气垫船

10.1.1.2 我国气垫船的发展情况
1957年，哈尔滨军事工程学院开始研究开发气垫船这新型运载工具。

当时采用船型为增压式，于当年建成我国第一艘船厂约1.8m的船模，模型为木铝混合结构，并用航空电机作为飞升动力。

1958年开始设计约1.7t的载人“33”号试验船，并在哈尔滨飞机制造厂进行施工设计与建造，于1958年8月1日下水。

1960年，全国各地开始了研制气垫船的热潮。

但后来由于国家财政困难，在全国范围内进
行了科研计划的收缩，很多研制单位的研究工作下马。

1962年，上海中国船舶及海洋工程设计研究院在困难调条件下从新开始此项工作的研究，并于1965年6月建成我国第一艘能稳定航行的载人全垫升式气垫船711-I型，在淀山湖上适航航速达到了90Km/h。

中国船舶及海洋工程设计研究院在711-I船的基础上，于1968年建成操纵性更好的711-II，由于采用了双机并车带动风扇和空气螺旋桨，操纵极为方便，该船在20年中来一直作为中国船舶及海洋工程研究院的试验船，取得了大量实验数据。

10.1.2气垫船的类型和特点
气垫船按围裙的结构、推进方式和航行情况可以分为三大类，即全垫升式两栖型气垫船、全垫升式非两栖气垫船和侧壁式气垫船（其中前两种都属于全垫升气垫船）。

1
10.1.2.1全浮式两栖型气垫船
全浮式两栖型气垫船的船底四周安装了柔性围裙，用空气螺旋桨推进。

这种气垫船的特点是从水上可以直接登陆，水陆两用，因而得名两栖型。

全浮式两栖型气垫船的优点
全浮式两栖型气垫船具有独特的优点，它可以在无道路的草地，沼泽地带、多石滩河面、浅水和冰雪面上航行，可以作为短途的车客渡船、救护船和供应船等；在军用方面它可以作为导弹快艇、火炮快艇和登陆艇；也可以作为比较理想的反水雷舰艇。

两栖式气垫船的阻力性能比侧壁式气垫船好，可以利用多种操纵设备实现就地回转，机动性能好，可以水陆两用
全浮式两栖型气垫船缺点
1.噪声大，当在海面上航行航速超过60kn或在陆上航行航速大于40kn时，发出的噪声相
当大
2.遇大风（特别是顺风）时操纵困难，受风浪的影响大，在波浪中失速大。

根据SR-N6
型气垫船失速与风力实验的结果，绘制了如下图的航行特性曲线
由图可以看出，气垫船由于受风力作用所造成的失速情况，与气垫船相对于风向的位置以及围裙的结构有关，顺风时船舶的失速最大（这是因为顺风航行时会使气垫船埋首，情况严重时会导致翻船事故）。

3.航行时水飞溅厉害，这对于在寒冷地区航行的气垫船是不利的，因为溅到船上的水会结
成冰，增加了船体的质量。

4.两栖型气垫船只能采用空气螺旋桨推进装置，它比水螺旋桨的推进效率要低。

尤其在低
速时，两者之间差别越大
10.1.2.2全浮式非两栖型气垫船
非两栖型围裙式气垫船的船底四周用柔性围裙围住，采用超空泡螺旋桨或喷水推进。

因此，它的推进效率高，建造的吨位可比两栖型气垫船大，航行时噪音亦小。

它的缺点是只能在水中航行，不能直接登陆。

侧壁式气垫船
侧壁式气垫船是在全浮式气垫船基础上发展起来的，外形特点是两舷侧有刚性的侧壁插入水中，船首、尾用柔性气封保持气垫。

从底部舷边喷出的高压空气层，确保各种工况下气垫船的纵向和横向的稳定。

侧壁式气垫船是上世纪60年代初开始研制的，它的优点如下
1.易于向大型化过渡，船的排水量也可以造得大，续航力也大
2.推进效率高，噪声小，推进装置效率比空气螺旋桨高
3.空气的消耗量小，气垫的高度大，能跨越的波浪高度也大
侧壁式气垫船与全浮式气垫船相比，在阻力性能方面要差一些，而且不能直接登陆，但从提高气垫船的吨位、续航力和航速等方面来看，作为军用的大、中型战斗舰艇，侧壁式气垫船更有发展前途。

