高性能船在反水雷行业的发展及应用

2019-12-02漆万鹏艾艳辉

数字海洋与水下攻防 2019年4期

漆万鹏，王盟，艾艳辉

（1.海军驻武汉地区军事代表局，湖北武汉 430000；2.中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

0 引言

为应对未来日趋复杂的作战环境，猎雷装备对其搭载的拖曳平台稳定性要求越来越高，目前众多猎雷装备的搭载及拖曳平台均是水面舰艇，水面舰艇的快速性、耐波性等性能将会对搭载或拖曳的猎雷装备性能产生直接影响。为满足反水雷作业的特殊要求，反水雷舰艇必须具备高效、稳定、安全、负载强等一系列特性；而高性能船通常具备突出的高速性能、优良的耐波性能、良好的安全性和较强的载运力[1]。不难看出，反水雷舰艇需具备的特性与高性能船的特点紧密契合。

高性能船按设计概念可分为4类[2]：一是动力增升船型设计概念，通过借助某种流体动力（水动力或气动力），使船体吃水减小，甚至抬至水面滑行，或贴近水面飞行，从而达到减小阻力和提高耐波性的目的；二是双体和多体船型设计概念，通过提升片体的长宽比，以及多体之间的兴波有利干扰，大幅减小船体的阻力；三是半潜船型设计概念，通过使船体部分或绝大部分排水体积移向水面以下，从而减小兴波阻力和波涛阻力；四是复合船型设计概念，通过上述三类基本船型设计概念的有效组合，从多种途径来考虑减小船体阻力。在反水雷行业中，前三类高性能船均有所应用。

1 国外高性能船在反水雷行业中的应用

1.1 动力增升船型在反水雷行业中的应用

在动力增升船型中，滑行艇（尤其是半滑行艇）在反水雷行业中的应用最为广泛，如法国的检查者“MKⅡ”、英国的“C-Sweep”、美国的“斯巴达侦察兵”及“UISS”等。

法国的“检查者”MKⅡ型无人水面艇（图1）不仅可以扫雷，而且也可从事猎雷作战。根据 ECA机器人公司在2008年公开的数据，检查者MKⅡ采用铝合金刚性壳体，外形尺寸为8 400 mm×2 950 mm（运输时为2 550 mm），吃水0.5 m，排水量高达4 700 kg（含有效载荷1 000 kg），推进装置为2台由柴油机驱动的喷水推进器（功率170～215 kW），航速0～25 kn，续航力6 kn时为20 h，操纵模式可采用全自动、遥控或手动，能够适应5级海况。

2012年 2月英国的泰利斯公司与自主水面艇公司，联合研制一型主要用于反水雷任务的无人水面艇，该型艇基于自主水面艇公司现有的C-Sweep USV（图2），该型水面艇长度为11.5 m，宽3.6 m，最高航速超过25 kn，主要用于未来的舷外反水雷作战。

图2 C-Sweep无人水面艇Fig.2 “C-Sweep” USV

诺斯罗普和雷神公司于 2002年联合研发的“斯巴达侦察兵”（spartan Scout）USV（图3）可以装备不同的使命模块和武器系统，如兵力保护模块、精密设备模块、反潜战模块、水雷战模块。该水面艇（7 m型）的最大有效载荷为2 267 kg，可根据不同的作战需求选用有效载荷。新型艇可由2台Kamewa FF280喷水发动机和2台470马力的Caterpillar3126B发动机推进，装备集成维克多公司的Stick IIC控制系统，带有遥控接口。可作为模块化、可重组的、多使命高速半自主无人水面艇使用。

图3 “斯巴达侦察兵”水面无人艇Fig.3 “Spartan Scout” USV

无人非接触扫雷系统（UISS）如图 4，是在US3无人水面扫雷系统的基础上专为濒海战斗舰提供的半自主扫雷装置，可在濒海水域对付水雷威胁。UISS的艇体建造材料为铝材，长40英尺，宽11.2英尺，高10.2英尺（弓形支架收起后），满载总重 22 600磅，动力为 2台 540马力 Cummins QSC8.3L发动机，续航力5.5 h，4千磅燃油，最大拖力2 500磅，2级海况下25 kn速度。

图4 无人非接触扫雷系统Fig.4 Unmanned non-contact minesweeping system

滑行艇之所以在反水雷行业中应用广泛，是因为其航速高，拖曳能力强，结构较其他类型反水雷无人艇更为简单，能够较方便地搭载在母船上，但滑行艇自身的海况适应性相较双体（多体）船型和半潜船型更弱，高海况作业能力较为不足。

1.2 双体船型在反水雷行业中的应用

双体船型在反水雷行业中也有着较多的应用，国外典型船型包括法国“黑星”（图 5）和瑞典“SAM3”（图6）等。

“黑星”是一种新型双体无人水面艇，长17 m，宽7.5 m，排水量25 t，由Breton Pech’Alu国际公司建造，主要用途是执行自主猎雷使命，于2010年下水，可携带拖曳声呐和自主水下航行器探测水雷和灭雷，也可以回收 AUV，通过独特的拖曳捕捉装置进行充电和上传数据[3]。

SAM3遥控扫雷系统是由瑞典的考库姆公司研制的新一代无人水面艇，SAM3长度为14.4 m，宽度6.7 m，吃水1.2 m，排水量14 t，续航力5 kn时为400 n mile，扫雷持续时间可高达 80 h，最高航速12 kn，配备2台140 kW柴油机，其可灵活生成物理场信号、具备多种作业模式、拥有极强的抗冲击能力。

