水面小型无人艇收放技术概述

戈亮 张恭

摘    要：船载水面无人艇的收放技术已成为无人艇应用领域的研究热点。本文介绍了当前无人艇在母船上的搭载、释放及回收的概况，认为滑道技术可作为高海况下收放无人艇的重点研究方向，为我国新型无人艇的研制提供参考。

关键词：无人艇;收放技术;高海况

中图分类号：U674.91                              文献标识码：A

Abstract： The technology of release and recovery of unmanned surface vessel （USV） has become a research hotspot in the application field of USV. This paper introduces the situation of the new technology of the release and recovery of the USV on the mother ship， and considers that the stern ramp technology can be used as a key research direction of release and recovery of the USV under high sea conditions， providing a reference for the development of the new USV in China.

Key words： Unmanned surface vessel; Release and recovery; High sea conditions

1    前言

隨着科学技术的高速发展，无人化、智能化、信息化装备系统已成为一种发展趋势。在水面无人艇的研制初期，由于无人艇的排水量较小、续航能力有限，应用范围限制在沿海近岸地区。随着科学技术的发展，无人艇执行复杂任务的能力得到提高，人们越来越期望将无人艇的应用范围拓展到远海领域。目前，除了开发续航时间长的大型无人艇外，通过大型舰船作为母船来搭载无人艇成了新的技术领域。由于在释放和回收无人艇的过程中缺乏人员辅助，使无人艇在海上捕捉和对中均十分困难，尤其在恶劣环境海况下的不确定程度更高，因此对收放技术的自动化及可靠性要求更为严苛。

2    无人艇发展现状

美国、以色列、欧洲、日本等发达国家都早已开展了无人艇的研制，并将远海搭载及收放技术作为无人艇研制成功的关键条件。当前，无人艇的收放方法还是主要基于有人工作艇的收放技术，必须进行创新和改进，使无人艇的收放技术向高海况、安全、快速、高效性方向发展。美国已开发出用于收放的助力拖曳吊及自动引导钩锚系统，主要开发在高海况下使用的无人艇。

国内无人艇的收放技术，主要有船用吊机式和尾滑道收放式两种：

（1）吊机收放方式

是目前国内无人艇收放应用的主要形式，多数是在船侧面安装起重机械，用线缆系留的方式吊起或放下无人艇。这种方式虽然简单易行，但也存在一定的缺点，比如对海况要求高的船舶平台必须为静止或低速状态、需要多人协助，见图1。

（2）尾滑道收放方式

以有人工作艇的收放为主，主要应用于公务执法船的收放。

尾滑道收放方式，主要分为冲排式和转运式两种类型。只需对其捕捉系统或冲排装置进行改进，这种收放方式就可以应用于无人艇的收放。

3    水面无人艇收放装置

3.1   吊笼式收放装置

吊笼式收放装置分为直升机用吊笼和舰船用拖体吊笼两种形式：

（1）直升机用吊笼

是指吊笼与直升机起重绞车的吊索相连接的无人艇收放装置;

（2）舰船用拖体吊笼

是指拖体吊笼与舰船上起重吊机的吊索相连接的无人艇收放装置。

直升机用吊笼收放装置，应用时能迅速到达现场，但通常只能在3级及以下海况时正常使用，见图2;

舰船用拖体吊笼收放装置，使用方法比较简单方便，但其组成较复杂、操作难度大，需与特种吊机配合应用，适装于中大型舰船，见图3。

3.2   船用吊机式收放装置

船用吊机吊放方式是比较常用的收放方式，多数是在船侧面安装起重机械，通过绳索系留方式吊起或放下小艇。这种方式虽然简单易行，但也存在一定的缺点，比如在高海况下船舶平台必须处于静止或低速状态，需要多人协助等。

船用吊机式收放装置，按其类型大致可分为A形架吊机式、单点吊式和双点吊式几种：

（1）A形架吊机式

A形架吊机式收放装置（见图4），是一种较特殊的小艇收放装置，它是在垂直平面上旋转导出的起重装置，具有起重能力大、适应范围广的特点。按其作业要求和安装位置，可分为船尾式和舷侧式。

A形架吊机式收放装置的组成，包括A形架和专用绞车等。A形架在收放无人艇的过程中，一方面承受着收放小艇的变化载荷，另一方面还承担着将小艇在母船上的两个位置（舷内和舷外）进行转换的任务。

A形架吊机式收放装置，主要有以下优点：

① 结构设计合理、强度高，在作业时载荷在装置上分布均匀，可满足在复杂海况下负载变化较大对结构强度、刚度等的较高要求;

② 可根据需要来确定在甲板上的安装位置，在将小艇收回到甲板的面积仅比艇在甲板上所占面积略大，占用甲板面积小;

③ 操作简便可靠，还可为实现其他功能而加设相关设备。

（2）单点吊式收放装置

单点吊式收放装置，一般具有起升、回转和变幅功能，动力通常采用液压驱动或电动机驱动。单点吊式收放装置，具有操作简单、快速等特点;其缺点是在艇的起吊过程中稳定性不易控制，尤其在高海况下更不易操作;为改善小艇在起吊作业过程中的稳定性，单点吊式收放装置一般应具有波浪补偿和防摇装置等设计，见图5。

（3）双点吊式收放装置

双吊点式收放装置（见图6），可明显改善小艇的在吊过程中的稳定性问题，但其回收小艇的操作过程较单点吊式复杂，需将两个吊钩同步挂在小艇上，以减少高海况时波浪运动对小艇的危害。

