國外海軍新概念艦艇研究綜述

孟慶國，田正東

（中國人民解放軍海軍裝備部艦艇部水面戰斗艦艇處，北京 100192）

0 引言

2010年1月16 日，世界上第1艘使用非單體排水船型的水面主戰艦艇“獨立”號近海戰斗艦在美國阿拉巴馬州莫比爾市服役。該艦采用鋁合金三體船型和噴水推進器，排水量約3 000 t，吃水4.5 m，航速可超過45 kn，是一型快速、靈活的多功能艦艇。

海軍對艦船的航行性能、隱身性能、負載能力等要求不斷提高，而常規單體排水船型的發展潛力已很有限。近十幾年來，隨著科技的進步，采用新船型、新的船體材料、新型推進方式等新技術的各種新概念艦艇不斷涌現，成為海軍改善艦船總體性能、提高作戰效率的重要手段。美、英等發達國家一直致力于新概念艦艇研究，并取得豐碩成果。

1 新概念艦艇研究現狀

在新概念艦艇研究領域，美國是投入最多、研究最積極、技術水平最高、成果也最多的國家，引領世界新概念艦艇發展。英、法兩國艦船科技工業較發達，在新概念艦艇研究上也有所建樹。其他國家的研究成果則較為零散。綜合各國新概念艦艇的技術特征，可分為以下幾類。

1．1 應用新技術改進單體船

單體船是人類使用最為悠久的船型，歷經千年發展，已非常成熟。近十幾年的研究工作主要是植入一些新的船型特征及新技術成果。

美國正在建造的DDG 1000驅逐艦摒棄當前主戰艦艇流行的干舷外飄設計，采用革命性的干舷內傾型船型，配合簡潔的集成上層建筑，極大地改善了艦艇的雷達波隱身性能，其雷達波反射信號特征僅為DDG 51驅逐艦的1/64。

圖1 DDG 1000驅逐艦想像圖Fig.1The artist rendering of the zumwalt class destroyer DDG 1000

美國海軍“自由”號近海戰斗艦采用“海刃”半滑行單體船型。該船型是單體排水船型和滑行單體船型的組合，首部吃水稍深，尾部漸平，高速時可獲得一定的動升力，結合噴水推進器，使艦艇擁有較好的高速性與機動性。據報道，該艦最高航速47 kn，從靜止狀態加速到45 kn的時間少于2 min;30 kn航速下能在3個船長距離內停止運動;全速航行時可在7個船長距離內做360°回轉。

圖2 “自由”號Fig.2USS Freedom（LCS 1）

通用動力公司為近海戰斗艦開發的反潛無人艇采用了空壓隧道式單體船型（ETM）。該船型中央主船體類似深V船型，到船尾逐漸變得扁平;從船中開始，主船體被兩側片體包圍，形成空氣壓縮隧道。高速航行時，隧道內的壓縮空氣可以提供部分升力?？諌核淼朗絾误w船型具有良好的高速性、適航性和有效負載能力。反潛無人艇采用鋁合金船體，負載能力達2 268 kg，航速超過35 kn;推進效率高，高速下可連續自持24 h以上。

圖3 反潛無人艇想像圖Fig.3The artist rendering of anti-submarine USV

瑞典的“維斯比”號輕護艦是世界上第1艘全隱身水面作戰艦艇。該艦的上層建筑與干舷渾然一體，艦載導彈、反潛武器及反水雷設備安裝在上甲板以下，發射口有遮蓋裝置;甲板上只有艦炮、光電指揮儀等少數外露設施，且在外形上做了隱身處理;艦體采用夾層結構纖維增強塑料建造，磁信號特征低且具有隔熱功能;采用噴水推進器和水線排氣技術。以上措施使“維斯比”號在雷達波隱身、紅外隱身、聲隱身、磁隱身等方面都具備了相當高的水準。

此外，荷蘭達門公司開發了“斧刃”船首單體船，主要特征是船首高聳直立，橫截面呈窄V型，可減少船首砰擊，減小縱搖加速度，適航性更好。法國DCNS公司在2010年歐洲海軍展上推出Advansea全電力艦，該單體艦采用內收穿浪船首、綜合電力系統、集成上層建筑并應用復合材料，以減小航行阻力，降低雷達波和紅外信號特征。

