高性能船在反水雷行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用

漆萬鵬，王 盟，艾艷輝

（1.海軍駐武漢地區(qū)軍事代表局，湖北 武漢 430000；2.中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

為應(yīng)對未來日趨復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，獵雷裝備對其搭載的拖曳平臺穩(wěn)定性要求越來越高，目前眾多獵雷裝備的搭載及拖曳平臺均是水面艦艇，水面艦艇的快速性、耐波性等性能將會對搭載或拖曳的獵雷裝備性能產(chǎn)生直接影響。為滿足反水雷作業(yè)的特殊要求，反水雷艦艇必須具備高效、穩(wěn)定、安全、負載強等一系列特性；而高性能船通常具備突出的高速性能、優(yōu)良的耐波性能、良好的安全性和較強的載運力[1]。不難看出，反水雷艦艇需具備的特性與高性能船的特點緊密契合。

高性能船按設(shè)計概念可分為4類[2]：一是動力增升船型設(shè)計概念，通過借助某種流體動力（水動力或氣動力），使船體吃水減小，甚至抬至水面滑行，或貼近水面飛行，從而達到減小阻力和提高耐波性的目的；二是雙體和多體船型設(shè)計概念，通過提升片體的長寬比，以及多體之間的興波有利干擾，大幅減小船體的阻力；三是半潛船型設(shè)計概念，通過使船體部分或絕大部分排水體積移向水面以下，從而減小興波阻力和波濤阻力；四是復(fù)合船型設(shè)計概念，通過上述三類基本船型設(shè)計概念的有效組合，從多種途徑來考慮減小船體阻力。在反水雷行業(yè)中，前三類高性能船均有所應(yīng)用。

1 國外高性能船在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用

1.1 動力增升船型在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用

在動力增升船型中，滑行艇（尤其是半滑行艇）在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，如法國的檢查者“MKⅡ”、英國的“C-Sweep”、美國的“斯巴達偵察兵”及“UISS”等。

法國的“檢查者”MKⅡ型無人水面艇（圖1）不僅可以掃雷，而且也可從事獵雷作戰(zhàn)。根據(jù) ECA機器人公司在2008年公開的數(shù)據(jù)，檢查者MKⅡ采用鋁合金剛性殼體，外形尺寸為8 400 mm×2 950 mm（運輸時為2 550 mm），吃水0.5 m，排水量高達4 700 kg（含有效載荷1 000 kg），推進裝置為2臺由柴油機驅(qū)動的噴水推進器（功率170～215 kW），航速0～25 kn，續(xù)航力6 kn時為20 h，操縱模式可采用全自動、遙控或手動，能夠適應(yīng)5級海況。

2012年 2月英國的泰利斯公司與自主水面艇公司，聯(lián)合研制一型主要用于反水雷任務(wù)的無人水面艇，該型艇基于自主水面艇公司現(xiàn)有的C-Sweep USV（圖2），該型水面艇長度為11.5 m，寬3.6 m，最高航速超過25 kn，主要用于未來的舷外反水雷作戰(zhàn)。

圖2 C-Sweep無人水面艇Fig.2 “C-Sweep” USV

諾斯羅普和雷神公司于 2002年聯(lián)合研發(fā)的“斯巴達偵察兵”（spartan Scout）USV（圖3）可以裝備不同的使命模塊和武器系統(tǒng)，如兵力保護模塊、精密設(shè)備模塊、反潛戰(zhàn)模塊、水雷戰(zhàn)模塊。該水面艇（7 m型）的最大有效載荷為2 267 kg，可根據(jù)不同的作戰(zhàn)需求選用有效載荷。新型艇可由2臺Kamewa FF280噴水發(fā)動機和2臺470馬力的Caterpillar3126B發(fā)動機推進，裝備集成維克多公司的Stick IIC控制系統(tǒng)，帶有遙控接口。可作為模塊化、可重組的、多使命高速半自主無人水面艇使用。

圖3 “斯巴達偵察兵”水面無人艇Fig.3 “Spartan Scout” USV

無人非接觸掃雷系統(tǒng)（UISS）如圖 4，是在US3無人水面掃雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上專為瀕海戰(zhàn)斗艦提供的半自主掃雷裝置，可在瀕海水域?qū)Ω端淄{。UISS的艇體建造材料為鋁材，長40英尺，寬11.2英尺，高10.2英尺（弓形支架收起后），滿載總重 22 600磅，動力為 2臺 540馬力 Cummins QSC8.3L發(fā)動機，續(xù)航力5.5 h，4千磅燃油，最大拖力2 500磅，2級海況下25 kn速度。

