我國自主研制的地效翼船信天翁-4。張勇攝
4月22日，科技日報(bào)記者從中國船舶科學(xué)研究中心某試驗(yàn)基地了解到，我國地效翼船再獲重大突破。由該中心采用新型材料研制的第三代高耐波性地效翼船，經(jīng)過30多次海試表明，其多項(xiàng)技術(shù)性能處國際領(lǐng)先水平，今后將為加快開發(fā)利用海洋提供重要海上高速運(yùn)載與作業(yè)平臺。
中國船舶科學(xué)研究中心地效翼船總設(shè)計(jì)師石亞軍研究員介紹，地效翼船又稱“海上飛船”，是一種兼具海上航行和騰空掠波飛行功能的新型水上交通工具。它利用地面效應(yīng)實(shí)現(xiàn)減阻、增升，航速為常規(guī)船舶的數(shù)倍至十余倍，是目前世界上最快的船型。它能在水面機(jī)動、駐泊，具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢，能快速執(zhí)行各類海上緊急任務(wù)。
地效翼船經(jīng)歷三個發(fā)展階段
我國的地效翼船研發(fā)在國際上起步早，已有近60年的發(fā)展歷史，取得了長足的進(jìn)展。迄今，我國地效翼船的研發(fā)經(jīng)歷了三個重要發(fā)展階段：第一階段是地效翼船技術(shù)探索及初步攻關(guān)的階段，這階段更多地著力于“飛”這一技術(shù)能力的實(shí)現(xiàn)；第二階段在掌握了地效翼船核心設(shè)計(jì)技術(shù)后，逐步向規(guī)范化、實(shí)用化發(fā)展；第三階段旨在針對我國實(shí)際海情，研發(fā)適用性更強(qiáng)的地效翼船。
據(jù)了解，1965年，中國船舶科學(xué)研究中心在國內(nèi)率先開展地效翼船研究，1968年，該中心成功試飛了我國第一艘地效翼船“961”。其后，經(jīng)過多年的持續(xù)攻關(guān)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)解決了地效翼船縱向穩(wěn)定性難題，形成了實(shí)用的地效翼船穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法，地效翼船核心技術(shù)體系逐漸完備。
2013年，該中心成功研發(fā)出我國首型商用地效翼船——“翔州1”型地效翼船，滿足了海上短程需求。這也是國內(nèi)第一艘經(jīng)過中國船級社完整認(rèn)證并簽發(fā)入級證書和安全符合證明的海上地效翼船。該船的研制和應(yīng)用實(shí)踐推動了國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建。
在石亞軍看來，我國第一代地效翼船僅僅強(qiáng)調(diào)了“飛”這一基本屬性，第二代地效翼船則強(qiáng)調(diào)了經(jīng)濟(jì)性和雙工況需求，而目前第三代地效翼船有效解決了第一代、第二代地效翼船不能適應(yīng)我國惡劣海況的問題。
“第三代高耐波性地效翼船，是我國地效翼船研制的一個重大技術(shù)突破，是我國自主研發(fā)地效翼船能力的具體體現(xiàn)，更是我國結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求走出的一條創(chuàng)新之路。該技術(shù)目前處于國際領(lǐng)先地位。”該試驗(yàn)基地地效翼船試飛員王曉東說。
第三代適用性與安全性更高
石亞軍介紹，在“翔州1”型地效翼船的長期試驗(yàn)和試用過程中，該中心科研團(tuán)隊(duì)深刻認(rèn)識到耐波性是制約地效翼船實(shí)用性提升的關(guān)鍵指標(biāo)。同時，我國所處的西北太平洋地區(qū)，常年風(fēng)浪較大，多數(shù)應(yīng)用場景對耐波性有較高要求，地效翼船耐波性不足必將大大影響實(shí)用性。
一般而言，地效翼船耐波性會隨著噸位變大而提升，但這與我國工業(yè)基礎(chǔ)和過于惡劣的實(shí)際海情并不匹配。研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為提升中小型地效翼船的耐波性水平更加符合我國的實(shí)際國情，但這條路線并沒有現(xiàn)成的技術(shù)參照，只能依靠自主研發(fā)。
十多年來，該中心科研團(tuán)隊(duì)從拓展地效翼船的安全使用限界著手，研究制約地效翼船實(shí)用性的影響因素和解決方案，結(jié)合帶增升裝置的高置上單翼和分層滑行面小剛度船身復(fù)合應(yīng)用，以犧牲部分地效的代價，實(shí)現(xiàn)了耐波性水平的躍升，最終形成了高耐波性第三代地效翼船概念。應(yīng)用該技術(shù)后的中小型地效翼船可比同噸位地效翼船的耐波性提升一個浪級以上。
值得關(guān)注的是，在第三代高耐波性地效翼船的研制中，團(tuán)隊(duì)提出了新的降載概念，應(yīng)用了最新的技術(shù)成果，在水動布局、氣動布局設(shè)計(jì)方面作了大量創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)通過機(jī)翼高置的方式降低波浪對部件的影響，同時應(yīng)用高效機(jī)翼增升裝置降低起降速度減小波浪載荷，分層滑行面以及更瘦削船體的應(yīng)用，兼顧了滑行效率和砰擊載荷。
該中心科研團(tuán)隊(duì)不斷打磨地效翼船實(shí)用化設(shè)計(jì)技術(shù)，對地效翼船氣動力技術(shù)、耐波性技術(shù)、實(shí)用化技術(shù)進(jìn)行深度挖掘，并在結(jié)構(gòu)外載荷優(yōu)化、先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用等方面，取得一系列突破。
