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军舰船型的革命路在何方?(上)

2015-08-20 16:51  来源: 科普中国

    极端恶劣的海况下,即便是排水量达到几千吨的大型军舰都航行困难,舰艇的武器在这种情况下是无法发射的,换句话说,舰艇此时如同是解除武装的士兵。然而在不远的将来,这种状况可能发生巨大改观,而这种改观将引起未来海战场一场绝对风暴,这场风暴的主角就是各型先进船型。虽然自船舶诞生以来,常规的单体船型就一直稳坐头把交椅,但在众多先进船型诞生后,单体船在航海领域的垄断地位很可能要被打破。

    高速航行时,舰艇面临的主要阻力是兴波阻力,顾名思义,兴波就是船航行激起的波浪,笼统地说,船跑得越快,激起的波浪越大,而船遇到的阻力也就越大。对单体船而言,当船的航速提高时,兴波阻力则在以更快的速度增长,到达一定速度后(40节上下),通常的措施,比如优化船型或增加推力等等已经无法对抗阻力的增加,这时我们必须在不同的航行原理上动动脑筋了。

    对单体船而言,减摇鳍、舭龙骨等措施虽然可以在一定程度上改善耐波性,但提高稳性根本的途径还是把船做大,很明显,船越大越稳当,如果是百把吨的小艇,那真是无浪也得晃三晃,抱歉,单体船实在爱莫能助了。

    此路不通,只能另寻别路了。作为寻找新船型的先声,德国人在二战期间就已经展开了水翼艇的军用化研究,然而直到上世纪60年代,大功率高速柴油机尤其是燃气轮机等技术得到发展后,水翼艇才真正达到实用化,并大量用于军事目的,比如快速攻击艇等。60年代步入成熟的还有气垫船技术,采用此技术的海军舰艇多为登陆艇和反水雷舰艇。

    这两种技术对舰艇航速的提高是非常明显的,2种技术的路数都是尽可能把船体抬离水面,以减少水的阻力,从而达到提高航速的目的,水翼艇和气垫船把船的速度推上了100节层次。通观这2种船型,它们都运用了其他航行原理,而且都在某方面都达到了极致,然而却难以在各项性能间达到和谐,更致命的是它们都没法做大,都属于偏科的艺术。真正可以担负船型革命的应该是一种新技术,它可以有效提高舰艇的航行性能,比如航速、稳性等等,但不会走极端。同时它又可以充分利用现有的船舶设计和建造知识,也就是说它最好本分地浮在水里,而不是想要脱离水。

     80年代后逐渐成熟的小水线面船型和进入新世纪后的复合船型技术正是最具革命性的船型,接下来,就让我们来了解一下其中几个典型:小水线面双体船、双体穿浪船型、三体船型和M船型,这是几种极具发展前途的新船型。

    小水线面双体船概念提出于上世纪70年代,它最突出的特点是耐波性特别优越。一艘典型的小水线面双体船是由三部分组成的,它包括:水下体,一般是2个平行的鱼雷状船体,正常航行时它是完全浸入水中的,水下体提供了小水线面船的大部分浮力。上体,高出水面的平台,外形像个矩形箱体,功能上类似一般船舶的舰桥,可以用来布置各种武器,传感器等电子设备。支柱,支柱是连接上体和水下体的部分,它厚度薄、截面为流线型。支柱的横截面积相加就是小水线面船的水线面,它仅相当于相应排水量常规舰艇水线面的1/4,小水线面一词也因此而来。小水线面船主排水量体没入水下,受波浪运动影响小,而且细薄的支柱大大降低了水线面,因此所受波浪扰动力也很小,水下2个圆筒可以在船摇荡时产生很大的阻尼力。这3个特点使它具备了极佳的耐波性能。试验表明,恶劣海况下,当一艘2000吨级的普通舰艇上至船长下到水兵,全部已经晕得七荤八素时,一艘同吨位的SWATH则仅有不到1/10的人有晕船症状。

    上世纪70年代末,美国海军曾进行过一系列试验来验证小水线面双体船的性能。试验的结果令人吃惊,在海浪中,排水量200吨级SWATH摇摆情况居然与3000吨级的巡逻舰差不多,横摇情况比后者更轻,纵摇也要好于后者!对于在小型舰艇上艰苦作业的水兵而言,这绝对是福音!北约组织对高性能船的长期规划探讨认为要建造24000吨左右的SWATH航母是完全可行的,有人也许要说24000吨好像也才是轻型航母的级别嘛,不过要记得这是SWATH,它的耐波性与世界上最大的常规航母持平,而它的载机数和甲板面积则要大于普通吨位常规航母,对发展中国家海军而言,这无疑是非常有价值的。 SWATH的快速性也比较出色,SWATH船水线面很小,因此兴波阻力也远小于普通船型,而且由于有水下体的存在,推进轴和螺旋桨都可以以比较理想的形式布置,几个因素加起来,就使SWATH可以保持较高的航速,而且在恶劣海况下,仍然可以保持较高航速,不必像普通船型那样必须减速慢行。虽然SWATH存在吃水对载重量非常敏感的问题,必须有专门的自控系统和设备来调节,而且设计及建造均比常规单体船难度大,但瑕不掩瑜,SWATH船型已经大量应用于军事领域,不过我们需要注意,目前的军用SWATH主要是辅助舰艇。

    在本集中,我们一起认识了较普通船型平稳性和速度都有了极大提高的小水线面双体船。在下一集,我们将带您继续了解三种新型的军舰船型:穿浪双体船、三体船型和M船型,那么,这三种新型船型优势又在哪里?有什么令人惊叹的特性?请读者们继续关注《军舰船型的革命路在何方?》下集。

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