張宗科 陳德娟

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

塢載氣墊登陸艇一方面因進(jìn)出母艦塢艙而使主尺度受限，另一方面因運(yùn)輸重型主戰(zhàn)坦克的重裝載需求而使艇質(zhì)量及重心控制非常嚴(yán)格。高海況條件下越峰運(yùn)行要求，使艇只能采用功率大、質(zhì)量輕的高速燃?xì)廨啓C(jī)；而主機(jī)需要驅(qū)動前部的墊升風(fēng)機(jī)及尾部的導(dǎo)管空氣螺旋槳，軸系長度大。主船體為鋁合金的扁平浮箱結(jié)構(gòu)，剛度小、在風(fēng)浪中變形大，給軸系設(shè)計(jì)帶來較大困難［1］。

美國氣墊登陸艇（LCAC）為塢載型，從最早的原型試驗(yàn)艇JEFF A、JEFF B，到1984年～2001年期間列裝的91艘LCAC、本世紀(jì)初的LCAC延壽改進(jìn)，到升級換代產(chǎn)品——艦岸連接器（SSC），歷經(jīng)五十余年的發(fā)展，主機(jī)從早期的TF40B，到SLEP的ETF40B，再到SSC的MT7，功率不斷加大，保障了艇裝載量能跟上主戰(zhàn)坦克的質(zhì)量增加，同時艇總體性能如耐波性等仍有所提高［2-3］。LCAC主船體結(jié)構(gòu)為浮箱，采用模塊化設(shè)計(jì)，駕駛艙、人員設(shè)備艙、墊升風(fēng)機(jī)模塊、機(jī)艙、導(dǎo)管槳裝置等均插接在浮箱上，不參與總縱強(qiáng)度。

圖1 LCAC模塊化船體結(jié)構(gòu)

1 LCAC推進(jìn)墊升系統(tǒng)發(fā)展

1.1 LCAC軸系

美國海軍在19世紀(jì)60年代開始兩棲攻擊登陸艇計(jì)劃，經(jīng)論證選用全墊升氣墊登陸艇來運(yùn)載重型坦克，并與通用噴氣公司（Aerojet Liquid Rocket Company）簽訂了JEFF A、貝爾宇航公司（Bell Aerospace Textron）簽訂了JEFF B的原型艇建造合同。兩型艇均采用6臺TF40燃?xì)廨啓C(jī)作為主動力，但技術(shù)完全方案不同［4］，JEFF A與JEFF B的推進(jìn)墊升系統(tǒng)分別如圖2所示。

圖2 JEFF A與JEFF B推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

根據(jù)JEFF A與JEFF B的建造與航行試驗(yàn)結(jié)果，美國海軍選擇JEFF B作為母型艇，1981年與貝爾宇航公司簽訂了LCAC（Landing Craft，Air Cushion）的設(shè)計(jì)合同。LCAC改為采用4臺功率更大的TF40B燃?xì)廨啓C(jī)作為主動力，墊升風(fēng)機(jī)采用縱向布置，其推進(jìn)墊升系統(tǒng)如下。20世紀(jì)初開始的延壽計(jì)劃（SLEP），主機(jī)換裝為功率更強(qiáng)、燃油效率更高的ETF40B，ETF40B尺度與轉(zhuǎn)速不變。采用全自主數(shù)字引擎控制（FADEC）技術(shù)，以簡化維護(hù)難度與降低維護(hù)工作、提高故障診斷能力并節(jié)省全壽命周期費(fèi)用。故LCAC SLEP推進(jìn)墊升系統(tǒng)除主機(jī)外，基本維持不變。

