搜救及兵力部署等任务。根据小艇的任务属性，配备不同的设备及人员，各型号艇之间具备较好的互换性和通用性，同一类型的小艇又可分为不同级别。

根据任务属性，美国海岸警卫队标准艇可分为以下4种类型[5]：

①快速反应艇

指在距离海岸50 nmile以内海域具备执行多任务且能够快速响应的岸基艇，包括机动救生艇、中型快速响应艇等型号，主要执行港口、水域、沿岸警戒巡逻，海上执法和搜救等任务。

②专用艇

指执行特定任务或满足特定使用环境的快速响应艇，主要执行环境保护、执法、救援等任务。

③舰载艇

指在母舰通信范围内可执行相关任务的舰载艇。艇长主要在4～8 m，多以7.5 m为主，主要配合母舰海上临检执法，战备警戒，海上救援，特种作战等任务

④引航艇

指专门用来引航的小艇。

3 结 语

综上所述，从国外刚性充气艇的特点、技术特征和发展趋势可以得出，刚性充气艇随着时代的进步、技术水平的提高以及任务需求的多样化而不断发展，新近建造的刚性充气艇在无人化、建造模块化、专业化与多样化等方面均对我国有重要启示。