1．2 多體船及其復合船型是當前開發重點

多體船也已有較長研究歷史，并在民船上得到較廣泛的應用，尤其是小水線面雙體船。近十幾年，各國逐漸將多體船型引入作戰艦艇，并探索將多體船型與其他船型特征組合，形成復合船型。當前研究較多的是雙體船、三體船和五體船。

1）雙體船

奧斯塔美國公司正在為美國海陸軍建造的聯合高速船采用半小水線面雙體船型。該船型既克服了小水線面雙體船沒有自穩性、需要借助自動控制系統才能實現縱/橫傾穩定的弱點，又具有較小的航行阻力。聯合高速船空載航速達43 kn，最大載重635 t時航速達35 kn。

圖7 聯合高速船Fig.7Joint high speed vessel（JHSV）

為克服小水線面雙體船型濕表面積大，航速慢的缺點，美國洛·馬公司開發了SLICE船型。該船型水下部分為4個單獨的水下吊艙，為整艘船提供所需浮力;推進螺旋槳安裝在前2個吊艙上。SLICE船型既保持了小水線面雙體船型良好的適航性，又提高了航速。洛·馬公司建造的長度為32 m的SLICE試驗船的耐波性相當于長106.7 m的常規單體船，航速達30 kn。

圖8 洛·馬公司SLICE試驗船Fig.8SLICE test ship of Lockheed Martin

德國IMMA公司開發了局部氣墊支撐的雙體船（PACSCAT），在雙體船底安裝升力風扇，向2個邊體之間的空腔注入空氣，首尾采取密封措施，從而在空腔形成氣墊，減少船舶吃水和航行阻力。英國國防部在2007年授權奎奈蒂克公司建造PACSCAT試驗艇，希望將其用于下一代兩棲運輸平臺。挪威已經服役的“盾牌星座”級導彈快艇也采用了類似的技術。

2）三體船與五體船

“獨立”號近海戰斗艦的服役標志著三體船型在大中型作戰艦艇領域走向實用，而世界上第1艘排水量過千噸的鋼制三體船則是英國VT集團在2000年建造的“海神”號試驗艦。英國和美國海軍在“海神”號上進行了一系列船體結構、航行性能、作戰性能試驗，驗證了三體船型用于護衛艦的技術可行性。

此外，還有許多科研機構和公司正在探索改進型三體船。英國倫敦大學提出了小水線面中體三體船型，即將三體船中體由大水線面改為小水線面，以提高耐波性和橫穩性。根據一系列海況測算結果，其垂蕩和縱搖比普通三體船減少50%，具有在惡劣海況下不失速的優良性能，是非常穩定的武器搭載平臺?？蔚倏斯鹃_發了小水線面三體船型，即將三體船的3個船體改為等長的3個小水線面船體。這種船型穩性非常好，具備用作海上移動基地的潛力。法國DCNS公司將三體船型與干舷內傾結合起來，在2006年推出了“劍艦”概念艦，比DDG 1000驅逐艦具備更好的橫傾穩定性，可在5～6級海況下起降直升機。

圖11 “劍艦”想像圖Fig.11The artist rendering of Sword ship

五體船型由英國著名船舶設計師Nigel Gee提出，可看作三體船的變體，即將三體船的2個邊體在縱向上截斷為4個邊體。五體船比三體船具有更小的高速阻力和更高的破艙穩性，目前主要由英國BMT公司開發，提出了五體護衛艦和五體海運船概念。挪威船舶設計研究所（Marintek）也對五體船模型進行過水池試驗。

1．3 美、法推進變體船型研究

變體船型指可通過船體結構的自動調整，在不同船型間實現轉換的一類新船型，其主要優勢在于可在不同水域采用不同船型，保持較高的作業效率，或獲得特定的航行性能。變體船型的典型例子是美國的E-Craft，T-Craft，CHARC，法國的L-Cat系列。

E-Craft源于洛·馬公司開發的“變體艇”概念，采用中央主船體可升降的雙體船技術，使艇型在雙體船、小水線面雙體船、單體船之間變化，以適應一般海況、高海況、淺水作業的不同需求。美國正在建造ECraft技術演示艇“蘇西特納”號。