图5 “黑星”无人水面艇Fig.5 “Black Star” USV

图6 “SAM3”无人水面艇Fig.6 “SAM3” USV

双体（多体）结构的高性能船通过合理的设计能够有效降低船体的横、纵摇幅度，为安装在艇体上的反水雷设备提供稳定的工作平台。同时双体船如采用中空的桁架式甲板，可使水下爆炸形成的喷水柱轻易地穿过艇体，能有效地避免倾覆的危险。虽然双体结构的高性能船稳性更好，但是其难以随舰搭载，其作用范围大多还是集中在近海海域。

1.3 半潜水体船型在反水雷行业中的应用

半潜式反水雷无人艇的研发主要以加拿大、美国及法国为主，如加拿大的海豚 MKⅡ半潜式 USV（图 7）、美国的RMS半潜式遥控猎雷系统及法国的海上守卫者（图8）。

海豚 MKⅡ半潜式 USV最初是为加拿大水文服务局研制的。1985年加拿大向美海军提供了 2台装备海军有效载荷的海豚 MKⅡ半潜式 USV，1988年美海军又订购了 2台海豚 MKⅡ半潜式USV作为遥控猎雷航行器。

图7 海豚MKⅡ半潜式USVFig.7 “Dolphin” MK Ⅱ Semi-submarine USV

“海上守卫者”基于加拿大设计的“剑鱼座”半潜式无人水面艇，由DCNS公司改装。半潜航行器全长8.3 m，直径2.5 m，质量6 700 kg，航行器由柴油机推进，柴油机的吸气和排气孔以及通信天线伸出水面，半潜航行器的最大遥控距离为10 km，它可以12 kn的航速航行400 n mile，续航时间与拖曳的拖体深度和速度有关，大致在16～74 h之间，加装多波束侧扫声呐的拖体可在 6～200 m水深进行搜索，声呐的最大探测距离约为150 m。

图8 “海上守卫者”半潜式无人艇Fig.8 “Marine Guardian” Semi-submarine USV

半潜式艇体由于绝大部分艇体在水面以下，故在高海况和恶劣天气条件下，艇体受风浪的影响更小[4]，同时半潜式艇体上的翼板及舵板能够有效调整艇体航行姿态；能够使艇体保持比其他水面艇更稳定的姿态，因此半潜式艇体极适合随舰搭载开展恶劣海况的作业。半潜式艇体技术复杂度和成本造价相对较高。

2 国内高性能船在反水雷行业中的应用

国内反水雷行业中，高性能船的应用主要包括用于高速拖曳的高速试验艇以及具有高稳定性的半潜式无人艇。高速试验艇是研制的一型专门用于水中兵器高速试验的半滑行艇，该船的满载排水量：17.6 t、总长为12.5 m、型宽为3.3 m、吃水深度为0.7 m、最高航速31 kn、拖曳航速25 kn时拖曳力不小于20 kn，具有航速高、拖曳力大、专用性强、配套设备完善等特点，可满足高速拖曳试验需求。在半潜式无人艇方面国内多家院所也开展了大量的研究和应用，目前国内院所研制的样机已经经过了湖海试的验证，各方面的性能指标与国外的同类型无人艇相当，但还均未投入实际的使用。

总体而言，国内反水雷行业在高性能船的应用方面较少，较国外有着较大的差距。

3 未来高性能船在反水雷行业的应用方向

反水雷行业由于作业风险极高，因此对于作业平台的无人化水平要求非常高，目前应用到反水雷行业的主要作业平台包括空中平台、水面平台以及水下平台。在上述3种平台中，水面平台（水面高性能船）的控制精度、续航能力、搭载能力均较为出众[5]，空中平台（如搭载激光雷达进行探雷作业的无人机，搭载猎扫雷装备的地效翼船）在实时通信、通信距离、执行任务速度、作用区域范围方面有着显著优势，水下平台在隐蔽性及平台稳定性方面效果拔群[6]。

图9 反水雷无人平台属性特点Fig.9 Characteristics of MCM unmanned platform

随着近年来高性能船在复合船型方面的发展，高性能船基本具备了跨介质航行的能力，在未来，如能将高性能船融合潜水体船型及动力增升船型的设计概念，并应用于反水雷行业，实现跨介质作业，将有可能兼具空中平台、水面平台及水下平台的各自优点，形成新一代的反水雷作业平台，如图9所示。

考虑到目前反水雷设备的重量一般较大，主要搭载平台还是以船为主，因此未来的反水雷平台以水面航行为主要的工作状态，具备水下及空中的航行能力将更为可行。需要快速部署时，利用空气动力使船体抬升出水面；需要拖曳作业时，可在水面航行，开展大载荷拖曳；需要确定目标时，可潜水抵近目标进行侦察。这种跨介质的航行器在其他领域已开展过相关研究，典型的如苏联的“飞行潜艇”LPL和美国的载人潜水飞行器。

图10 “飞行潜艇”LPLFig.10 “Flying Submarine” LPL

图11 载人潜水飞行器Fig.11 Manned submersible vehicle

苏联在1934年就设计了这种在水下、水面及水上均能工作的平台，即“飞行潜艇”LPL（图10），LPL有3台1 200马力的发动机，能以200 km的时速飞行，最大飞行高度2 500 m，水下靠蓄电池驱动螺旋桨电机航行，电机功率为10马力，航速仅为2～3 kn，活动距离最多不过9～10 km[7]。

自1934年水空两栖跨介质平台的设计概念被提出后，先后经历了LPL样机、RFS-1样机、Convair样机和DARPA样机等4个具有代表性的载人概念样机。美国国防先期研究计划局（DARPA）提出了一种特种部队运输的潜水飞机研制计划，旨在研发一种不仅能在空中飞行，还能在水面和水下航行的潜水飞机，专门用于突击敌方海岸的特种作战行动[8]。