圖3 LCAC推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

2001年下水的T-2000型芬蘭氣墊巡邏艇，其推進(jìn)系統(tǒng)、墊升系統(tǒng)與圍裙系統(tǒng)以及預(yù)報(bào)艇的快速性、穩(wěn)定性、操縱性、耐波性等總體性能與結(jié)構(gòu)載荷，均由美國CDIM-SDD提供技術(shù)支撐［5］。該艇采用2臺TF40B燃?xì)廨啓C(jī)作為主動力，每臺功率2 757 kW，墊升系統(tǒng)所用總功率為2 000 kW。主機(jī)縱向布置，向前驅(qū)動兩臺直徑1.8 m的墊升風(fēng)機(jī)，向上驅(qū)動導(dǎo)管空氣螺旋槳。風(fēng)機(jī)蝸殼為雙進(jìn)風(fēng)雙出口型，每臺風(fēng)機(jī)向上為低外形格柵式首推器供氣，向下為氣墊供氣。導(dǎo)管槳直徑3.9 m，具有5片槳葉與7片整流支臂。為滿足隱形需求，墊升風(fēng)機(jī)從上部進(jìn)氣，主機(jī)進(jìn)氣口亦靠上。主機(jī)排氣管從導(dǎo)管下基座處穿出，向后排氣。

圖4 芬蘭T-2000推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

2007年服役的韓國新型高速氣墊登陸艇LSFII，由4臺ETF40B燃?xì)廨啓C(jī)提供動力，每舷各有2臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)蝸殼也為雙進(jìn)風(fēng)雙出口型，每臺風(fēng)機(jī)向上為低外形格柵式首推器供氣，向下為氣墊供氣。艇尾設(shè)2個導(dǎo)管空氣螺旋槳，分別具有5片槳葉和7片整流支臂。其軸系布置同LCAC，只是墊升風(fēng)機(jī)、導(dǎo)管槳、首推器有所不同。

圖5 韓國LSF-II推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

2003年美海軍裝備改進(jìn)路線圖提出替代LCAC與LCU的Heavy-Lift LCAC （HLCAC）項(xiàng)目，HLCAC將LCAC接長50%，而寬度與高度保持不變，仍能維持進(jìn)出母艦塢艙能力，裝載量增加到130 t（144 st）。HLCAC研究重點(diǎn)為推進(jìn)墊升系統(tǒng)，每舷增加1臺燃?xì)廨啓C(jī)與墊升風(fēng)機(jī)，其中靠前的1臺墊升風(fēng)機(jī)專為首推器供氣，而靠后的兩臺專為氣墊供氣。

圖6 HLCAC推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

1.2 俄羅斯氣墊登陸艇推進(jìn)墊升系統(tǒng)

相對于美國僅有一型LCAC，俄羅斯氣墊登陸艇型號較多，均采用燃?xì)廨啓C(jī)作為主動力，其中典型的Omar為小型氣墊登陸艇，Murena為中型，而Zubr則為世界上最大的氣墊登陸艇；其推進(jìn)墊升系統(tǒng)見圖7［6］。

圖7 俄羅斯典型氣墊登陸艇推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖（依次為Omar、Murena、Zubr）

此外，俄羅斯技術(shù)援助新加坡設(shè)計(jì)制造排水量為175 t的中型氣墊登陸艇ACV-1，采用前后出軸的燃?xì)廨啓C(jī)作為主動力，向前驅(qū)動軸流式墊升風(fēng)機(jī)，向后驅(qū)動導(dǎo)管空氣螺旋槳，其推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖見圖8。

圖8 新加坡氣墊登陸艇推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

2 LCAC推進(jìn)墊升系統(tǒng)在使用過程中遇到的問題及解決措施

2.1 初期所遇到的問題

LCAC每舷的推進(jìn)墊升系統(tǒng)由2臺TF40B并車后，向前驅(qū)動2臺雙出口蝸殼墊升風(fēng)機(jī)，向后驅(qū)動1套導(dǎo)管空氣螺旋槳。首制艇LCAC 01在早期，由于并車的2臺主機(jī)沒有自動控制功率與轉(zhuǎn)速匹配的閉環(huán)控制系統(tǒng)，導(dǎo)致墊升風(fēng)機(jī)軸斷裂、主機(jī)齒輪箱超越離合器失效的故障。經(jīng)過努力，解決了以上兩種扭振失效［7］。首推器噴管則由最初的玻璃鋼改為鋁合金以提高剛度。為防止螺旋槳因吸入海水或外界硬物而損壞葉片，槳后尾部甲板邊緣設(shè)置防浪板，槳前增設(shè)360°錐形不銹鋼防護(hù)網(wǎng)罩，可防止直徑超過0.1 m（4 in）的異物通過。

