一種新型尾滑道式船載小艇收放系統

王虎虎 王志斌 高 珅

（中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011）

引 言

傳統船載小艇一般選用吊機、吊艇架等進行收放。這些收放裝置的缺點是收放作業速度慢、安全性較低且無法在較高海況下執行作業。為適應公務船對船載小艇快速響應及高海況下維權執法的需求，可采用尾滑道式收放系統。美國和歐盟等發達國家的護衛艦、巡邏艦和公務執法船已普遍采用尾滑道式小艇收放系統（以下簡稱滑道系統），作為一種技術發展趨勢，已為其他國家所效仿。

國內現有的滑道系統主要采用的是傳統的技術方案［1-2］，此方案最大的缺點就是在回收小艇時需要人力將絞車繩索系固在小艇上，然后依靠絞車將小艇從海面牽引至存放位置。

中國船舶及海洋工程設計研究院在跟蹤、消化、吸收和借鑒現有國外滑道系統的基礎上，自主形成我國新型尾滑道式小艇收放系統技術方案。該收放系統已在國內某600噸級海警船上安裝使用。

1 滑道系統的主要組成

新型滑道系統由尾門及其啟閉裝置、滑道、自動捕捉和掛鉤裝置、牽引裝置、綁扎固定設施、液壓系統以及電氣控制系統等組成，如圖1。

圖1 新型滑道系統的基本組成

尾門采用下開式型式，依靠液壓油缸進行啟閉，在最大開啟位置依靠連桿結構進行固定。滑道裝置包括導向桿、尾門滑道以及船體滑道，導向桿和尾門滑道均設置于母船體的尾門上，船體滑道設置于母船體斜坡上。自動捕捉和掛鉤裝置作為本系統的關鍵要素，在下文有詳細描述。牽引裝置設置于母船體中且位于尾滑道上方，同時，牽引裝置的底部設置有車輪，母船體上設置有牽引軌道，牽引軌道的布置方向和尾滑道的布置方向平行，車輪設置于牽引軌道中且沿牽引軌道的長度方向運動。綁扎固定設施設置于滑道兩側，通過收緊索具將小艇固定在原位。液壓系統包括液壓泵站和驅動油缸，液壓泵站設置于母船體的艙室內，驅動油缸沿牽引軌道的方向布置，同時，驅動油缸的一端固定于母船體上，另一端固定于牽引裝置的底部。

2 滑道系統收放小艇的簡要流程

在接到維權執法任務時，打開尾門，解開綁扎設施，利用牽引裝置將小艇向下牽引至釋放位置（約滑道斜坡長度的3/5，見圖1小艇所示位置），此時螺旋槳已入水，啟動小艇主機，艇員遙控解脫艇鉤，小艇依靠重力沿著滑道滑入水中，牽引裝置回到存放位置，關閉尾門。回收時，開啟尾門，將牽引裝置下放至回收位置，小艇以一定航速沖至牽引裝置處，捕捉裝置自動進行掛鉤，牽引裝置將小艇牽至存放位置，最后關閉尾門。

3 滑道系統設計關鍵要素

滑道系統釋放操作時，小艇幾乎都是依靠重力沿著滑道滑入水中，有了滑道的導向，小艇可以安全快速滑入水中，并脫離母船。所有的滑道系統都能夠在小艇安全航行的海況條件下釋放小艇。

回收時，小艇在中低航速下受到波浪影響，運動狀態較難控制，同時母船尾滑道在波浪中的運動響應異常復雜，因此回收操作的難度遠遠大于釋放。在設計回收海況范圍內，海況越高，回收成功率越低。滑道系統安全回收小艇的能力決定了整套系統的性能。

影響滑道系統安全回收小艇能力的主要技術要素包括［3-4］滑道涉水深度、滑道開口形狀、滑道坡度、滑道表面、滑道側向間隙、滑道頂部間隙、尾門配置、水管理系統、捕捉裝置、尾壓浪板/尾楔、收放操作和小艇性能等。