3.3   尾滑道收放装置

尾滑道收放装置系指依靠在母船尾部开设的斜槽滑道配置相关设施，用于母船快速收放小艇的收放装置。相比于传统船用吊机收放装置，具有快速反应、操纵简单、安全可靠等优点。公务执法船舶和军用舰船，由于需要在恶劣海况下快速收放工作艇来执行任务，越来越普遍地采用尾滑道收放装置。

尾滑道收放装置的形式，常见的有如下几种：

（1）船坞式滑道

船坞式滑道收放系统（见图7），母船上需设有足够大的坞井，尾门形式为上翻式。在小艇释放前，通过压载或灌水使坞井内进入足够的海水，以使小艇漂浮并驶离母船;在小艇回收至母船前，坞井内同样需进入足够的海水，让小艇驶入母船定位固定。

在释放或回收过程中，艇员可以对小艇的运动进行操纵和干预，如遇特殊情况可以及时停止收放作业。围闭的坞井在收放过程中还可以起到有效的防风浪的作用，适用于较高海况下小艇的收放。

船坞式滑道收放装置的特点是小艇停于母船内的干燥环境中，收放作业时坞井内必须灌入海水;在作业过程中，小艇收放时无冲排过程，能够有效的降低收放过程对小艇的损坏;但母船的坞井底部需位于水线以下，其深度需大于小艇吃水。因此从布置上考虑，船坞式滑道收放装置通常只适用于排水量大、吃水深的中大型舰船。

（2）固定式尾滑道

固定式尾滑道收放装置（见图8），其表面要与小艇的形状相匹配，使用圆柱滚轮来支撑小艇并引导小艇的运动轨迹。该种方式结构简单，但小艇在回收时有冲排过程，对小艇的外壳保护较差，一般只适用于3级以下海况作业;其滑道较深，尾门为上翻式，适用于型深较大的舰船。

（3）铰接式滑道

铰接式滑道通（见图9），常设有下翻式尾门、存放铰接板、绞车、液压系统等。小艇停放于母船活动甲板上，活动甲板上设有支撑滚轮，释放时小艇与滑道一起倾斜某一角度，小艇依靠自身重力下滑至水面;收艇时，小艇对准活动甲板中心驶入滑道，然后用鋼丝绳将小艇拖入活动甲板，活动甲板再转动至水平位置。这种方式有利于提高甲板面的利用率。

（4）伸缩式滑道

伸缩式滑道（见图10），可从母船上伸出或收进。释放小艇时，尾滑道载着小艇伸出母船尾门外至海水中，使小艇漂浮于海面后，小艇再驶离母船;回收时，尾滑道伸出母船尾门外至海水中，小艇对准尾滑道中心后驶入并定位，收缩载有小艇的尾滑道至母船中。该种方式对小艇外壳保护较好，回收过程中小艇无需冲排。

（5）纵向倾斜冲排式滑道

纵向倾斜冲排式滑道（见图11），其表面要与工作艇的形状相匹配，使用圆柱滚轮来支撑小艇，并引导小艇在纵向倾斜式滑道上冲排至指定存放位置。

该种方式结构简单，但冲排过程容易对工作艇外壳造成损坏，且需人工参与捕捉小艇;小艇对中难，易应力集中破坏小艇船壳;滚轮容易生锈，导致摩擦力增大使小艇损伤;无法实现自动冲排，需人工协助捕捉小艇，存在安全性隐患;适应海况低，一般都在3级海况以下使用;为了降低捕捉难度，纵向倾斜冲排式滑道增加了自动捕捉装置，以减少操作的难度。

（6）转运式滑道

转运式滑道收放系统（见图12），具有操作维护容易、工作运行迅速、自动化程度高、安装方便灵活、适装性好等特点。

转运式滑收放系统，通常由主轨道架、折顶架以及副轨道架组成：副轨道架可以在主轨道架上面运行，实现伸缩式的收放;折顶架通过铰链与主轨道架、副轨道架连接，从而实现可折。这三个轨道架与主液压缸、滑轮支撑装置共同组成了小艇在母船上释放和回收的安全作业环境。

转运式滑收放系统的回收过程，一般分成如下几个步骤：

① 打开尾门释放主轨道架和副轨道架;

② 当主轨道架和副轨道架行驶到设定位置时，通过曲折油缸放平副轨;

③ 小艇驶入副轨内;

④ 通过液压及钢索组合的方式，将主轨道架和副轨道架牵引至指定位置并锁紧。

转运式滑道收放装置，具有以下特点：

①系统运载托架可折，使小艇回收时不需要冲排，确保艇体免受冲击力损伤;

②小艇设计成直接座墩在托架上，回收时艇体底部无磨擦，确保艇体底面免受损伤;

③采用视频遥控及限位装置引导小艇对中驶进滑道，确保小艇在高海况时的回收成功率。

4    结束语

随着无人艇技术的发展与执行远海任务的增多，配套的搭载与收放技术成了新的研究领域，并有着广阔的发展空间。国内有关单位在研制无人艇的同时，应加强与之相对应的收放技术开发，尽早形成标准化、通用化的产业服务链。

参考文献

[1]叶邦权，等.船舶设计实用手册-舾装分册[M].北京：国防工业出版社，2013.

[2] 黎理胜.转运式尾滑道收放系统介绍及应用探讨[J].广东造船， 2019（3）.