1990年，一艘LCAC主機(jī)發(fā)生提前停機(jī)故障，經(jīng)內(nèi)窺鏡檢查，為主機(jī)進(jìn)氣葉片被吸入螺栓打壞所致。1994年，一艘LCAC在母艦塢艙內(nèi)操作時發(fā)生左舷主機(jī)及軸系損壞事故，起因是尾部防撞護(hù)板與塢艙壁相撞而脫落，被正在打負(fù)距的螺旋槳吸入。為此，在（SEAOPS）中將原防撞護(hù)板的簡單目視檢查修改為“在執(zhí)行任務(wù)前應(yīng)檢查防撞護(hù)板是否連接牢固”。1997年，在塢艙內(nèi)操作時，再次發(fā)生螺旋槳打負(fù)距吸水而損壞葉片事故。

在1998年所作的統(tǒng)計(jì)中，6個月內(nèi)螺旋槳4次損壞，其中3次為波浪打到槳內(nèi)而導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞，1次為傳動裝置松脫打在槳前防護(hù)罩上，使罩上橫桿被打斷吸入槳內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，20%的事故起因?yàn)闄C(jī)械故障，80%的事故是由于人為因素，即由于驕傲自滿、疏忽大意或墨守成規(guī)、安于現(xiàn)狀所致。

2000年，將航空結(jié)構(gòu)維修專家分配到LCAC防腐蝕維護(hù)小組后，成功維修LCAC導(dǎo)管而不需要更換為新造導(dǎo)管。螺旋槳組研發(fā)專門裝置來修理槳葉，建立槳葉儲備庫，使因螺旋槳損壞維修所導(dǎo)致的停航時間減少70%。此外，結(jié)合長期的使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，解決了墊升風(fēng)機(jī)葉輪葉片與空氣螺旋槳槳葉因腐蝕、硬顆粒物沖刷而易損壞的難題。

ETF40B為現(xiàn)有TF40B主機(jī)的加強(qiáng)功率版，增強(qiáng)了炎熱天氣下運(yùn)行功率，允許所有條件下的減載運(yùn)行。燃?xì)鉁囟鹊娘@著降低將有利于主機(jī)壽命及減小母艦塢艙降溫花費(fèi)。為提升功率，采用可變進(jìn)氣導(dǎo)葉改進(jìn)軸向壓縮機(jī)增大氣流，從而降低燃燒室與動力渦輪溫度。氣流增加結(jié)果是壓縮機(jī)將為進(jìn)氣口防凍裝置提供氣流并完全取消現(xiàn)有寒冷氣候應(yīng)對裝置。改進(jìn)離心葉輪與擴(kuò)散器以提高壓氣效率并降低油耗。隨性能升級，可靠性與維修性改進(jìn)措施也將被采用，如使用防偏改進(jìn)3號軸承密封及控制間隙設(shè)計(jì)、壓氣機(jī)葉片涂層，以減少點(diǎn)蝕與生銹。

2.2 單側(cè)動力故障狀態(tài)模擬試驗(yàn)

在主減速器設(shè)計(jì)中充分考慮主機(jī)發(fā)生故障的情況，設(shè)置離合器，可將推進(jìn)與墊升分開；在風(fēng)機(jī)雙出口蝸殼的下出口設(shè)置導(dǎo)葉裝置，可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)向氣墊的供氣量；提出各種故障下的應(yīng)對措施，通過實(shí)艇試驗(yàn)加以驗(yàn)證，并固化到艇使用維護(hù)說明手冊（SEAOPS）中。

例如在“關(guān)鍵決心95”演習(xí)中，LCAC14進(jìn)行了應(yīng)急故障救援演練。模擬戰(zhàn)時環(huán)境，LCAC 14發(fā)生推進(jìn)故障，使用艇隊(duì)拖船將艇從灘頭拖離。LCAC每舷僅啟用1臺主機(jī)驅(qū)動2臺墊升風(fēng)機(jī)（此時風(fēng)機(jī)出口導(dǎo)葉開度50%）與首推器（出于安全考慮），但螺旋槳不工作。在艇隊(duì)拖船到來之前，灘頭人員利用1臺推土機(jī)及LARC將艇從頭朝沙灘旋轉(zhuǎn)120°至與海岸線平行。由于艇處于墊態(tài)，用推土機(jī)完成此操作非常容易，而LARC可在平沙灘上使艇轉(zhuǎn)向。整個過程最耗時的部分為拖航，當(dāng)艇墊態(tài)被拖至灘頭斜坡時，艇重使其自行下坡，艇上人員必須松開拖纜系繩，艇不再需要拖纜導(dǎo)向，只偶爾用首推器使艇在被拖時維持艇向即可。

