淺談水面無人艇與載人工作艇收放技術的差異

摘 要：目前軍、民領域水面無人艇發展迅速，其收放技術是其能否大力推廣的關鍵技術之一。通過對比水面無人艇與有人駕駛工作艇收放方式的差異，可為水面無人艇收放技術發展提供思路。

關鍵詞：水面無人艇;收放裝置;無人艇收放技術

中圖分類號：U674.91

文獻標識碼：A

1 前言

隨著科技的進步，人工智能、云計算等計算機技術日新月異，智能化、無人化、信息化設備已成為未來發展的趨勢。海洋環境復雜，許多水域不適合人員前往，而水面無人艇可適應各種惡劣的環境，機動性高、成本低、無傷亡、適合大規模生產，已成為近年來水面裝備發展的熱點。

水面無人艇最初作為海上軍事力量，受到各國海軍的高度重視，得到了大力的發展和不斷的完善。隨著時代的發展，這一技術逐漸從軍用走向民用。無人艇開始向多元化發展，在近海巡邏、公務執法方面得到廣泛應用，還服務于城市市政、環衛、環保、水利、安全等各個部門，實現水面清潔、水上安防、水底測繪、水下搜索以及水環境監測等多種功能。

目前水面無人艇大部分為小型無人艇，受適航性和續航力能力限制，需要母船搭載到指定區域釋放后執行任務，因此水面無人艇收放技術是無人艇能否成功使用的關鍵。目前我國水面無人艇發展迅速，但收放技術剛剛起步，特別是在惡劣海況下，水面無人艇在回收時其航態具有不確定性，海上對中及捕捉難度較大。通過對比水面無人艇與有人駕駛工作艇的收放技術的差異，可為水面無人艇收放技術發展提供思路。

2 載人工作艇收放技術現狀

載人工作艇（下簡稱工作艇）的主要收放方式有：船用吊機收放和尾滑道收放。為使工作艇能夠實現在高海況下進行安全的收放，國內外開發出形式多樣的工作艇收放技術。

2.1 船用吊機收放方式

船用吊機收放方式是最常見的收放形式（見圖1）。主要是在船的甲板面上安裝起重設備，通過繩索單點或雙點與工作艇進行掛鉤系固，從而釋放或回收工作艇。這種收放方式操作簡單，但操作過程中需要多人協助，繩索直接與工作艇相連離開水面后容易受風浪的影響，因此該收放形式一般適用于較低海況。

為滿足高海況下進行工作艇的收放作業的需求，從上世紀80年代以來，國外對相應的收放技術及裝置開展研究，并投入了大量的人力和資金進行長期的實船測試，累積了大量的數據和經驗。

目前一些歐美國家在研發技術上達到了較高的水平，例如：意大利NEP公司采用波浪補償絞車控制的形式，開發出能應用于6級海況下救生艇收放的裝置;挪威Hydralift公司為滿足惡劣海況下海上作業的需要，研究出能夠嚴格控制水下載荷波動的自動波浪補償技術，現今已成為世界上配備自動波浪補償器的起重機和ROVS收放裝置的主要供應者[1]。

上世紀末以來，我國也開始對高海況下工作艇的收放技術進行研究。由于起步較晚，在關鍵技術上與國外先進技術相比還存在較大的差距。國內一些企業采用蓄能器和液壓油缸對波浪進行補償，該方式受到裝置結構的限制，可靠性相對較差，難以在高海況下保證人員的生命安全。

2.2 尾滑道收放方式

尾滑道收放方式，系指在母船尾部設置斜槽并配置相關設施，用于母船收放工作艇的收放方式。與船用吊機收放方式相比，具有操作方便、快速反應、安全可靠、適應海況較高等特點，因此受到各國海軍和執法部門的青睞。

2.2.1 國外研究狀況

尾滑道收放方式歐美國家研究歷史較長，技術相對成熟，常見的有如下幾種裝置：

（1）縱向斜槽沖排式收放裝置

這種收放裝置主要是在母船尾部斜槽內，設置與工作艇匹配的導向滾輪、縱向滑軌，并在尾部設置滑道跳板，引導工作艇從水面沖排至指定存放位置。該方式結構簡單，沖排過程中工作艇外殼有可能受到損壞，需要母艇上人員配合進行工作艇的掛鉤。

