地效翼船

11.1掠海地效翼船发展背景

掠海地效翼船是一种能够贴着水面飞行，航速大于150kn的特殊船型。它比飞机有更大的升阻比，气动效率高。可以在海上随时起落，安全性高，具有飞机无法达到的载重量。掠海地效翼船在贴近地面（地效区内）飞行时，具有一般舰艇不可比拟的耐波性和高航速。从1897年法国人最早提出“地面效应飞行”概念至今，人类对地效翼船的理论研究和实验已有了上百年的历史。20世纪20年代初，一些水翼艇和飞机专家分别从船舶和飞机技术延伸，开始对掠海地效翼船进行研究，如1923年，苏联科学家、世界上首批直升机设计者——尤里耶夫发表了“地面对水翼空气动力特性影响”的论文。1935年，芬兰工程师卡里奥成功地实验了一种小展弦比的地效翼船。3年后，瑞典工程师特罗因格研制了“飞翼”型地效翼船模型。但此后由于地效翼船的一些关键技术问题，如纵向稳定性等没有得到很好地解决，因而进展迟缓，直到20世纪50年代之前，掠海地效翼船的发展进程不大。

从20世纪50年代，被誉为俄罗斯水翼船之父的P.E.阿列克塞耶夫及其高速船设计群体，成功地开发并批量生产了“火箭”号、“流星”号和“海燕”号等世界知名的水翼船型号，其航速高达60-100km/h，曾被广泛地用于内河、湖泊、水库等水域的交通运输中。但是，高速航行时水翼上出现的空泡现象制约了水翼船航速的进一步提高，120km/h这一数值成了该型船航速的实际极限。

1959年，P.E.阿列克塞耶夫提出了将不受空泡干扰的气动机翼用于高速船的设想。经过几年的探索研究，这一科学设想催生出了一个新的高速船型，即地效翼船。1966年，最大起飞质量544t、最大航速500km/h的“里海怪物”号多用途艇等多个型号的舰艇，并正式编入俄海军服役。其用途之一是作为超高速导弹攻击艇，以对付航空母舰编队。

继“里海怪物”号研制成功以后，阿列克谢耶夫等人又在20世纪70—80年代相继研制成功5个型号的地效翼船并投入使用，1974年，“雏鹰”号地效翼船首次试飞成功并取得成功。成为世界上第一艘地效翼两栖作战艇（见图11-2），技术数据见表11-1

进入20世纪80年代，水翼船中央设计院以高尔基市的船厂为制造基地，致力于民用地效翼船的开发工作，其成熟的型船，不仅在俄罗斯航运界倍受欢迎，而且成功地打入了美国、加拿大等国的船艇市场。

11.2 地效翼船的基本原理

在飞机发展的早期，一些飞行员就发现了一种现象：飞机在起飞、降落和贴近地面飞行飞机的升力会大大增加。这种现象称为“地面效应”而产生这种现象的区域称为“地效区”掠海地效翼船就是飞行在地效区的一种特殊船。

需要说明的是地效翼船与飞机的飞行原理有很大的差异。飞机是依靠机翼上下表面压力差产生的升力支撑自身重量使其飞行，而地效翼船则主要依靠地面效应。由于机翼下表面与地面或水面之间的空气流动阻塞，使得机翼下表面压力增大从而使升力增加。

11.6动力增冲与动力气垫技术

动力增冲技术与动力增冲地效翼船

在图11-23所示的机翼为动力增冲体，即在机翼之前的前置发动机喷口，向机翼的下方喷出高速的气流，在机翼下表面和地表面之间形成高压区域，使机翼在低速甚至静止时就能产生较高的升力，从而使起飞航速大大降低，阻力减小，并改善了波浪中的抨击压力、越峰能力及耐波性等。采用动力增冲技术的地效翼船称之为动力增冲地效翼船。图11-24为采用和不采用动力增冲地效翼船的水阻力比较，由图可以看出采用动力增冲降阻的明显效果

俄罗斯把这种大型动力增冲地效翼船叫做“Ekranoplan”，意思是“屏蔽机翼”或“低飞高机翼”