圖9 LCAC墊升風(fēng)機(jī)下出口設(shè)置的可調(diào)導(dǎo)葉（右圖為關(guān)閉狀態(tài)示意圖）

該演習(xí)成功表明，使用艇最小墊升工況及已有灘頭裝備，即可將一艘受損LCAC拖離灘頭。在相似條件下，LCAC也能將另一艘受損LCAC脫離灘頭。此外，LCAC 71在螺旋槳發(fā)生故障時拖回ACU 4過程中，曾出現(xiàn)拖索開裂。經(jīng)試驗(yàn)，在3級海況、16 kn逆風(fēng)時，安全設(shè)計(jì)載荷應(yīng)為120 kN（27 174 lbs）。SEAOPS中規(guī)定：采用直徑12.7 mm（1/2 in）的尼龍雙股拖索，艇墊態(tài)在2級及以下海況的拖速為25～30 kn，墊態(tài)在3級及以上海況拖速需降低，尤其是在順浪中，特殊情況下為5 kn、浮態(tài)拖速為5 kn。

2.3 軸系振動綜合分析

2005年，為評估LCAC推進(jìn)軸不同組件中的某個振動對其余組件的影響，進(jìn)行了系統(tǒng)綜合振動研究。評估對象不僅僅局限于墊升風(fēng)機(jī)與螺旋槳系統(tǒng)，而是可能引起振動的每個組件，以確定組件所承受的獨(dú)立沖擊對自身軸段及其支撐基座的影響。在NASTRAN（FEA）軟件中研發(fā)的系統(tǒng)模型運(yùn)行正常，較好提供了振型及固有頻率分析結(jié)果，并參照LCAC 66上的實(shí)艇試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)修正。

圖10 LCAC軸系綜合振動有限元模型

模型能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)特定軸線的振動以及軸線內(nèi)特定節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)位移值，該值將被輸入沿軸線不同結(jié)構(gòu)組件的細(xì)化模型，墊升風(fēng)機(jī)模態(tài)與位移再次輸入軸線結(jié)構(gòu)組件的有限元模型。利用模型可評估軸線的幾種不平衡情形及其影響，且不僅限于風(fēng)機(jī)與螺旋槳的不平衡。

圖11 LCAC 91上進(jìn)行TF40B與ETF40B的混合并車試驗(yàn)

該模型將用于艇結(jié)構(gòu)改進(jìn)對軸系共振響應(yīng)的準(zhǔn)確分析以及改進(jìn)對軸系公正的影響，其中1個示例為用該模型分析復(fù)合材料導(dǎo)管對軸系的影響。該導(dǎo)管在LCAC復(fù)合材料導(dǎo)管國外比較試驗(yàn)（FCT）下研發(fā)，由于其剛度更好，振動綜合分析模型將用于分析該剛度變化如何影響LCAC推進(jìn)軸系。參照芬蘭T-2000上復(fù)合材料導(dǎo)管的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，LCAC改進(jìn)導(dǎo)管前緣以減小阻力、槳后整流支臂采用定常截面翼型以提高推力。從2007年開始在LCAC 66 上進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)［8］。

2.4 LCAC SLEP上TF40B與ETF40B并車使用試驗(yàn)

至2009年，ETF40B已生產(chǎn)160臺，約為LCAC（SLEP）所需主機(jī)總數(shù)的一半；2010年提交12臺；2011年提交34臺；2012年提交16臺并維修或更換已裝船的16臺ETF40B的動力輸出模塊；2013年提交8臺。韓國2007年服役的LSF-II也采用4臺ETF40B作為主動力。

由于ETF40B與TF40B尺寸及轉(zhuǎn)速相同，僅質(zhì)量略有增加，且TF40B儲備有400多臺尚未裝船，在LCAC 91（SLEP）上進(jìn)行TF40B與ETF40B并車混合使用的試驗(yàn)，以便必要時將TF40B作為ETF40B的備件使用。