為了降低掛鉤難度，意大利、西班牙、荷蘭和美國等均在同類產品上增加了自動掛鉤裝置，以減少操作的難度。圖2所示為美國海岸警衛隊和西班牙海軍所使用的改進型縱向斜槽沖排式收放裝置：

（2）搭載式收放裝置

美國SOSI公司開發的NUWCLRS系統，采用先將工作艇放置在甲板上的浮動式滑板（類似船廠的移船小車）上，通過動力牽引浮動式滑道至指定位置的載體搭載式（見圖3）。該形式不需尾門參與滑道工作，在牽引過程中工作艇不需與滑道摩擦。該產品操作簡便、工作運行迅速、自動化程度高、工作可靠、安裝方便靈活、適裝性好，適用于高海況。

奧地利PALFINGGER公司，在母船尾部斜槽設置有帶齒條的滑軌和滑輪導軌、配帶滾輪和橡膠防護裝置的載艇架，載艇架上設有液壓馬達的驅動齒輪，前端配固定夾持和脫鎖的裝置（見圖4）。回收時，前端裝置對工作艇進行夾持，啟動驅動齒輪在帶齒條的滑軌運行，在牽引過程中工作艇存放在載艇架內一起回收到母船上。

2.2.2國內研究狀況

我國應用于實船的尾滑道收放方式，主要為縱向斜槽沖排式、搭載式兩種類型：

（1）縱向斜槽沖排式收放裝置

縱向斜槽沖排式收放裝置與國外的原理相似，主要是以尾門作為輔助滑道，在船體尾部設置收放鋼架，通過手動將工作艇和母船捕捉連接，再由滑道前方的絞車用鋼纜通過滾輪將工作艇拉到指定位置固定（見圖5）。整個釋放艇過程可在短時間內完成，安全、簡單、可靠，是目前國內應用最廣泛的收放方式之一。

（2）搭載式收放裝置

從2011年開始，中船605院及其全資子公司廣州市海榮實業公司開展了搭載式收放裝置研發工作，隨后開發了一型與常規收放形式不同的轉運式尾滑道收放系統（見圖6）。該裝置主要由三個可伸縮曲折的嵌套軌道架進行捕捉及收放工作艇，分別是主軌、副軌以及折頂架。

主軌通過兩側滾輪嵌套在母船滑道上，副軌首端與折頂架首端鉸接，通過兩側滾輪嵌套在主軌上;滑道中央縱向設主液壓缸，滑道首部設有鋼索牽引滑輪組、固定終端及支撐結構，牽引鋼索與主液壓缸端部及主、副軌首部連接，隨著主推缸的伸縮帶動鋼索移動而牽引主副軌沿母船滑道移動，實現平穩快速收放功效;副軌分成前后兩段通過鉸鏈連接，副軌入水后通過折頂架兩側的液壓缸，改變后段副軌角度至水平，這樣主軌、副軌以及折頂架可在水中構建成“塢池“，工作艇可在航行狀態下進入“塢池“自動掛鉤。其中，主軌尾部側面配有垂直軟質護舷，副軌底部有軟質座墩塊，可調整工作艇進塢姿態，并預防工作艇收放過程中機械碰撞損傷;同時，系統配有自動捕捉和快速釋放裝置等，實現自動捕捉的功能。

3 水面無人艇收放技術現狀

當前使用的水面無人艇大多是在載人工作艇的基礎發展而來，其主要收放形式也是從工作艇的收放方式演變而來。比如：基于船用吊機收放方式的改進，提出的“搖籃”收放概念。其在進行布放和回收時，不再直接將線纜系在無人艇上，而是固定在托體（即“搖籃”）上。布放時，先將無人艇置放在托體，然后由吊放裝置將托體連同無人艇一起降落到水中。入水后，托體和無人艇所受浮力及相對速度不同，自然分離，完成布放作業;回收時，無人艇遙控或自動駛入托體沒入水面，母船上控制人員在適當時機使吊放裝置升起，托體便攜帶水面無人艇上升，完成回收過程。

美國海軍早在2007年，就發布了《海軍無人水面艇主計劃》。經過10多年的發展，其水面無人艇收放技術已處于世界領先水平，開發了用于布放回收的助力拖曳吊艙，以及自動導引鉤錨系統;美國物理科學公司開發出新型收放系統，可使無人艇在母艦速度15-20 kn航行時實現布放回收操作;密歇根州航空公司開發出近海戰斗艦充氣式布放回收系統，可實現高海況、高航速下對無人艇的布放回收‘司;美國海軍海洋科學署、美海軍水下作戰中心、美國海岸警衛隊，都有成功使用無人艇收放裝置的經驗。