現將其中顯著影響本船滑道系統設計的關鍵要素即涉水深度、捕捉裝置和滑道型式及材料（包含滑道開口形狀、滑道坡度、滑道表面、滑道側向間隙和滑道頂部間隙等）做特別說明。

3.1 滑道涉水深度

滑道涉水深度是影響滑道系統可操作性的一個最重要因素。滑道涉水深度是指船尾斜坡式滑道的淹沒深度，它決定了小艇回收的有效時間。每一套滑道系統都有一個最佳涉水深度，取決于母船和小艇自身的性能以及必須回收小艇的海況。通常，在母船及小艇不變的情況下，隨著涉水深度增加，在更高海況下回收小艇的操作能力更強。大的涉水深度確保在滑道上有更多的水，從而提供更長的滑道淹沒時間。然而從總布置角度出發，考慮到滑道下方舵機艙及螺旋槳的布置，滑道末端往往不一定位于合適的低點，此時，可以考慮采用下開式尾門以形成船外延伸滑道。

當沒有波浪激勵時，尾滑道末端與水線面之間無相對運動，此時，尾滑道末端至水線面的垂向間距就是涉水深度a。尾滑道末端應有足夠的涉水深度，以保證在較高海況下尾滑道埋入水下的時間足夠小艇通過。

假設船舶在波浪中航行時，船舶尾滑道底部相對運動Y（t）服從圖2所示的運動規律，那么當Y（t）＞a時，尾滑道完全露出水面，露出水面的時間為τ+； 當Y（t）＜a時，尾滑道埋入水下，埋入水下的時間為τ-。

圖2 尾滑道底部相對運動

小艇沖上尾滑道至少需要5 kn（即2.6 m/s）以上的相對航速，小艇長度約為11 m，因此，小艇通過尾滑道的時間約為4.2 s。考慮到操艇人員的反應時間及小艇與母船的相對距離， 應至少應大于5 s才能保證小艇安全通過滑道底部。

為滿足回收小艇時滑道最外端的最低涉水深度要求，即涉水深度應大于小艇的設計吃水，本回收系統采用延伸斜坡式滑道，并在下開式尾門上設置滑道。

3.2 捕捉及掛鉤

按捕捉和掛鉤操作控制方式，可以分為人工捕捉和掛鉤以及自動捕捉和掛鉤兩種方式。人工捕捉和掛鉤可以通過小艇艇員作業或通過母船船員和小艇艇員聯合作業完成（參見圖3）。當小艇駛近尾滑道后，由甲板作業人員將牽引纜索掛上小艇艇首的牽引鉤，完成捕捉；當小艇被牽引至存放位置后，由液壓鉤將小艇鎖緊在存放位置。這種掛鉤方式的最大缺點是小艇需停留在滑道末端處等待人工掛鉤，如果海況惡劣，很難控制小艇的運動狀態，人工捕捉小艇困難。即使掛鉤成功，由于小艇仍處于水中，波浪載荷對小艇的影響極大，在大于一個波浪周期的回收時間內，存在小艇與母船發生撞擊的可能。

為克服這一缺陷，我所采用了新型的自動捕捉和掛鉤裝置。

圖3 人工捕捉和掛鉤過程示例

自動捕捉和掛鉤裝置由自動釋放艇鉤、緩沖裝置、復位彈簧、轉動板、掛鉤桿（“捕捉橫桿”）等組成，如圖4和圖5所示。除自動釋放艇鉤安裝在小艇上外，其余部件均安裝在牽引小車上。

圖4 自動捕捉和掛鉤裝置

圖5 自動捕捉和掛鉤裝置實物圖

回收小艇時，捕捉和掛鉤裝置被牽引至圖1所示的小艇位置，小艇以一定的航速沖上尾滑道后，自動釋放艇鉤撞向“捕捉橫桿”，在沖擊力的作用下，“捕捉橫桿”將自動釋放艇鉤的“頜”打開，與自動釋放艇鉤咬合并實現自鎖，完成捕捉。捕捉完成后，小艇由牽引裝置牽引至存放位置。采用此種上沖方式，小艇速度高、航向穩定性好、姿態容易控制，只要小艇大部分艇身駛上艦尾滑道，波浪載荷對小艇的影響將大為降低，母船捕捉小艇并進行掛鉤相對容易，且由于上沖時間短，回收過程中處于危險狀態的時間相對較短。