2.5 LCAC SLEP傳動軸改用復(fù)合材料試驗(yàn)

若LCAC上的十二段鋼制軸轉(zhuǎn)換為KaZaK公司的復(fù)合材料軸（物美價(jià)廉的新型輕質(zhì)層合式復(fù)合材料）后，除防腐、吸收振動減少傳動系統(tǒng)應(yīng)力集中及降低維護(hù)費(fèi)用外，質(zhì)量也大為減輕，對質(zhì)量控制要求近乎嚴(yán)苛的全墊升氣墊船則尤為重要，參見表1。

表1 LCAC上鋼軸與KaZaK新型復(fù)合材料軸的質(zhì)量比較

圖12 KaZaK為SSC研發(fā)的復(fù)合材料軸

3 SSC推進(jìn)墊升系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

根據(jù)SSC發(fā)布的有關(guān)資料，SSC推進(jìn)墊升系統(tǒng)與LCAC有較大不同，SSC墊升風(fēng)機(jī)改為每舷1臺雙進(jìn)風(fēng)雙出口離心風(fēng)機(jī)，主機(jī)縱向布置，每舷2臺主機(jī)通過1套組合齒輪箱并車后向前驅(qū)動離心風(fēng)機(jī)、向后驅(qū)動導(dǎo)管空氣螺旋槳，見圖13與表2。

因SSC需進(jìn)出現(xiàn)有兩棲戰(zhàn)艦的塢艙，墊態(tài)總長與總寬與LCAC相比保持不變（參見圖14），同時需維持氣墊壓力不變，而裝載量由54.43 t（60 st）提高到67.13 t（74 st），即空船質(zhì)量需減少12.7 t，因此必須采取措施以減輕主要系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量。SSC的導(dǎo)管、風(fēng)機(jī)、首推器、首/尾跳板、軸系、槳前防護(hù)網(wǎng)罩等由鋁合金改為復(fù)合材料，簡化了齒輪箱、軸系，圍裙系統(tǒng)由側(cè)部的雙囊套指改為單囊套指且降低裙高，具體如下。

圖13 SSC推進(jìn)墊升系統(tǒng)示意圖

表2 LCAC與SSC推進(jìn)墊升系統(tǒng)比較

圖14 LCAC與SSC主尺度比較

3.1 墊升風(fēng)機(jī)

LCAC每舷設(shè)置兩臺雙進(jìn)口雙出口風(fēng)機(jī)，向上的氣流經(jīng)合并后為首推器供氣，見圖15。出于隱形需求，在T-2000上實(shí)驗(yàn)的單臺雙進(jìn)口雙出口風(fēng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動1套低外形格珊式首推器的型式效果較好，所以在與LCAC類似的LSF-II上進(jìn)一步驗(yàn)證該風(fēng)機(jī)組合供氣形式。同時，在T-2000風(fēng)機(jī)研制中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)蝸殼展度可進(jìn)一步縮小而不影響風(fēng)機(jī)氣動性能，從而節(jié)省裝船空間需求。2009年Umoe Mandal制作1對復(fù)合材料墊升風(fēng)機(jī)，在試驗(yàn)艇LCAC 66專門進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)，同時測試單臺風(fēng)機(jī)為氣墊與首推器組合供氣構(gòu)型的性能。以上對SSC研制單臺風(fēng)機(jī)為氣墊與首推器組合供氣的型式提供了基礎(chǔ)。經(jīng)CFD計(jì)算分析以及模型試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)蝸殼及葉輪葉片翼型開發(fā)，確定采用直徑1.75 m、展度增至2.76 m的單臺風(fēng)機(jī)，可達(dá)到原來2臺風(fēng)機(jī)的流量與壓頭特性曲線。為原LCAC每舷布置緊湊的推進(jìn)墊升系統(tǒng)省出改進(jìn)空間，從而使SSC主機(jī)縱向布置成為可能，進(jìn)氣系統(tǒng)布置空間更大，同時可利用艇前進(jìn)速度沖壓進(jìn)氣，主機(jī)維修空間增大、維修也更為方便。SSC主機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，利用機(jī)艙與墊升風(fēng)機(jī)之間的空隙，通過鋪設(shè)簡易軌道將主機(jī)拉出機(jī)艙外，不用將主機(jī)吊下船即可維修。

