地效艇

地效艇

也稱作地效飛行器或翼地效應機,是一種利用翼地效應飛行的飛行器。地效飛行器主要在地效區飛行,也就是貼近地面、水面飛行。其中專用於水面飛行的被稱作地效艇。在1980年代,前蘇聯實驗的噴射推進的Ekranoplan就是地效飛行器,極限飛行重量可以達1000公噸,在當時的冷戰背景做不秘密武器測試,一度被美國稱為裏海怪物。

名詞釋義

地效艇是介于飛機、艦船和氣墊船之間的一種新型高速飛行器。與普通飛機不同的是,地效飛行器主要貼近地面、水面飛行,而飛機主要在地效區以外飛行;與氣墊船不同的是,氣墊船靠自身動力產生氣墊,而地效艇靠地面效應產生氣墊。

地效艇,是結合了普通飛機與氣墊船兩者特點的飛行器。在1980年代,前蘇聯實驗了噴射推進的Ekranoplan,就是這樣的飛機,極限飛行重量可以達1000公噸,還在冷戰時期的隱密情況下測試,被美國稱為裏海怪物。大部份翼地效應機都被設計為在水面上運作,因為水面比地面平滑和少障礙物,不單危險度較少,而且在不運作的時候,還可以利用水面浮力來承受機體重量。在起飛時亦較為簡單。物理學家Stanley Hooker提出了非常巨型,全重2000公噸的概念翼地效應機。此機可以搭載超過1000個乘客高速往返目的地而價錢又便宜。氣墊船亦經常被稱為是翼地效應機或地效艇,實際上這是錯誤的。

特點:航速快、承載量大、隱形效果好、適航性優異,能貼近地面或海面、沙漠或沼澤表面飛行。用於軍事目的,可以利用雷達的盲區,悄無聲息地快速接近目標,用於突擊登入,能夠輕易越過岸邊反登入障礙物和水雷。

地效艇 地效艇

飛行原理

當運動的地效艇貼近水面飛行時,氣流流過機翼後會向後下方流動,這時水面將產生一股反作用力,當它在距離水面等於或小於1/2翼展的高度上飛行時,整個機體的上下壓力差增大,升力會陡然增加,阻力減小,阻擋飛行器機翼下墜。這種可以使飛行器誘導阻力減小,同時能獲得比空中飛行更高升阻比的物理現象,被科學家稱為地面效應,並由此開闢了地效飛行技術。

優點介紹

速度快

由於它在水上飛行,它的航速是普通艦艇的10倍甚至10倍以上,是氣墊船的3倍以上。

安全性高

地效艇在距離水面1~6米的高度低空飛行,一旦出現緊急情況,可隨時在水面降落。在軍事上它可以利用對方探測雷達的盲區,對方很難發現,躲避對方艦載和防空火力的攻擊。

抗浪性

小型機可抗浪1米左右,中型機可抗3米左右的浪,大型機對5米的浪也無需過慮。必要時還可飛到幾十米乃至上千米的高度。

設計與製造費用均比飛機低

地效艇售價約為同級飛機的50%~60%,比購買一架飛機或一艘軍艦的效費比高得多。另外,地效飛行器利用襟翼,能自如地倒退、懸停,以及垂直起降,在軍事上運用地效艇進行登入、機降和反潛作戰,都將是十分有效的手段。

地效艇用途廣泛

在軍事領域,地效艇除可用於攻擊敵艦艇及實施登入作戰外,也可用於執行運送武器裝備、快速布雷、掃雷等任務,還可為海軍部隊提供緊急醫療救護。在民用領域,地效艇不僅可用於客、貨運輸,還可用於水面巡邏、搜尋救援、旅遊觀光、遠洋漁船和鑽井平台換員運輸、通信保障與郵遞等,用於跨海洋運輸有較好的經濟性和安全性。有人預言,地效飛行器的出現,將引起21世紀海上交通運輸的革命。

儘管地效飛行器使用前景廣闊,但至今發展尚有不少技術障礙。

研發歷史

蘇聯

美國間諜飛機早在80年代初就已經在蘇聯的裏海上有一個奇怪的飛行體,它以令人不能置信的速度,在任何雷達都探測不到的低空飛行於裏海之上。美國軍事專家給這個飛行體起了一個名字“裏海怪物”。

俄羅斯把這種飛行體稱為“地效飛行器”或“地屏飛行器”。從結構上說它是飛機,但卻貼著地面。它利用地面效應,在機體下形成一個空氣捲筒,它隨著飛機運動。通過三角形的相應承載面,這種效應更為加強。由於在“空氣卷”上的沒有行作用,在起飛重量相同的條件下,移動的效率比常規飛機高出足足40%。巨大的噴氣發動機在前頭將吸入的空氣斜射到支承面下,從而加強這種飛行器的作用。真正的飛行是依靠裝在尾部的其他發動機實現的。

“地效飛行器”裝備載有核彈頭的巡航飛彈或者火箭。“裏海怪物”航程7500千米,能夠以800千米的時速將850名士兵運送到世界各地,而且不會被任何雷達發現。德國聯邦情報局早在1975年已經知道,有一種型號的“裏海怪物”起飛重量500噸。翼展50米,能夠載入約200噸。為了證明目前建造民間救援用的“地效艇”是可信的,人們展示了至今無人看過的、嚴格保密的演飛影片。