目前我國水面無人艇收放技術雖處于剛起步階段，但得到了較快的發展，國內多家單位都在進行水面無人艇收放裝置的研發，提出一些概念和試驗樣機等。

珠海云洲智能提出了一種“吊籃”式的水面無人艇收放裝置（見圖7），包括框架組件、導引組件以及吊具組件，框架組件包括用于容置船艇的主框架，主框架設有供船艇駛入或駛出的框架開口;導引組件設于主框架上，用于引導無人艇駛入主框架;吊具組件與主框架連接，用于與外部的吊放設備連接;在主框架上設置導引組件，無人艇在導引組件的引導作用下能夠自主駛入或駛出主框架，避免了需要人工進行水面無人艇的布放和回收，實現自動化操作，提高工作效率，降低布放和回收過程中的操作風險。

中船605院針對收放水面無人艇智能化的需求，在其轉運式尾滑道收放裝置的基礎上，引入視頻監視引導系統、碰撞防護、碰鉤自動捕捉及遙控脫鉤等技術，有效解決無人艇引導、對中、碰鉤捕捉與脫鉤及碰撞損傷等問題，提出一種搭載式的水面無人艇回收裝置。

4 水面無人艇與載人工作艇收放裝置對比

正如前面所述，水面無人艇的收放裝置大多是在載人工作艇的收放裝置的基礎上發展而來，在充分利用原有收放方式的優點的基礎上，重點解決水面無人艇收放時遇到的問題：

（1）當采用船用吊機收放方式時，需要解決的主要問題是水面無人艇從脫離海面至空中的過程中，因風浪關系會存在艇的穩定性不易控制的問題，特別是在無人艇起吊速度較高的情況下這一問題更為嚴重，必須對整個起吊過程進行控制[1]。在收放水面無人艇時，該裝置應有波浪補償、穩定緩沖設計，裝艇前應在惡劣海況下進行試驗;另外，無人水面艇在回收過程中受風浪的作用將隨浪搖擺，如何對無人艇進行掛鉤捕捉，是船用吊機收放方式需要解決的關鍵技術之一。因此，船用吊機收放方式，水面無人艇與載人工作艇收放裝置的主要差異如下：

（1）載人工作艇收放裝置只需在工作艇上設與吊機連接的掛鉤或吊耳，通過人工或者液壓方式進行釋放或鎖緊，實現工作艇的布放或回收;無人艇由于艇上無駕駛人員，無法采用人工掛鉤的方式，需通過人工或其它引導輔助設施進行掛鉤和脫鉤操作，從而實現無人水面艇的布放和回收;另外一個思路是通過“搖籃“概念設計一個固定的托體，對無人艇進行布放和回收，省去線纜固定環節;

（2）當采用尾滑道收放方式時，需要解決的主要問題是如何確保水面無人艇在靠近母船尾部時，能夠進入到收放裝置內，避免在回收過程中撞擊母船或收放裝置，從而導致艇和母船或回收裝置損壞。在此基礎上，只需對其捕捉方式進行改進，實現無需遙控掛鉤和脫鉤功能，即可按傳統的載人工作艇尾滑道收放方式進行布放和回收。由于網絡延時，無人艇操控人員無法實時觀察其靠近母船的狀況，因此無人艇采用尾滑道式的收放方式需解決無人艇收放時的視頻輔助及引導問題。

5 小結

通過對比分析，水面無人艇與載人工作艇收放裝置主要差異在于：載人工作艇可以通過人工輔助的方式實現與收放裝置對接，而水面無人艇收放裝置需要設計對應的輔助設施，引導無人艇完成與收放裝置的對接。因此，以該差異為出發點，解決其中關鍵技術問題，可進一步促進水面無人艇收放技術的發展。

水面無人艇和其收放裝置屬于艦船上的重要設備，目前關于水面無人艇的收放裝置設計還沒有專門的規范進行指導，與載人工作艇收放裝置共性的部分內容，可以參照有關設計規范，特性的部分還有待今后的研究及試驗來解決。

參考文獻

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