圖4 無人非接觸掃雷系統(tǒng)Fig.4 Unmanned non-contact minesweeping system

滑行艇之所以在反水雷行業(yè)中應(yīng)用廣泛，是因為其航速高，拖曳能力強，結(jié)構(gòu)較其他類型反水雷無人艇更為簡單，能夠較方便地搭載在母船上，但滑行艇自身的海況適應(yīng)性相較雙體（多體）船型和半潛船型更弱，高海況作業(yè)能力較為不足。

1.2 雙體船型在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用

雙體船型在反水雷行業(yè)中也有著較多的應(yīng)用，國外典型船型包括法國“黑星”（圖 5）和瑞典“SAM3”（圖6）等。

“黑星”是一種新型雙體無人水面艇，長17 m，寬7.5 m，排水量25 t，由Breton Pech’Alu國際公司建造，主要用途是執(zhí)行自主獵雷使命，于2010年下水，可攜帶拖曳聲吶和自主水下航行器探測水雷和滅雷，也可以回收 AUV，通過獨特的拖曳捕捉裝置進行充電和上傳數(shù)據(jù)[3]。

SAM3遙控掃雷系統(tǒng)是由瑞典的考庫姆公司研制的新一代無人水面艇，SAM3長度為14.4 m，寬度6.7 m，吃水1.2 m，排水量14 t，續(xù)航力5 kn時為400 n mile，掃雷持續(xù)時間可高達 80 h，最高航速12 kn，配備2臺140 kW柴油機，其可靈活生成物理場信號、具備多種作業(yè)模式、擁有極強的抗沖擊能力。

圖5 “黑星”無人水面艇Fig.5 “Black Star” USV

圖6 “SAM3”無人水面艇Fig.6 “SAM3” USV

雙體（多體）結(jié)構(gòu)的高性能船通過合理的設(shè)計能夠有效降低船體的橫、縱搖幅度，為安裝在艇體上的反水雷設(shè)備提供穩(wěn)定的工作平臺。同時雙體船如采用中空的桁架式甲板，可使水下爆炸形成的噴水柱輕易地穿過艇體，能有效地避免傾覆的危險。雖然雙體結(jié)構(gòu)的高性能船穩(wěn)性更好，但是其難以隨艦搭載，其作用范圍大多還是集中在近海海域。

1.3 半潛水體船型在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用

半潛式反水雷無人艇的研發(fā)主要以加拿大、美國及法國為主，如加拿大的海豚 MKⅡ半潛式 USV（圖 7）、美國的RMS半潛式遙控獵雷系統(tǒng)及法國的海上守衛(wèi)者（圖8）。

海豚 MKⅡ半潛式 USV最初是為加拿大水文服務(wù)局研制的。1985年加拿大向美海軍提供了 2臺裝備海軍有效載荷的海豚 MKⅡ半潛式 USV，1988年美海軍又訂購了 2臺海豚 MKⅡ半潛式USV作為遙控獵雷航行器。

圖7 海豚MKⅡ半潛式USVFig.7 “Dolphin” MK Ⅱ Semi-submarine USV

“海上守衛(wèi)者”基于加拿大設(shè)計的“劍魚座”半潛式無人水面艇，由DCNS公司改裝。半潛航行器全長8.3 m，直徑2.5 m，質(zhì)量6 700 kg，航行器由柴油機推進，柴油機的吸氣和排氣孔以及通信天線伸出水面，半潛航行器的最大遙控距離為10 km，它可以12 kn的航速航行400 n mile，續(xù)航時間與拖曳的拖體深度和速度有關(guān)，大致在16～74 h之間，加裝多波束側(cè)掃聲吶的拖體可在 6～200 m水深進行搜索，聲吶的最大探測距離約為150 m。

圖8 “海上守衛(wèi)者”半潛式無人艇Fig.8 “Marine Guardian” Semi-submarine USV

半潛式艇體由于絕大部分艇體在水面以下，故在高海況和惡劣天氣條件下，艇體受風(fēng)浪的影響更小[4]，同時半潛式艇體上的翼板及舵板能夠有效調(diào)整艇體航行姿態(tài)；能夠使艇體保持比其他水面艇更穩(wěn)定的姿態(tài)，因此半潛式艇體極適合隨艦搭載開展惡劣海況的作業(yè)。半潛式艇體技術(shù)復(fù)雜度和成本造價相對較高。