美國海軍正在研發的T-Craft也將通過船型轉換，實現3種運行模式:長距離開闊海域航行模式，具有節省燃料、耐波性好的特點，用于從己方基地向海上基地運送物資;一種淺吃水高速航行模式，用于從海上基地向海岸快速運送物資;以及一種可抵灘兩棲模式，能像氣墊登陸艇一樣實施干式登陸。該項目已進入第2階段，合同授予安良公司、烏莫·曼達爾（美國）公司和達信公司，進行方案詳細設計和模型制作。

2004年，洛·馬公司提出“隱身高速攻擊與偵察艇”（CHARC）概念。這種新概念艦艇以小水線面雙體船為基礎，并結合現代攻擊直升機的設計技術和布局;船體構型可通過調整壓載以及主船體與潛體的連接體發生變化，實現5種工作模式。

法國地中海建造工業公司（CNIM）采用與ECraft類似的中央船體升降技術開發了L-Cat登陸艇，船型在雙體船、單體船之間變換，吃水隨之變化，以滿足從大型兩棲運輸艦向岸上轉運物資和人員的需求。CNIM公司已經完成樣艇海試。

1．4 其他新概念艦艇

除上述研究成果，各國還開發了其他新概念艦艇，典型代表是美國的M船型和應用抬升體的艦艇。

美國海軍試驗艇“短劍”號采用了雙M船型。M船型由M船舶公司開發，包括中央主船體和兩側圍壁3部分，主船體與側體之間為空氣通道。與三體船不同，側體除了提供部分浮力，還起到密封作用。高速航行時，通道中流動的空氣可產生升力，將船體抬升，減少艦艇尾跡，實現快速平穩航行。船體采用碳纖維復合材料建造，外形經過優化，艦艇的雷達波、紅外和磁信號特征很低。

水下抬升體技術主要由美國諾瓦泰克公司開發。抬升體是1種船舶水下附體，借助特定的形狀和安裝角度，在艦船高速航行時產生動升力，抬升船體，減少濕表面積，即所謂“變浸深”，達到提高艦船適航性、航速、燃油效率和負載能力的效果。2004年7月，美國海軍利用小水線面雙體船“海行者”號演示了抬升體技術。

2 推進新概念艦艇研究的主要措施

2．1 政府機構引導和資助

新概念艦艇的研究屬于前沿技術探索，見效較慢，尤其是一些新穎船型的開發，可能長期得不到回報，甚至可能廢棄。因此一般公司不會冒風險主動投資新概念艦艇的研發，該領域的發展狀態很大程度上決定于政府機構的引導和資助。

美國政府機構（以海軍研究署為主）對新概念艦艇技術的研究支持力度較大，明顯強于其他國家，其新概念艦艇技術水平領先世界，研究成果豐富。前文所述美國各項目中，除洛·馬公司的CHARC變形艇外，都已得到美國政府的資助。美國采取的一般方式是由軍方提出技術性能需求，引導公司積極參與，提出新概念艦艇方案，軍方提供財政支持，資助公司開展持續研究。近海戰斗艦、聯合高速船、T-Craft采用的都是這種方式。以聯合高速船為例，美國海陸軍聯合發出征求建議書，根據工業部門的反饋，授予奧斯塔美國公司、柏林格船廠和通用動力公司巴斯鋼鐵廠領導的三支團隊第1階段初步設計合同，分別設計半小水線面雙體船型、穿浪雙體船型和單體船型;而后選定奧斯塔美國公司，授予第2階段合同，繼續開發半小水線面雙體船型聯合高速船。

英國政府也對新概念艦艇研究提供了一定支持，如曾支持建造和試驗“海神”號三體艦，正在投資PACSCAT登陸艇項目。但近些年英國政府財政緊張，對新概念艦艇研究的支持力度也有所下降。

