新型气垫船的一体化创新设计

谭杰尹 李晓科 张艺

摘要：传统气垫船的动力系统布局使其在许多地区航行受到了限制，文章基于传统气垫船的稳定性差和通航性低的两大不足，对其结构优化，设计出一种新型布局的全垫升气垫船。该艇通过重新一体化设计船体动力布局，降低船体高度，增强了其航行稳定性，实现了更好的通航能力，同时提高了不同船体部件的高通用性以及标准化，通过对部分零件进行设配，便可实现结构布局通用，大大降低了重新设计和维护的成本。

关键词：全垫升;气垫船;动力系统;结构设计

中图分类号：U674                              文獻标识码：A

1 引言

当前各个国家对气垫船在军用与民用方面的价值高度重视。在民用方面，气垫船的用途极为广泛，涉及娱乐项目、家用救援、客运航线以及特殊水域航行等多个领域。气垫船特有的垫升系统是其与其它类型船舶的主要区别所在，大到导弹艇、护卫舰，小到个人载具、家用载具，气垫船以其远高于其他类型船舶的通航能力脱颖而出。在探索特殊水域时，如沼泽、滩涂等常规船只难以通行的水域，气垫船可以依靠气垫和不在水面下推进的动力系统航行;气垫船因其在不同地形限制条件下也能够安全行驶这一特性，非常适宜在民用短途航线、科研任务的水域探索和家庭抗洪救灾中使用。其宽泛的适应能力被许多军民用部门与个人青睐，中小型专业气垫船近几年的发展相当迅速。

然而，传统气垫船的动力系统布局使其在许多地区航行受到了限制，高大的外置推进扇叶，导致气垫船在一些特定的狭小低矮空间很难通行，例如因科研需求要进入的林区水道，会因外置的船体动力系统过高而无法通航。大型气垫船在大风条件下也会因其高大的上层建筑失去其特有的高航速与稳定性，故而，通过对气垫船动力系统的重新布局来降低大风对气垫船的影响显得尤为必要。这样，让气垫船的航行不仅仅局限在开阔的海况、河况，对于难以开拓和探索的较高风险地区也能适应。尤其体现在面对恶劣自然环境的应急救援方面，使用重新布局后的气垫船会大大提高适应性和高效性。

受一些设计成熟的气垫船启发（如：俄罗斯的“欧洲野牛”级，美国的“LCAC”级两类大型运输气垫船），以降低船体后部发动机系统高度提高通航能力为目标，以提高结构通用性以及动力系统改进为宗旨，设计开发出一种新型气垫船在降低传统设计中高大的风机带来的整体船体高度偏高的情况下，保证其航行性能稳定以及气垫船应有功能的完备，还有相对较低船体带来的更好通航能力的气垫船布局。本系统拟采取整合发动机推进扇叶及转向舵叶等零部件的模块化动力包设计，使动力系统一体化，并可以同时提高不同船体部件的高通用性以及标准化;在大、小型船型的设计中，通过对部分零件进行设配，便可实现结构布局通用，大大降低重新设计的成本。其技术对推动我国气垫船的发展以及提高相关国际市场竞争力都有比较重要的意义[1-2]。

2 新型气垫船的整体设计

本设计是在现有的各类成熟气垫船设计基础上进行的创新，采用斜置双风道，分别放置两台大功率发动机，斜置发动机的优点在于相应的风道也可以随着发动机的放置同时斜置，较大限度地降低船体后方高度，从而降低传统气垫船的后部发动机带来的后部动力组高度，大大降低船体阻力以及后部结构带来的不利航行的影响，但是相应带来的问题就是动力系统大部分整合到了船体后部，预留的进气道会挤占较大的后部空间，运载能力可能会受到一定程度的削减。设计示意图如图1所示。

