丁一文++吳家鳴

摘 要：地效翼船是高性能船舶發(fā)展中逐漸為業(yè)界所關注的一種新型高速水面運載工具，擁有廣闊的發(fā)展空間。本文對三類地效翼船的優(yōu)勢及局限性進行了介紹，同時結合我國的現(xiàn)狀闡述了地效翼船在我國商業(yè)與軍事領域的應用前景。

關鍵詞：地效翼船；特性；前景

中圖分類號： U674.943 文獻標識碼：A

Characteristics and Prospects in China of Wing-in-Ground-Effect Craft

DING Yiwen，WU Jiaming

（ South China University of Technology， Guangzhou 510640 ）

Abstract： The wing-in-ground-effect craft （WIG craft） is a high-performance ship with huge market potential and broad space for development. This paper describes the advantages and limitations of three types of WIG craft and expounds the prospects of WIG craft in China's commercial and military fields.

Key words： Wing-in-ground-effect craft； Characteristics； Prospects

1 概述

在過去的半個多世紀里，飛機、火車和汽車的速度均有大幅度的提升，運輸效率得到很大提高。海上運輸占國際貿易總運量的三分之二以上，但是作為海上運輸主力的船舶，其航速卻始終徘徊在50 kn以下。雖然先后也研制出了一系列高速水面船艇，例如氣墊船、側壁式氣墊船、水翼艇、小水線面雙體船等，但航速依然不高，問題的關鍵在于上述船舶與水面有不同程度的接觸，要想解決高速的問題，其中一種思路就是要設法使船體完全脫離水面運行，而地效翼船就是按此思路發(fā)展起來的一種具備高航速與高運輸效率的水面運載工具。

地效翼船是一種能夠以較低飛行高度高速飛行的新型船舶。雖然它能夠飛行，但依然是屬于船舶的一種，具有起降便利、造價低廉、維護成本低、安全性能高、用途廣泛等特點，是一種應用前景廣泛的新型高性能船舶。

地效翼船與飛機的飛行原理有很大的差異。飛機是依靠機翼上下表面壓力差產生的升力支撐自身重量使其飛行，而地效翼船則主要依靠地面效應。所謂地面效應是指當機翼貼近地面或水面（通常飛行高度不超過機翼弦長）飛行時作用在機翼上的墊升力突然增加的現(xiàn)象。由于機翼下表面與地面或水面之間的空氣流動阻塞，使得機翼下表面壓力增大從而使升力增加，并且機翼接近地面或水面時由翼尖渦流引起的下洗速度會降低，因此也減少了翼尖渦流誘導速度引起的誘導阻力。機翼飛行高度與機翼弦長之比在0.1～0.5的這一區(qū)域稱為強地效區(qū)，在強地效區(qū)范圍內，地效翼船船翼的升阻比要比飛機的機翼高，對于同樣的發(fā)動機功率，地效翼船產生的升力比要比飛機大、載重系數(shù)高，因此，地效翼船的經濟性比飛機要高得多。

2 地效翼船的種類和特點

目前世界各國所研制的地效翼船大致可分為三類：動力增升地效翼船、動力氣墊船和動力氣墊地效翼船。

2.1 動力增升地效翼船

地效翼船在初始階段，針對起飛較為困難、對起飛條件要求高、受環(huán)境影響較大等缺陷，研發(fā)人員在船翼前方安裝了噴氣裝置，即導管螺旋槳或渦扇發(fā)動機，以此來改善起飛條件，提高地效翼船的性能，由此而發(fā)展出一種技術較為成熟的地效翼船--動力增升型地效翼船（圖1）。