俄羅斯研製的這種民用“地效艇”本來也是為軍事目的而建造的,但上方的火箭管和內部裝的軍用儀器已被取消了。這種飛行器的軍用儀器也被取消了。這種飛行器足有100米長,尾翼有足球場那么寬,它的總重量要達到400噸。推進器是八部噴氣發動機,這是俄羅斯飛機製造工業所能夠提供的最大噴氣發動機。

中國

中國地效飛行器之父是畢業於清華大學的李緒鄂。

1998年在我國地效翼艇的發展上是有歷史意義的一年。這一年的上半年,“信天翁”3型(XTW-3)12座掠海地效翼艇在廣西北海港外海域繼續進行海上試驗試航。下半年DXF100型15座地效飛行器(艇)在湖北荊門漳河水庫,由中國科技開發院召開新聞發布會時進行了水上掠航演示。12月,“天鵝”號(751型)15座動力氣墊地效艇在上海澱山湖上海船舶工業公司舉辦的新聞發布會時也進行了水上掠航演示,同時宣布已通過系列試驗及中國船舶工業總公司的驗收。更可喜的是,中國船舶工業總公司組織中國船舶科學研究中心研製的“信天翁”4型20座鋁合金掠海地效艇,1998年已在求新造船廠進入總裝,預計1999年建成並開始海上試驗。這一系列成果把我國的地效翼艇開發事業向實用化、工程化、商品化推進了可喜的一步。

以上幾型艇都是12~20座客艇,艇重4~8噸,大體上屬於同一檔次的小型地效翼客艇。但是,卻採取了不同的氣動布局結構,不同的主艇體線型、主翼截面、形狀,不同的結構材料、工藝措施,不同的機槳匹配裝置,不同的下水登入方案。對進一步針對營運水域的選優則還有待在實踐中逐步見分曉。這幾年來,依靠國內技術力量充分吸收了航空工藝技術、空氣動力技術、航空發動機技術、氣墊技術、高性能總體技術等方面的技術儲備,經過大量的、艱巨緊張的研究試驗,技術攻關,設計計算,取得了不同程度的設計和工藝方面的技術進步成果,也積累了各種成功的經驗與挫折的教訓,形成了三支各有所長,各具特色的技術隊伍,在競爭中促進了地效翼艇技術的發展。

地效艇在國際上和國內均沒有正式的設計建造入級規範檔案。中國船級社從1990年起派上海船檢局審圖中心參加“信天翁”2型艇審圖工作開始,隨後也參加了信天翁3型、4型,751型和DXF100型艇的審圖。1995年成立地效翼船安全專題通信小組,已在1995年6月通告國際海事組織設計設備分委員會,我國專家組將參加地效翼船安全要求編寫的國際工作組。上海船檢局在我國地效翼船研究開發單位支持參與下,於1998年初出版了《地效翼船檢驗指南》,編為中國船級社GD010-98號指導性檔案。儘管內容上還有不少值得商榷的問題,更沒有達到法規的完善配套與權威性,但這個檔案也體現出我國地效翼船技術及相關工作的進步,填補了空白,又提高了我國在國際海事組織中的技術地位。

地效翼艇是21世紀面向市場、服務戰場的新型水上運載工具,又是有著軍民結合、平戰轉換前景的高科技產業化的重要目標。

但是必須清醒地認識到,我國地效翼艇發展還處於初級階段,不可盲目樂觀,過高估計開發實用船艇的能力。值得注意的問題有:

(1)目前已能在內湖區或近海區試驗的幾型艇為完善商品化,進入實用化的工程技術量還不小。比如保持在各種海情、工況的平穩操縱性、全艇減振、降噪、隔熱、消防措施、下水登入實用措施等都要徹底解決,有的還須加大基礎理論研究。

(2)關於在惡劣氣象,特別在海上有風浪的複雜條件下安全航行。這方面必須進一步解決耐波性,達到每年所需的營運時間或海上作戰使用要求,為此試驗的深度和廣度都要加大,各項設計參數必須在有用戶參與制定的試驗大綱下加以嚴格考核驗證,才能得出可保證的性能。

(3)關於與民航飛機、高速汽車、火車及其它高性能船方面的對比。為了使地效翼船艇能在未來的現代化交通工具中真能分得一塊市場,必須在經濟性、安全性、舒適性方面下大功夫,這不僅要從升阻比,負載與艇重比、單位客公里的油耗等技術經濟指標上不斷改進艇本身技術,還要包括新艇型所要求改進的地方。

(4)國內研製的地效翼艇多數還採用美國進口的萊康明系列活塞式發動機,只“天鵝”號選用了國產機,有的艇的螺旋槳、傳動軸、複合材料等也是引進的。今後如何全面國產化,也得提上議事日程。

(5)國外不僅是俄國,近年來其它國家在地效翼艇開發上也有相當進展,而且也顯出多途徑的特色,在國內自力更生研究為主的基礎上,廣泛吸收借鑑外國先進技術,避免重複其它國家已發生過的失誤或彎路,應當多方面開展交流合作。而且只有確切地了解外國發展水平才能恰如其分地評價我國目前已達到的技術水平。

看來這一切都有待地效翼艇研究開發單位及其領導部門集中人力、物力、財力來解決,而且要和其它配套協作工業部門、航運和旅遊部門、軍事和海洋管理部門等,採用更合理的機制,加強組織領導,攜手共建,才能創造出一個21世紀新一代地效翼船艇開發套用的嶄新局面。

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