近期完成海試的第三代高耐波性地效翼船采用全碳纖維結(jié)構(gòu)，可載人員12人，滿載起飛重量達(dá)4.5噸，最大時速達(dá)240公里，有效航時達(dá)6小時，在4級海況、8級風(fēng)力下可安全作業(yè)。與前兩代相比，其適用性更強(qiáng)、安全性更高、航速更快。此外，其在執(zhí)行海上救生、補(bǔ)給任務(wù)時，第三代高耐波性地效翼船可以發(fā)揮速度優(yōu)勢及時趕赴海難區(qū)域，并可將救起的傷員及時、快速地運(yùn)送到基地或就近的陸上、海上醫(yī)院。
第三代高耐波性地效翼船上裝載的先進(jìn)裝備，在發(fā)現(xiàn)水上疑似目標(biāo)后，能長時間保持超低空緊貼水面飛行并進(jìn)行精確搜索和精準(zhǔn)確認(rèn)；確認(rèn)目標(biāo)后，可就近降落，快速排水航行駛近目標(biāo)實(shí)施救援；在不適合降落的情況下，也可采用掠海低飛的方式向水面目標(biāo)精確空投浮筏、浮網(wǎng)等救生器材和應(yīng)急物資，給遇險(xiǎn)人員及時的支援；還能短時間飛越島嶼或海岸，完成對島嶼和岸灘上目標(biāo)的搜索或空投物資。
“相比于現(xiàn)有同噸位水上飛機(jī)和地效翼船，第三代高耐波性地效翼船適航性提高了1至2個等級，使得波浪中地效翼船的全年出航率和水上安全性得到了有效保證，解決了廣闊海域難以快速精準(zhǔn)抵達(dá)的難題。”石亞軍表示。
未來可滿足更大應(yīng)用需求
在相關(guān)專家看來，隨著我國海洋戰(zhàn)略的快速推進(jìn)，地效翼船作為有著獨(dú)特優(yōu)勢的海上交通工具，未來將在開發(fā)利用海洋、維護(hù)海洋權(quán)益、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)等方面，發(fā)揮越來越重要的作用。
石亞軍介紹，地效翼船除了速度快、造價便宜之外，還有著其他船只、飛機(jī)所不具備的優(yōu)勢。相對于飛機(jī)，地效翼船速度較慢，滑翔性能好，易于操縱。飛行中如發(fā)生突發(fā)事故，因其在水面上的機(jī)動性，可隨時降落，由飛行逐漸過渡到水面狀態(tài)。
但囿于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的滯后、高素質(zhì)駕駛技能人才缺乏等因素，地效翼船的商業(yè)化應(yīng)用才剛剛起步。為了推動地效翼船的商業(yè)應(yīng)用，近年來，行業(yè)主管部門、以中國船舶科學(xué)研究中心為代表的工業(yè)部門和江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院等培訓(xùn)機(jī)構(gòu)通力合作，從服務(wù)國家戰(zhàn)略需求出發(fā)，自主創(chuàng)新突破關(guān)鍵技術(shù)難題、構(gòu)建了完備的小型地效翼船研制及應(yīng)用技術(shù)體系，同時積極參與國際組織的活動，牽頭修訂了國際海事組織《地效翼船指南》。
在《地效翼船指南》的修訂中，為確保我國牽頭開展的此項(xiàng)工作順利完成并取得預(yù)期目標(biāo)，我國參會代表團(tuán)先后與俄羅斯、法國、韓國等多個IMO成員國進(jìn)行了深入溝通，做了大量工作，解決了多項(xiàng)難題，讓《地效翼船指南》的修訂更符合我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。
2021年7月1日，國內(nèi)首部地效翼船強(qiáng)制法規(guī)——《地效翼船技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則》由交通運(yùn)輸部批準(zhǔn)正式施行。該規(guī)則包含了總則、檢驗(yàn)與發(fā)證、小型地效翼船、大型地效翼船和10個附件。
《地效翼船技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則》在制訂中結(jié)合我國多年的地效翼船設(shè)計(jì)、建造和使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化，填補(bǔ)了我國地效翼船技術(shù)法規(guī)的空白，對保障地效翼船安全性，規(guī)范和促進(jìn)行業(yè)有序發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對于推動地效翼船產(chǎn)業(yè)化起到了十分重要保障作用。
目前，我國地效翼船在理論和試驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)和建造技術(shù)、結(jié)構(gòu)材料、施工工藝等方面都較為成熟，部分技術(shù)和應(yīng)用處國際領(lǐng)先地位，并正在探索具有中國特色的商業(yè)應(yīng)用的模式。
石亞軍堅(jiān)信，這種兼具常規(guī)船舶和飛機(jī)性能的水上交通工具，未來在海上高速運(yùn)載、旅游觀光、海上救生、執(zhí)法巡邏等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。（科技日報(bào)記者 過國忠 實(shí)習(xí)生 柳 鑫）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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