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1、水面作战舰艇关键能力之走：高效机动的快腿 走，就是水面作战舰艇进行机动的行为。作为水面舰艇作战行动的重要支撑和方式，良好的机动实力不仅有助于舰艇躲避或摆脱敌方攻击，阻碍敌方武器的运用或降低其效果，同时也有助于抢占和保持有利阵位，充分发挥己方武器的威力。对于现代水面战舰来说，“跑得快、走得稳、待得久”是基本要求。 跑得快：快速机动实力 航速是舰队整体行动的基本保障，没有哪个国家的海军希望自己的舰队缓慢得像静止靶标一样供敌方练习反舰武器。并且，较高的航速还能为水面舰艇在近程防卫系统被突破后供应最终的“绝命机动”。因此，最高航速始终是水面作战舰艇的重要战技指标之一，其主要由舰艇动力装置所能供应的最大
2、推力和行进中遇到的各类阻力确定。 推动系统：螺旋桨的“空化”制约动力是确定水面舰艇最高航速的根本因素，没有足够的动力一切机动行为都是“空中楼阁”。二战以来，尽管水面舰艇动力装置在输出功率上有了长足进步，但由于推动系统没有发生类似于飞机从螺旋桨推动到喷气推动的革命性改变，因此，水面舰艇的推动功率并没有实质性的提高，从而导致舰艇的最高航速难以取得突破。目前来看，大中型水面舰艇照旧采纳螺旋桨推动方式，而螺旋桨在转动过程中产生的空化现象是制约舰艇推动功率的主要因素。众所周知，在标准大气压下，温度达到101，水就会沸腾，“沸腾”的表现就是冒气泡的现象。不同温度下，水沸腾的压强是不同的，这个压强称为饱和蒸
3、汽压，也称蒸汽压。 舰艇螺旋桨在达到肯定转速后，桨叶吸力面上的最大流速处的压力降到该处温度下的饱和蒸汽压，此处的水流就会沸腾，从而在桨叶吸力面上形成了大量气泡，随着螺旋桨转速接着提高，空泡区域会渐渐扩大直至覆盖整个吸力面，这就是所谓的空化现象。 空化现象分为两个阶段：假如空泡已经出现，但还没有扩展到桨叶的整个吸力面，则属于第一阶段；当空泡已扩展至桨叶的整个吸力面，并且越出其边界时，则属于空化的其次阶段。在第一阶段空化时，沿桨叶的压力分布发生了改变，但由于压力分布面积的减小能为这种压力的重新分布所增加的部分所补偿，因此它对螺旋桨的推力、力矩和效率均不会产生影响。当进入其次阶段时，桨叶吸力面上的压
4、力将稳定在饱和蒸汽压力值上，但其推力面上的压力将总是随着绕流速度的增加而降低，这样，螺旋桨的转动效率也将随之下降，从而导致舰艇航速受限。 美国海军“独立”级濒海战斗舰采纳穿浪三体船型设计，其两侧水线部分特别狭窄，在保证高速性能的同时也兼顾了高海况下的稳定性 螺旋桨的空化现象最早由英国人发觉。1894年，英国研制的小型驱除舰“英勇号”试航时，螺旋桨转速只能达到384转/分，比额定设计转速低1.54%，几经调试，直到18101年，项目总师才摸清缘由，并发表论文说明是由于螺旋桨发生了空化现象，但并未引起关注。过了20年，当英国研制的新鱼雷艇“德林”号驶入大西洋试验时，空化现象依旧牢牢锁定住了本应提高
5、的航速。此后，人们才起先渐渐重视如何实行措施尽最大可能抵消螺旋桨空化现象所产生的负面效应。 如今，水面舰艇的推动系统正处于变革阶段，已出现了喷水和半潜桨的推动方式，但这些新技术还仅仅局限于小型舰艇，在大中型舰艇上还短暂看不到将来。短期来看，采纳传统推动方式的水面舰艇，即使在高速性能上下大力气，其最高航速也不会有较大突破（水翼艇、滑行艇等除外）。于是，如何优化船型设计以减小行进阻力就成为了提高舰艇机动力的主要途径。 舰艇线型：优化但不能消退的阻力舰艇在航行中，会受到两个层次的阻力，水面以上部分所受阻力主要来自于空气，水面以下部分阻力主要来自于水流。这大致分为摩擦阻力、涡旋阻力和突出体阻力三种。摩