两台推进发动机后部采取“斜向——平直风道”，将推进气流从船体后部导出从而形成前进的推力，为气垫船提供动力，驱动气垫船向前航行，而扇叶后方，两具风道各两片倒流舵。由舵机和联杆带动，可以使方向舵较大幅度地摆动，控制气流的推进方向，从而控制船舶的航行状态，也可以为登滩后返回航线的大幅度转向提供动力。

全垫升气垫采用两/四台风机充当气垫鼓风机，内置在船体当中，船体表面设置两具与风机相通的内嵌式进气道，为船体的全垫升气垫鼓风从而达到撑起气垫的目的，内置风机的优势在于相较于靠舷侧的开放式鼓风机，位置更高，并且有着进气道的保护，防止海水在高速航行时涌进风道导致风机故障;进气道在高速航行时，也能为鼓风机的进气量带来一定提升，保证气垫的充盈。

因为发动机采取风道斜置的设计方案，使船体表面除了舰桥以及鼓风机进气道以外无更多船体表面凸起物和附件增加航行阻力，借此可以在兼顾以及保证气垫船该有的运载能力和全垫升气垫船拥有的登滩能力下，设计出可以适应高速航行的低阻船体外形，进一步优化与提升航行速度。动力系统采用模块化的动力包系统，风道、发动机以及风机支架全部整合为一个模块化动力包，紧急情况下可以将整体动力包进行拆卸替换。或者平日维护修理，拆卸后检修更换扇叶等，可以较大程度地降低维修成本、工时与提高维护效率[3-4]。

3 新型气垫船设计的结构优化

通过Solidworks绘图软件构建好气垫船的模型以及各个零部件，校对各个部件数据，确认其可行性。

新型气垫船的缩比模型使用1：50的比例进行制作，采用组件一体设计，动力包、船底气垫、船体均为分离式单独部件。动力系统控制采用一台8通道航模遥控器，风道内各放置一台模型电机连接两具模型电子调速器，然后用XT30插头并联统一控制;左侧风道出口末端埋置一台舵机，与左侧风道的方向舵相连，并通过舵面上的连接轴控制四具方向舵的统一摆向，进而驱使模型船体进行转向，如图2所示。

船体设计上，采用船体组件一体设计，较低风阻的一体化壳，发动机用螺丝等固定于后方开槽，增加稳定性，同时船艏较高，虽然说会提升一定的航行风阻，但是相应的也加大了船艏跳板的空间，可以允许体积更大的装备或者载具，装载船舱内进行运输，在鼓风机位置，船体内部设立单独舱室为充气电机与扇叶预留空间，船体表层则预留进气道，如图3所示。

船体、船底组件唯一的向下开口为鼓风机的独立舱室以及船底预留的风道，在气垫破损或者无法垫升的情况下，保证各个舱室独立，维持船体的密封性，保证航行安全。船体底板与分件船体部件相对应的设计嵌合式船体，充气气垫的材料则内卷，夹在船底板和船底之间，再通过螺丝铆接固定船底和船体，让各个零部件更加牢固地拼接在一块，组成完整的气垫船模型，如图4所示。

4 结论

文章通过对传统气垫船的一体化创新设计，实现动力系统布局优化、促进零部件标准化。提高气垫船通航性的同时，改善传统气垫船的稳定性，提高不同船体部件高通用性以及标准化，在营运过程中，通过对部分零件进行设配，便可实现结构模块通用，大大降低重新设计和维护的成本。

（责任编辑：陈之曦）

参考文献：

[1]姜忠涛.美国可变船型气垫船（T-Craft）技术方案[J].船舶，2012（05）：1-6.

[2]马涛，邬成杰.气垫船总体性能与围裙气垫系统流体动力设计[M].北京：国防工业出版社，2012.

[3]赵宇南，余又红，贺星.大型气垫船阻力特性仿真与影响因素分析[J].舰船科学技术，2019（10）：55-58.

[4]张宗科.全垫升气垫船高速埋首与低速侧翻的机理分析及应对措施[J].船舶，2019（04）：15-27.