10.1.3 气垫船的应用
1.军事应用
（1）全垫升船可以作为登陆艇、导弹艇、扫雷艇、布雷艇、巡逻舰、反潜艇舰等。

美国曾在20世纪90年代建立了一只90艏~100艏装载中型坦克或步兵的气垫登陆艇，并根据以后建造的大型登陆艇必须具有装载气垫登陆艇的能力。

（2）部分书刊认为，侧壁式气垫船由于航速高、耐波性好，不仅可以作为巡逻舰、导弹艇、反潜艇，且可与水翼艇合同作战，以其宽敞的甲板与容积作为战役编队的母舰。

也可以将侧壁船建成为导弹驱逐舰，即在快速的气垫驱逐舰、护卫舰上安装舰舰导弹、舰空导弹、直升机、反核武器等，从而组成海上行动部队（SAG）
(3)由全垫升船、攻击机、直升机与船坞登陆舰组成的海空特遣部队（SAGTF），具有较大的独立空间作战能力，能迅速解决海上及陆上冲突。

(4)在极地使用全垫升气垫船，负责运输与交通。

（5）代替舟桥部队。

2.民用运输
（1）气垫船可以作为内河客艇和河口或沿海客船。

在一些浅水或泥沙滩，一般常规船不能到达之处，全垫升式气垫船可以作为客艇、旅游艇、游览艇等。

（2）全垫升气垫船特别适宜在浅海油田使用。

在滩涂潮汐地带，常规车船皆无法航行，而全垫升气垫船却大有用武之地，可作为气垫交通艇、工作艇、地震钻探艇甚至气垫钻井平台。

（3）在冰上可用全垫升气垫船，气垫平台，作为运输、交通工具。

在沿海薄冰处，则用全垫升气垫船作为高速或低速破冰之用。

（4）可用全垫升船作为多用途工作艇，如用于救生、摆渡、警卫、边防、水利探测、狩猎、泥浆与洪水探测、防汛等。

（5）陆上仓库，车间等处，可用气垫平台进行重物搬卸。

10.1.4 气垫围裙
围裙对于气垫船来说，具有特殊重要的意义，可以说，围裙对于气垫船的意义，相当并超过了轮胎对于汽车的作用。

1960年英国气垫船发明的柔性围裙，使船的刚性船体在垫升时大大地离开地面（水面），使船具备了真正的两栖性和越障性。

围裙在船舶的不同部位承受着不同的载荷，具有不同的功能，如船首围裙应易于内倾，它的气囊必须具有一定的刚性使得在越波时不缩进，围裙的囊指要柔软而易于迎浪；船尾部围裙应易于外倾，使船在航行中不兜水；船两舷围裙应有向尾部倾斜的可能性。

使用围裙的优点可以表现在以下几个方面
气垫船的飞升功率大大减小
气垫船的越障能力大大提高
气垫船具有较好的两栖性
气垫船在水上航行阻力进一步减小
由于柔性围裙的让浪性能较好，因此船的耐波性能将进一步获得改善
围裙的拆装，更换较为方便，改善了船的实用性和可维修性。

10.2 气垫技术的基本原理
10.2.1 气垫的形成与维持
气垫船底部的气垫是由鼓风机提供的压缩空气形成的，并依靠风机不断供给气流补偿气垫周
围的气量泄漏损失而维持底部的气压。

气垫支承有两种形式，如下图所示
（1）增压室气垫。

在底部形成有较大空间的增压室，不断供气维持气压，靠泄漏气流惯性力来维持压力差，这种类型的气垫可以在地面以及海上使用。

（2）周边射流型气垫。

在气垫四周喷射高压空气流，来维持气垫的压力，亦是依靠气流的惯性力来平衡压力差。

这种类型要求射流压力P j大于气垫压力P c.这种类型的气垫也可以在海上和陆地上使用。

增压室气垫原理
由于增压室气垫的气垫压力P c与外界大气压P a的差值，造成了气垫四周间隙不断泄漏气流，需要依靠风机不断供气维持气垫压力。

由于是直接泄漏，因而泄漏量比较大，要求风机的流量较大，但风机压头不高，且整个气流通道构造较为简单。

为了减小泄漏，要求气垫与海（地）面有较小的间隙，即较小的飞高，但是随着飞高的减小，艇的越障能力会降低，在波浪中附加阻力会增大。

局部射流气垫原理
局部射流型气垫靠射流维持气垫压力，其泄漏量比同样飞高下的增压室气垫要小，相应的对风机流量的要求就小，但要求风机的压头较大，其气流通道比增压室式要复杂，损耗同样也更大。