6、擦阻力指舰艇与流体摩擦产生的阻力；涡旋阻力的产生是因为流体在经过舰艇尾部时会突然失去舰艇表面的“吸附力”而不得不与舰艇表面“分别”，这样在舰艇尾部形成了一个低压区，四周的气流（水流）向低压区补充产生了涡旋，而舰艏所受压力始终存在，这样头尾所形成的向后压力差就是涡旋阻力；突出体阻力指舰艇整体外突出部分所受的阻力，像螺旋桨、舵等附件所受阻力都属于此类。从流体力学原理可知（物体所受阻力大小与CSV有关，C为阻力系数，该值通常是试验值，和物体的受力面积、光滑程度和整体形态有关；为流体密度；S为物体受力面积；V为物体与流体的相对运动速度），水面舰艇所受阻力随着航速的增加而显著变大（特殊是摩擦阻力，其在低
7、速时占总阻力较小，高速时占比大，甚至达到50%以上），而流体密度通常为固定值，因此，减小阻力大多从减小受力面积入手。这里主要包括两个方面的内容：一是优化水下舰体设计；二是优化上层建筑设计。 中国海军022型导弹艇采纳了穿浪双体船型设计，能够达到4050节的超高航速。其水线以下部分如刀片一般，浸润面积和水下截面积很小，因此能够大大减小航行中的阻力 优化水下舰体设计。在水下部分，舰艇主要通过减小舰体与水接触那部分面积来降低阻力，也就是采纳较窄的流线型舰体设计。例如穿浪体也有利于减小水下阻力，它利用狭窄锐利的舰艏将行波切开，达到减阻效果。由于舰艏体积小，占舰体总浮力比例小，舰体不会在舰艏波作用下抬头
8、埋尾，而是破浪前进，原理与超音速飞机的尖锐机头颇为相像。伊拉克斗争中，美国陆军“先锋”号穿浪双体高速运输舰的航速达到了48节，从美国东海岸到科威特仅需17天，而一般后勤支援舰的航速仅10节，同样航程至少要40天。当然，舰体不能设计的过于狭窄，终归还要考虑到行进的稳定性，这样就出现了采纳多体设计的舰艇，例如中国海军022型导弹快艇和美国海军的“独立”级濒海战斗舰等，兼顾了高速和稳定，但容量不及单体船。另外，水面舰艇所受到的水流阻力除了上述三种阻力外，还有兴波阻力，即舰艇在行进时产生的波浪和水面的波浪共同作用的阻力。针对这个问题，大中型水面舰艇除采纳上述较窄的流线型舰体设计外，普遍通过安装球鼻艏的
9、方式抵消兴波阻力，减阻效果可达15%25%。不难发觉，上述设计都是从优化排水型舰艇的传统线型的角度来降低水流阻力，随着技术的发展，现在已出现全新线型的设计。例如采纳小水线面设计的美国海军IX-529“海影”号隐形试验舰，其大部分浮力由潜体产生，水线截面比穿浪体更小，形态更为狭长，减阻效果也就更好。还有滑行体和半滑行体设计，这种设计利用冲压力将舰体抬出水面，骑行于舰首波之上，而不像常规排水型舰艇那样推开或“翻越”舰首波，因此航速得以大幅度增加，例如各国海军装备的气垫艇就是滑行体设计，而美国海军装备的“自由”级濒海战斗舰则采纳的是半滑行体设计。此外，还有仿照飞机机翼升力原理的水翼式舰艇，其利用类似于机翼的水下升力面在航行时产生的动升力，将船体抬出水面，使得浸润面积和水线面积大幅度削减，摩擦阻力和兴波阻力明显降低。不过，上述新线型的设计仍旧只能应用于中小型水面舰艇，排水量3 000吨的“自由”级濒海战斗舰已是其中最大，况且还承受着高功耗的巨大压力，大型水面舰艇依旧只能在传统线型上不断优化。第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页