11.6.2 动力气垫技术与动力气垫地效翼船

动力气垫与动力增冲在原理上没有本质的差别，只不过动力气垫技术有一个专门的气垫系统，它由艇上向后喷射空气的前置导管螺旋桨或涡轮风扇、机翼。襟翼和船体共同组成。动力气垫有较大的气垫长宽比，其两侧有较深的侧壁，且在机翼尾部有可以封闭气垫的襟翼。因而可以形成有效的动力气垫。前置导管螺旋桨在低中速时起着垫升作用，高速时起着推进作用。起垫升作用时，导管螺旋桨向后喷射气流有两个效应作用：一是湍射流效应；二是阻塞效应。湍射流吸卷大量的外界空气，使射流截面积增大，有利于封住船身前面部分和形成气幕，大量的空气进入船底，很少部分气流向前回流，形成稳定的动力气垫。动力气垫的前缘基本上属于周边射流式气垫，而后面属于增压式气垫。气流进入到船底形成阻塞，大部分动能转化为压能，产生气垫静升力。此外，气流从后缘喷出又能产生推力回收。用动力气垫技术的地效翼船称之为动力气垫地效翼船。

利用动力气垫起降的地效翼船，从静止就可以垫升前进。随着航速逐步增大，随速度的平方而增加的机翼升力逐渐起主要作用，飞高也开始逐渐增大。当机翼的升力足够时，动力气垫的升力不再起主要作用，地效翼船由起飞平稳地进入到完全的地效飞行。

11.6.2.2中国的动力气垫地效翼船

中国1975年就掌握了动力气垫技术。结合动力增冲地效翼船和动力气垫船的技术，1988年，由中国船舶及海洋工程研究设计院设计的“天鹅号”地效翼船是当时世界上最大的动力气垫地效翼船（图11-26），其总体性能达到了国际先进水平。

2012年，由中国企业自主研制的“天使号”地效翼船在长荡湖圆满完成首航（如图１）。这种新型交通工具，可载荷6人，贴近水面飞行，最大飞行高度150米，飞行速度每小时可达到70－80海里，采用新型复合材料制成，起飞后能连续飞行两个小时，且起飞和降落所需水域较小。

2013年，由海南某地效翼船公司制造的中国首艘12座地效翼船———CYG－11型地效翼船（如图２），在南海试飞成功。这一次试飞，除载荷重量增加外，速度也达到了每小时110海里，且耗油量仅为百公里28L，这标志着我国在这一领域又取得了较大的进步。

11.10地效翼船的优缺点与应用前景

11.10.1 地效翼船的优缺点

11.10.1 .1地效翼船的优点

（1）巡航速度高。动力增升型地效翼船的巡航速度是全垫升气垫船、侧壁式气垫船、双体船和水翼艇的3~5倍，是排水型船的10倍以上；

（2）运输效率高。动力增升型地效翼船的运输效率[功率/（有效载荷×航程）]约为飞机的2倍，是全垫升气垫船、侧壁式气垫船和水翼艇的2~4.5倍；

（3）高耐波性。由于地效飞行器采用动力气垫和动力增冲等技术，大多数都能在3级海情下顺利起降，在浪高小于3m时可以稳定安全的巡航航行。

（4）良好的两栖性能。类似于两栖气垫船，能在不平整的地面运行，如沼泽、沙滩、雪地、草地等；

（5）隐蔽性高。由于该船能够以较低的飞行高度贴近水面或地面运行，不易被雷达监测，适合隐蔽的军事行动。

11.10.1 .2地效翼船的缺点

（1）由于海洋环境的影响，会限制地效翼船适航性和经济性的进一步提高，当地效翼船进入到巡航速度时，大部分的功率会被闲置，造成了质量上的累赘和经济上的浪费。

（2）海洋盐雾对地效翼船的航空发动机有腐蚀作用，发动机的保养和维护困难，易导致发动机工作失常，需要特殊的进滤气装置且维护保障费用高。

（3）由于掠海地效翼船的飞行高度较低和地效作用，易激起海面较明显的喷溅，易被高空飞机和卫星的可见光探测仪发现。此外，由于发动机功率巨大且布置在机背，红外线辐射大，易被红外线探测仪发现。