10.4气垫船的航海性能
1.气垫船的操纵性
全垫升式气垫船在垫态航行时，整个艇体包括舵全部处于水面上的气流之中，故舵效不高。

与一般船相比，气垫船的侧向阻尼小，容易在侧向外力作用下产生侧漂，其空气舵效又不如水舵高，另外加速度也比一般船要高，惯性大，所以操纵性比普通排水型船舶差，表现为保持航向较困难，回转直径大。

2. 气垫船的航向稳定性
全垫升式气垫船的航向稳定性主要是在侧风作用下产生严重的侧漂，当我们采用空气垂直舵来阻止侧漂时，其基本原理图如下
当有侧风时（由图中左舷吹来），由于艇体侧面积中心通常在重心之后，使艇在侧风作用下产生向风回转（图中为向左回转）同时顺风向侧漂（向右舷）。

此时打右舵阻止艇回转，由于舵力F SR的作用，在水平面内产生阻止回转力矩M RT。

同时由于舵位置较高，还产生横倾力矩M R0，在横倾力矩M R0的作用下艇向左舷倾斜，使右侧围裙触水，产生阻尼阻止侧漂。

右侧抬高，泄流量增加，形成与风向相反之泄流推力F ST,，起到了阻止侧漂的作用，艇就处于风力与舵力，泄流推力及围裙触水阻力的相互作用下。

一般这时侧漂并不能完全制止，但比不转舵时要明显减少。

4.气垫船的适航性
气垫船的适航性问题目前仍然是气垫船在海上航行受到限制的关键性问题，最为严重的问题包括以下三点
（1）波浪中的颠簸
当气垫船在波浪中航行时，除了直接受到波浪力的冲击作用以外，还由于波浪的起伏水面引起船的泄流量发生周期性变化，造成气垫压力相应的发生周期性变化。

同时，波浪的起伏也会引起气垫容积的变化，造成波浪泵气效应，使气垫压力发生变化。

当船在短而陡的波浪下航行时，会造成气垫船的剧烈颠簸，这种波浪上的颠簸往往会让人难以忍受。

（2）波浪中的严重失速
当气垫船在波浪中航行时，波浪引起的水阻力增加相对于艇的静水阻力很大，造成了气垫船在波浪中的失速十分严重，几乎比其他任何类型的船都要突出。

（3）风浪中的埋首
在气垫船发展的初期，航行中突然出现埋首引起翻船的现象屡屡发生，尤其在顺风情况下更为严重。

后来经过各方面努力，包括对首部围裙的改进和对操艇人员的训练，这种
情况逐步得到了改善，现在因为埋首而造成的翻船现象已很少了。

改善适航性的措施
1.合理选择气垫船的各特征参数，包括
（1）适当增加气垫深度；增加气垫深度使气垫容积增加，可以使波浪引起的气垫容积变化相对减小，从而削弱波浪的扰动作用，可以对适航性作出改善。

（2）适当减小气垫压力；可以削弱波浪的扰动作用，改善艇的适航性。

（3）增大气垫长宽比；关键在于要增加气垫长度，使波长与气垫长度比比值下降，可以减小气垫船在波浪中的纵摇影响和垂向加速度。

2.采用自动控制调节系统
为减小气垫船在波浪中的响应，可以采用自控系统调节气垫压力，目前采用的方法有两种。

（1）排气控制；即通过气垫排气来控制气垫压力，如美国的侧壁式气垫船SES-100A 上就安装了这样的系统，通过垂向加速度传感器或压力传感器来控制甲板上的排气阀，使当艇的垂向加速度大到某一数值后，自动开启排气阀，这种排气控制的使用，使艇垂向加速度明显减小。

下图为美国的SES-100A艇在加装排气控制装置后在三级浪中垂向加速度变化情况
（2）对飞升风机的控制
由于排气控制消耗能量太大，很不经济，故设法通过控制风机的进气量来控制气垫压，控制风机的进气量有两种方法，一种为控制风机进口的可转动导流片；另一种为采用可调距螺旋桨叶片的风机，通过对压力传感器或加速度传感器输入的信号加以放大，进而操纵导流片或风机叶片的转动。

3改进围裙设计
围裙的形式与尺寸对于气垫船的适航性有决定性的影响，因而采用合适的围裙能明显改善艇的适航性。

目前在气垫船适航性问题上有所突破的低囊压比响应围裙，通过围裙参数的合理设计，使围裙在波浪中产生垂向变形，从而起到了调节飞高而调节气垫压的作用，这种能够随波起伏的围裙不仅可以大大降低艇的垂向加速度和减小艇的纵摇及垂荡幅值，而且也使波浪中的失速情况明显改善，因此得到了各国的普遍重视。