圖15 LCAC與SSC墊升風(fēng)機(jī)比較

3.2 導(dǎo)管空氣螺旋槳

LCAC導(dǎo)管為易腐蝕鉚接加筋鋁合金結(jié)構(gòu)，制造與維修均屬勞動密集型。美國通過國外對比試驗(yàn)項(xiàng)目為芬蘭T-2000設(shè)計(jì)復(fù)合材料導(dǎo)管，成功減輕質(zhì)量且消除了腐蝕問題。參照芬蘭T-2000上復(fù)合材料導(dǎo)管的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，LCAC新設(shè)計(jì)導(dǎo)管改進(jìn)前緣線型以減小阻力、槳后整流支臂采用定常截面翼型以提高推力。從2007年開始在LCAC 66上進(jìn)行實(shí)船航行試驗(yàn)，并在2010年完成。

圖16 復(fù)合材料導(dǎo)管FCT項(xiàng)目及其在LCAC 66上的裝船使用

3.3 先進(jìn)組合齒輪箱

圖17 LCAC上采用的多組齒輪箱及SSC上的組合齒輪箱

LCAC的主機(jī)與動力系統(tǒng)軸向位置垂直成橫向布置，需經(jīng)過直角齒輪箱轉(zhuǎn)向嚙合，才能將功率輸出到風(fēng)機(jī)和螺旋槳，如下頁圖17所示，下方為直角齒輪箱、上左為墊升齒輪箱、上右為推進(jìn)齒輪箱；SSC主機(jī)直接采用縱向布置，與動力系統(tǒng)軸向平行，通過1個組合齒輪箱可將功率分配輸出。這種結(jié)構(gòu)型式相對簡單，既能夠有效提高傳動效率，又方便維護(hù)保養(yǎng)時的拆卸與更換，且能有效避免LCAC上主機(jī)軸系對中的難題。組合式齒輪箱采用模塊化設(shè)計(jì)，在主機(jī)輸入端設(shè)置超越離合器，在輸出端分別設(shè)置推進(jìn)與墊升系統(tǒng)的手動離合器，以便在螺旋槳或墊升風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時，另一個能正常工作。推進(jìn)輸出端采用花鍵聯(lián)軸器，允許推進(jìn)軸可以有150 mm的軸向位移。

3.4 主機(jī)及進(jìn)排氣系統(tǒng)

Vericor的 ETB40B、Rolls·Royce的 MT7、General Electric的GE38三型主機(jī)參與了SSC備選主機(jī)的競爭。2012年10月22日，Rolls·Royse贏得為SSC提供主機(jī)并設(shè)計(jì)制造相應(yīng)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的合同。SSC將采用Rolls·Royse的MT7燃?xì)廨啓C(jī)，它脫胎于大獲成功的AE1107核心機(jī)，其另一衍生品T406為Bell·Boeing公司的V-22魚鷹傾轉(zhuǎn)翼飛機(jī)提供動力。MT7需要改進(jìn)新型功率控制器、進(jìn)氣系統(tǒng)、功率輸出軸以適應(yīng)裝船要求，葉片特殊涂層處理以抵御高鹽海洋環(huán)境。此外，將來塢載SSC的母艦都將搭載V-22魚鷹飛機(jī)，統(tǒng)一主機(jī)類型將僅需提供一種機(jī)型的服務(wù)，從而可節(jié)省備品/備件儲存空間及簡化維護(hù)人員的培訓(xùn)。相對于LCAC現(xiàn)有主機(jī)，MT7功率將提高25%、燃油效率提高11%。合同規(guī)定，Rolls·Royse為SSC研發(fā)項(xiàng)目提供4臺/艇，首批供貨時間為2015年下半年而SSC試驗(yàn)于2016年開始，2018年開始少量供貨。美海軍計(jì)劃用73艘SSC替代現(xiàn)有的LCAC，連備品在內(nèi)Rolls·Royse最終供貨將超過300臺燃?xì)廨啓C(jī)。