2 國內(nèi)高性能船在反水雷行業(yè)中的應(yīng)用

國內(nèi)反水雷行業(yè)中，高性能船的應(yīng)用主要包括用于高速拖曳的高速試驗艇以及具有高穩(wěn)定性的半潛式無人艇。高速試驗艇是研制的一型專門用于水中兵器高速試驗的半滑行艇，該船的滿載排水量：17.6 t、總長為12.5 m、型寬為3.3 m、吃水深度為0.7 m、最高航速31 kn、拖曳航速25 kn時拖曳力不小于20 kn，具有航速高、拖曳力大、專用性強、配套設(shè)備完善等特點，可滿足高速拖曳試驗需求。在半潛式無人艇方面國內(nèi)多家院所也開展了大量的研究和應(yīng)用，目前國內(nèi)院所研制的樣機已經(jīng)經(jīng)過了湖海試的驗證，各方面的性能指標與國外的同類型無人艇相當，但還均未投入實際的使用。

總體而言，國內(nèi)反水雷行業(yè)在高性能船的應(yīng)用方面較少，較國外有著較大的差距。

3 未來高性能船在反水雷行業(yè)的應(yīng)用方向

反水雷行業(yè)由于作業(yè)風(fēng)險極高，因此對于作業(yè)平臺的無人化水平要求非常高，目前應(yīng)用到反水雷行業(yè)的主要作業(yè)平臺包括空中平臺、水面平臺以及水下平臺。在上述3種平臺中，水面平臺（水面高性能船）的控制精度、續(xù)航能力、搭載能力均較為出眾[5]，空中平臺（如搭載激光雷達進行探雷作業(yè)的無人機，搭載獵掃雷裝備的地效翼船）在實時通信、通信距離、執(zhí)行任務(wù)速度、作用區(qū)域范圍方面有著顯著優(yōu)勢，水下平臺在隱蔽性及平臺穩(wěn)定性方面效果拔群[6]。

圖9 反水雷無人平臺屬性特點Fig.9 Characteristics of MCM unmanned platform

隨著近年來高性能船在復(fù)合船型方面的發(fā)展，高性能船基本具備了跨介質(zhì)航行的能力，在未來，如能將高性能船融合潛水體船型及動力增升船型的設(shè)計概念，并應(yīng)用于反水雷行業(yè)，實現(xiàn)跨介質(zhì)作業(yè)，將有可能兼具空中平臺、水面平臺及水下平臺的各自優(yōu)點，形成新一代的反水雷作業(yè)平臺，如圖9所示。

考慮到目前反水雷設(shè)備的重量一般較大，主要搭載平臺還是以船為主，因此未來的反水雷平臺以水面航行為主要的工作狀態(tài)，具備水下及空中的航行能力將更為可行。需要快速部署時，利用空氣動力使船體抬升出水面；需要拖曳作業(yè)時，可在水面航行，開展大載荷拖曳；需要確定目標時，可潛水抵近目標進行偵察。這種跨介質(zhì)的航行器在其他領(lǐng)域已開展過相關(guān)研究，典型的如蘇聯(lián)的“飛行潛艇”LPL和美國的載人潛水飛行器。

圖10 “飛行潛艇”LPLFig.10 “Flying Submarine” LPL

圖11 載人潛水飛行器Fig.11 Manned submersible vehicle

蘇聯(lián)在1934年就設(shè)計了這種在水下、水面及水上均能工作的平臺，即“飛行潛艇”LPL（圖10），LPL有3臺1 200馬力的發(fā)動機，能以200 km的時速飛行，最大飛行高度2 500 m，水下靠蓄電池驅(qū)動螺旋槳電機航行，電機功率為10馬力，航速僅為2～3 kn，活動距離最多不過9～10 km[7]。

自1934年水空兩棲跨介質(zhì)平臺的設(shè)計概念被提出后，先后經(jīng)歷了LPL樣機、RFS-1樣機、Convair樣機和DARPA樣機等4個具有代表性的載人概念樣機。美國國防先期研究計劃局（DARPA）提出了一種特種部隊運輸?shù)臐撍w機研制計劃，旨在研發(fā)一種不僅能在空中飛行，還能在水面和水下航行的潛水飛機，專門用于突擊敵方海岸的特種作戰(zhàn)行動[8]。

4 結(jié)束語

綜上，高性能船的發(fā)展與反水雷行業(yè)的進步密不可分，隨著高性能船復(fù)合船型的進一步發(fā)展，在未來，高性能船的跨介質(zhì)應(yīng)用將會日趨成熟，兼具空中、水面及水下航行作業(yè)的優(yōu)勢，對反水雷行業(yè)的發(fā)展將會產(chǎn)生巨大的影響。