釋放小艇時，駕駛員在小艇內就位，拉動自動釋放艇鉤打開鎖緊裝置，自動釋放艇鉤和“捕捉橫桿”脫開，小艇靠重力快速自動下滑入水。

3.3 尾滑道型式和材料

斜坡式尾滑道可根據小艇與滑道接觸面的形式分為直線滑道、滾輪滑道以及輪胎滑道等多種形式。

直線滑道結構簡單、質量輕、占用空間小、布置方便、便于維護保養，由于是線接觸，其接觸應力小、承載能力大。

滾輪的滾動摩擦系數小，產生的摩擦力阻力小，收放過程中，轉動靈活的滾輪對小艇的阻力小，幾乎不磨損艇體，小艇容易牽引回收和重力下放。但是，滾輪滑道與小艇為點接觸，接觸應力較大，且滾輪數量多、結構復雜、質量重、占用空間大，維護保養困難。

輪胎型式的橡膠輪負荷大，小艇支承在輪系上，接觸較好，接觸面為滾動摩擦，阻力較小，不易磨損艇體，且橡膠輪的維護較其他方式便利。由于輪胎直徑較大，導致整個輪胎滑道的外形尺寸大，其裝船占用的空間比其他型式滑道大，整體適裝性差。

由于在回收時，小艇需以一定的航速沖上尾滑道，需要滑道有較強的承載能力；同時考慮到母船的總體布置情況（滿載僅600 t，且需布置雙滑道），因此本系統選擇接觸應力小且承載能力大的直線型滑道。

圖6為雙滑道布置圖，其兩套滑道系統對稱布置在船兩舷，每套滑道系統的主船體滑道由4條直線滑道組成，尾門滑道由兩條直線滑道組成。

圖6 雙滑道布置圖

主船體滑道和尾門滑道的橫剖面均呈“V”字型，與小艇的線型匹配用以支承小艇。滑道表面敷設由高分子材料制成的減磨板。如下頁圖7所示，尾門滑道下設有減振器，用以吸收小艇的沖擊能量（小艇接觸滑道時，對滑道的沖擊最大）；尾門滑道以及主船體滑道靠尾部的兩段能夠橫向偏轉一定角度，可在一定范圍內對小艇導向，扶正傾斜的小艇。

根據總體布置情況結合靜力計算［5］將滑道系統坡度約為11°，此時小艇僅依靠自重就可以被釋放。

小艇收放過程中，艇體會與滑道產生摩擦，如何選擇高強度、耐磨性、耐腐蝕性以及加工成型工藝性等綜合性能優異的滑道材料是直線滑道成敗的關鍵。經多方案比較后，決定采用意大利進口的Teflon作為滑道表面材料，其摩擦系數低、耐沖擊、耐磨、耐紫外線、耐海水、耐油、耐化學腐蝕以及耐海洋生物，加工、安裝和維護便利。經實船驗證后表明Teflon基本滿足使用需求。

圖7 滑道減振示意圖

4 結 語

作為一種新型尾滑道式船載小艇收放系統，除了兼顧國內其他形式的滑道收放系統的優點之外，其還具有以下特點：

（1）采用自動捕捉掛鉤的操作形式，無需人力掛鉤，降低了工作量，減少回收時間；

（2）采用上沖式滑道，避免回收小艇時在船尾的停留，大大提高了高海況回收時的安全性；

（3）收放系統結構緊湊、質量輕，特別適合小噸位母船應用。

該收放系統在600噸級海警船上的成功使用意味著其研究成果可以應用到國內其他公務船甚至軍船的研發上，具有良好的發展前景及應用價值。