2.1.1 主要優(yōu)點

（1）巡航速度高。動力增升型地效翼船的巡航速度是全墊升氣墊船、側壁式氣墊船、雙體船和水翼艇的3～5倍，是排水型船的10倍以上；

（2）運輸效率高。動力增升型地效翼船的運輸效率[功率/（有效載荷×航程）]約為飛機的2倍，是全墊升氣墊船、側壁式氣墊船和水翼艇的2～4.5倍；

（3）活動空間大。動力增升型地效翼船具有較大的飛行高度，具備爬升能力，活動空間更大；

（4）隱蔽性高。由于該船能夠以較低的飛行高度貼近水面或地面運行，不易被雷達監(jiān)測，適合隱蔽的軍事行動。

2.1.2 主要缺點

（1）缺乏兩棲性。動力增升型地效翼船的氣動布局決定其只能在水面起飛和降落，缺乏兩棲性；

（2）停泊靠港困難。由于其船翼和尾翼等部件突出，展弦比較大，所以很難與碼頭和其他船只靠綁；

（3）適航性和操縱性較差。在起飛和降落的滑行期間，作用在船體上的水動力載荷較大，運動有些不穩(wěn)定。又因其氣動布局和高速性，起飛距離長，回轉半徑也很大；

（4）事故風險高。由于航速很高，其碰撞風險遠高于常規(guī)高速海船，要求其導航設備需與船速相匹配。

2.2 動力氣墊船

動力增升型地效翼船由于經濟性差故在民用領域應用很少，為了降低運營成本，在動力增升型地效翼船的基礎上又研發(fā)了一種新型的地效翼船，即動力氣墊船。該船型采用大弦長、小展弦比船翼，船翼兩側加設浮體，船翼隨邊設有襟翼，前置式空氣導管螺旋槳將壓縮空氣送入由船翼、浮體與襟翼組成的動力氣墊腔而形成一種動力氣墊，使船能夠靜墊升，因此具有兩棲性（圖2）。但由于其小展弦比，升阻比低于動力增升型地效翼船。

2.2.1 主要優(yōu)點

（1）良好的兩棲性能。類似于兩棲氣墊船，能在不平整的地面運行，如沼澤、沙灘、雪地、草地等；

（2）穩(wěn)定性較高。在強地效區(qū)飛行具有其較好的穩(wěn)定性，不需要復雜的自控設備，造價低，易維護；endprint

（3）操作簡便。沒有太過突出的結構，并且其流體動力特性與氣墊船相仿，對于駕駛員的技術并無特殊要求，易于操作。

2.2.2 主要缺點

（1）航速不能過高。由于其展弦比較小，升阻比低于動力增升型地效翼船，航速一般為70～150 kn。

（2）耐波性較差。不適合復雜的海況或寬闊水域，俄羅斯典型的動力氣墊船“伏爾加-2”號只在內河運行。

2.3 動力氣墊地效翼船

動力氣墊地效翼船（圖3）也采用小展弦比的船翼，但它將動力氣墊船中的浮體改為垂直側壁型的浮舟，由此船翼、垂直側壁型浮舟與襟翼連在一起形成了比動力氣墊船效率更高的動力氣墊系統(tǒng)，它不僅有很好的起飛性能及較小的越峰阻力，而且具有一定的兩棲性與可登陸性。

2.3.1 主要優(yōu)點

（1）經濟效益高。油耗較低與氣墊船接近，但在相同的升阻比下，其傅汝德數(shù)要高出水翼艇、氣墊船2～3倍，設計航速可達150 kn，建造和維護相對簡單，成本較低；

（2）運行特性優(yōu)良。能在水中航行，也能在氣墊狀態(tài)下中速飛行和地效區(qū)內高速飛行；可在寬闊的海面上運行，也能在內河航行，并且具有良好的兩棲性和可登陸性；運行時興波較小，不會對附近設備和船只造成影響；

（3）耐波性和穩(wěn)定性良好。由于有一定的飛高和較強的氣墊作用，所以耐波性優(yōu)良，并且峰值阻力較低，有良好的起飛降落性能，在風浪中失速較?。?/p>