2．2 公司以市場為導向，自主推動

國外也有一些公司看到新概念艦艇的遠期市場前景，自籌資金開展研究。這些公司主要包括2類:一類是專門的新概念艦艇開發商，如專門從事多體船開發的奧斯塔公司、國際雙體船公司（Incat）、BMT下屬Nigel Gee公司等。這些公司的主營業務是民船，在此基礎上向軍用擴展。另一類是規模較大、研發資金較充裕的大型防務公司，如法國DCNS公司、美國洛·馬公司、英國奎奈蒂克公司等。尤其是DCNS公司，瞄準中小型軍用艦船的巨大市場，連續推出“劍艦”三體/干舷內傾復合船型護衛艦、ECOSHIP環保型軍事海運船、干舷內傾版FM 400型“追風”級輕護艦、Advansea全電力護衛艦等新概念艦艇。此外，法國的L-Cat變體船型登陸艇雖已經過海試，但仍由地中海建造工業公司自主研發，并未得到法國官方的資助。

2．3 民用成熟技術向軍用轉化

在預算資金有限的情況下，為了減少研發成本，降低研發風險，將民用成熟技術向軍用轉化已成為發展新概念艦艇的重要方法。

M船型是美國圣迭戈M船舶公司的專利船型，原用于專在威尼斯水道上航行的“水上的士”，以減少高速航行產生的波浪對威尼斯水上建筑的侵蝕破壞。美國海軍認識到其的軍用潛力，建造了雙M船型“短劍”號試驗艇，已用于海上緝毒等任務。聯合高速船是美國海陸軍在租借試用澳大利亞2家公司多艘民用渡船后，基于奧斯塔公司的“西太平洋快車”號發展的。而“獨立”號近海戰斗艦則借鑒了奧斯塔公司“奔馳快車”號三體渡船的船型技術。

3 結語

1）持續投入，夯實技術積累

新概念艦艇研究是一項前沿技術探索，需要耗費較多人力物力，研制周期較長，需以大量的試驗和數據分析為基礎。但新概念艦艇擁有廣闊的應用前景，尤其在輔船、小型作戰艦艇、登陸艇方面，因此不能因為見效慢而放棄發展。這就需要政府機構具有長遠眼光，有針對性地對該領域進行持續投資和引導，做好技術積累，厚積薄發，避免出現國外實現重大突破時，才匆忙上馬，突擊研仿的情況，既不能保證產品質量，也無法實現持續發展。

2）實現軍民技術良性互動

技術在軍品中的應用常常囿于規模小和要求高，難以實現高投資收益。如果能將技術首先引入民用，則可獲得較多收益，支持技術不斷進步和盡快實現軍用。同時，將民用成熟技術引入軍品，也可減少研發投資和風險。

因此，軍民技術的良性互動是國防科技持續發展的良策，這對新概念艦艇技術的發展具有重要指導意義。某些新概念艦艇暫時無法實現軍用，或得不到軍方支持，則可以先投向民船市場，從低端做起，逐步改進和完善，吸引軍方注意力，待技術成熟后，向軍品轉化。多體船型、SLICE船型、“斧刃”船首等走的都是這一路線。此外，軍方也應積極觀察，針對有軍用潛力的新概念艦艇開展試驗分析，引導其向軍用轉化，如美國海軍建造“短劍”號試驗艇對M船型進行試驗。

3）集中力量，重點突破

科技全面進步是各國的追求，但需要大量資金。對于經費有限的國家，選準方向，集中力量，重點突破，也不失為發展新概念艦艇的1種途徑。如瑞典、挪威，雖然整體艦船技術水平并非世界一流，但基于本國近海作戰需求重點開發的“維斯比”級輕護艦和“盾牌星座”級導彈快艇具有鮮明的技術特色，引起各國關注。

［1］PELTZER T J．Recent developments in lifting body ships and small，high-speed hull forms［A］．Proceedings of ASNE High Speed High Performance Ships and Craft Symposium，2007．

［2］GELLING J L．The Axe Bow:The Shape of Ships to Come［A］．19th international HISWA symposium on yacht design and yacht construction．

［3］ONR．Innovative Naval Prototype（INP）Transformable Craft （T-Craft）［EB/OL］．http:∥www．onr．navy．mil，2008－8．

［4］Tyonek Ferry ServiceBriefing［Z］．Matanuska-Susitna Borough．2008，6．

［5］DCNS．Strength at sea［EB/OL］．http:∥www．dcnsgroup．com，2010－10．

［6］劉淮．國外多體艦艇發展現狀［J］．船舶工業技術經濟信息，2004，1（255）:34－41．

［7］李想．幾型創新的兩棲艦船［J］．現代軍事，2008，（2）: 33－36．