MT7為套軸設(shè)計(jì)，軸向依次為14級壓氣機(jī)，其后為溢氣冷卻環(huán)形燃燒室、2級燃?xì)獍l(fā)生渦輪和2級動力渦輪。冷端輸出機(jī)型，具有6級可變壓氣導(dǎo)葉、雙通道全自主數(shù)字電控系統(tǒng)、模塊化構(gòu)造及隨時隨地維修能力。在航機(jī)上成功實(shí)施AE系列技術(shù)升級，可將MT7的功率再提高20%或延長使用壽命，從而增大艇裝載或降低全壽命周期費(fèi)用。

圖18 SSC上采用的Rolls·Royce的MT7燃?xì)廨啓C(jī)

LCAC機(jī)艙為上下兩層結(jié)構(gòu)，上部布置燃?xì)廨啓C(jī)，下部布置進(jìn)氣系統(tǒng)，燃機(jī)進(jìn)氣為朝向裝載甲板的機(jī)艙內(nèi)側(cè)，有利于減小航行過程中因氣墊泄流引起的水花飛濺對進(jìn)氣影響。而SSC每舷采用單風(fēng)機(jī)，上層建筑區(qū)域內(nèi)縱向留給機(jī)艙的尺寸增大，為進(jìn)氣系統(tǒng)留出更大布置空間。進(jìn)氣穩(wěn)壓室加大，可布置進(jìn)氣濾清系統(tǒng)，同時利用艇前進(jìn)速度沖壓進(jìn)氣提高濾清壓力。

圖19 LCAC內(nèi)舷橫向進(jìn)氣與SSC的縱向進(jìn)氣系統(tǒng)布置

4 SSC阻力與快速性分析

美國的氣墊登陸艇LCAC需進(jìn)出母艦塢艙而尺度受限，無因次氣墊密度高達(dá)Pc≈16，屬于典型的高密度艇，與低密度艇T-2000的無因次阻力相比較，第一阻力峰明顯高于第二阻力峰。根據(jù)SSC提出的每舷螺旋槳與首推器的推力需求，可得到推力與阻力估算如圖20所示，三級海況下航速估算約為42 kn。

圖20 SSC與T-2000的無因次阻力比較及SSC阻力與推力估算

19世紀(jì)60年代，在進(jìn)行當(dāng)時的兩棲攻擊登陸艇計(jì)劃項(xiàng)目時，從8種運(yùn)輸型式、6種航速、7種裝載量組成的336個方案中，篩選出了C-150-50，即氣墊登陸艇方案。在SSC設(shè)計(jì)過程中，則采用政府主導(dǎo)的子群式集成設(shè)計(jì)技術(shù)［9］。政府主導(dǎo)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)由不同的專業(yè)組成，通過平衡主要設(shè)備選擇和功能定位，各專業(yè)提出所有可能的初步方案構(gòu)成一個大的設(shè)計(jì)空間；經(jīng)研討評估先篩選出即能滿足產(chǎn)品性能需求，又能滿足專業(yè)要求的方案；在保留下來的方案中，再提高選擇標(biāo)準(zhǔn)，最終僅剩下1～2個備選方案。SSC由123個可能的影響因素排列組合后生成多達(dá)1047個初始方案，在經(jīng)過子群設(shè)計(jì)階段和設(shè)計(jì)平衡圈評估階段，最終篩選出鋁合金船體結(jié)構(gòu)的建議設(shè)計(jì)方案與復(fù)合材料船體結(jié)構(gòu)的備用方案。

圖21 SSC采用的子群式集成設(shè)計(jì)技術(shù)（SBD）

5 結(jié) 語

美國氣墊登陸艇推進(jìn)墊升系統(tǒng)在30余年使用過程中遇到許多問題，但經(jīng)過努力均得到解決，從而保障LCAC高效可用。SSC則在裝載量、耐波性、全壽命周期維護(hù)等方面提出了更高要求，隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展及LCAC國外比較試驗(yàn)項(xiàng)目的開展，從設(shè)計(jì)到實(shí)船使用考驗(yàn)都積累了相關(guān)技術(shù)，單臺主機(jī)功率日益增大、復(fù)合材料廣泛應(yīng)用以及推進(jìn)墊升系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化，使得SSC艇的載重量大幅增加且耐波性有所提高。

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