（4）安全性高。飛行高度相對較低，具有良好的穩(wěn)定性，安全性能高，不需要復雜的自控設備，駕駛操作簡單；

（5）起飛條件要求低。無需特種設備，也不需要機場跑道和停泊碼頭，可在沙灘、草地等支撐壓力較小的場地起飛降落；

（6）隱蔽性能高。超低空飛行，尤其適合軍事用途。

2.3.2 主要缺點

（1）飛行高度不能太高。由于其小展弦比而不能飛得太高，其氣動力性能有待提高，只能在地效區(qū)內運行，并且飛得過高就會帶來動力增升型地效翼船的缺點，難以在客運系統(tǒng)推廣；

（2）設計難度高。設計氣動力布局時要考慮其高速性、兩棲性、耐波性等，包含了氣動力學和水動力學，設計難度很大。

3 地效翼船在我國的應用前景

現(xiàn)今國際航運市場低迷，國內造船業(yè)陷入困境，并且還無法預測我國造船業(yè)走出困境還需多久，故地效翼船或許是增強我國競爭力的一個不錯的選擇。

3.1 商業(yè)前景

我國有300多萬km2的海域面積，海岸線總長約32 000多km，島嶼約5 000多座。除此之外，我國內河資源也相當豐富，擁有5 000多條河流和眾多湖泊，這些水域都適合地效翼船運行，為我國發(fā)展地效翼船提供了廣闊的空間。雖然目前我國已有多艘地效翼船試飛成功，但幾乎沒有投入商業(yè)運營的實例。

地效翼船的潛力是巨大的，在商業(yè)方面可以總結為以下幾個方面：第一，貨物運輸。地效翼船很適合海上快速運輸，有著可比肩于飛機的速度，并且比飛機運輸效率高得多，運輸成本也低得多。并且不需要起飛降落用的機場跑道，這是它突出的優(yōu)勢；第二，客運行業(yè)。我國有很多適合地效翼船的航線，例如上海至青島、重慶；煙臺到大連等。據報道，乘坐普通的公務船從海南三亞到西沙永興島耗費大約15個小時，而乘坐2014年海試成功的“翔洲1”號卻只需一個多小時；第三，后勤補給和工程維修。我國的海洋工程很多，當某些工程出現(xiàn)故障或發(fā)生事故時，例如海上風電或海洋平臺，此時地效翼船能夠以更快的速度和更高的效率將需要的資源、設備及工作人員運送到位；第四，旅游娛樂。隨著地效翼船的發(fā)展，它能像游艇一樣成為旅游娛樂的一種工具。

3.2 軍事前景

地效翼船在軍事方面的應用更加前景廣闊。隨著世界局勢的不斷發(fā)展以及我國海洋強國戰(zhàn)略的實施，再結合地效翼船自身的特性與當前我國國情，在可預見的未來地效翼船將會發(fā)揮巨大的作用。

近年來我國與周邊國家的海洋局勢不斷地復雜化，中日釣魚島爭端、南海爭端等，都需要具備海島快速到達及迅速現(xiàn)場處置的能力。大型飛機受到機場方面的限制，水上飛機又運輸能力有限，而各類艦船又速度太慢。所以從目前的實際情況出發(fā)，我國的軍事、海監(jiān)、漁政等部門迫切需要一種具備多種運行狀態(tài)、高速、隱蔽及大載運量的高效運輸工具，大型地效翼船將會是滿足這些需求的一種非常合理的選擇。地效翼船的軍事用途一旦被成功運用，那么我國海軍用以守衛(wèi)國家安全的力量將會更加強大。

4 結論

在氣動、結構、穩(wěn)定性和控制等方面地效翼船有其特殊性和復雜性，并且在大型化過程中也存在尚待解決的問題，動力選擇便是一個不容忽視的難點。但是結合地效翼船的特性和廣大運用前景，加大對地效翼船的開發(fā)研究力度，尤其是對地效翼船大型化的研究顯得更為重要，集中突破一些技術難題，我國將在地效翼船領域的競爭中收獲良多。

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