从儿时的“打水飘”游戏,到水翼艇的诞生,凌波飞舟不再是梦

前段时间,笔者连续几篇文章探讨了排水型船的航速问题。因为排水型船自身原理,存在无法避免的问题,限制了舰船航速的进一步提高,为此,对于超高航速(超40节)的舰船,工程师们不得不寻求新的技术思路。

从儿时的“打水飘”游戏,到水翼艇的诞生,凌波飞舟不再是梦

排水型舰船的航速进一步提高,困难重重

思路一,来自儿时的“打水飘”游戏

我们儿时玩的“打水飘”游戏,就是用很薄的石片、碎瓦片、碎瓷板等,按接近与水面平行的角度,用力将它甩出去,使它擦着水面跳跃前进。如果石片够薄,表面够光滑,角度够好,力度够大,石片就可以在水面飘行很远才停下。而“打水飘”这一游戏反应了一种物理现象:就是具有一定表面的物体,以一定的迎水角度(称为冲角)和速度沿水面运动时,水就会产生一个支承物体的力,我们称之为水动力。 基于这一现象,工程师们想到:既然水动力能支持石片等物体在水面飘行,那么同样也可以支承船体在水面飘行。为此,工程师们发明了滑行艇。

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“打水飘”游戏

滑行艇的特点:

滑行艇与一般舰艇的船型不同,它的底部比较平坦。当艇前进时,由于艇底向前挤压水,从而使底部的水压力升高形成水动力,水动力就把艇部分地托出水面。因为航行时,艇的前半部被抬出水面,从而它浸在水中的艇体部分减少,受到的水阻力也就大大减少。因此,滑行艇的航速与一般排水型舰艇相比,航速有较明显的提高。目前,滑行艇能较轻易的突破40节,所以被广泛应用在鱼雷快艇、救护艇、赛艇等高速舰艇上。

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快艇滑行于水面

滑行艇存在的问题:

滑行艇采用了较平坦的船底,虽然能产生水动力,利于舰艇高速航行,但是也带来了一些问题,如耐波性能较差。当滑行艇在波浪中高速航行,艇底与波浪相撞,艇底会受到波浪很大的冲击力,这不仅会造成艇体产生剧烈的震动,影响甚至破坏仪器设备的正常工作,还会影响艇员的战斗操作(军用滑行艇),严重时还会引起艇体的破裂,因而,滑行艇不适宜在较大的风浪中高速航行。同时,又因滑行艇在航行时,任然有一部分艇体浸在水中,所以它依然受到水的阻力和波浪的冲击,航速很难再进一步提高。加上滑行艇的滑行条件,受舰艇自重的影响很大,所以限制了滑行艇大型化的可能。

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军用快艇吨位都不大

思路二,来自鸟儿和飞机为何能在空中飞翔

因为滑行艇存在的一些问题,所以对于更高航速、吨位更大的高速舰船,工程师们又不得不寻求新的方案。鸟儿和飞机能在天上飞,是依靠翅膀和机翼在流体(空气)中产生升力。水同样是流体,且密度比空气大,按理说同等面积,产生的升力会更加大。那么有没有可能,给船舶也装上"翅膀",使它完全离开水面,凌波飞舟,这样能进一步提高航速,还能减小波浪的影响。基于这个思路工程师们又发明了水翼艇。

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机翼产生升力使飞机能翱翔天空(固定翼)

水翼艇的发展

水翼艇的早期发展:

有关水翼艇的设想早在1869年就有人提出过。第一艘水翼艇是意大利发明家安瑞柯——弗拉尼尼建造的,并于1905年在瑞士的马奇奥湖进行了试验。这是一艘排水量仅有1.65吨,主机功率75马力的小艇。其在第一次试航时,就跑出了37节多的高航速。但因为当时对水翼艇的理论研究工作不够,加上大马力的动力设备和轻量化的艇体材料没有得到解决,所以水翼艇并没有发展到实用阶段。

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安瑞柯——弗拉尼尼的水翼艇

随着科学技术的进步,直到第二次世界大战时的德国,才开始制造出了一些具有较高水平的民用和军用的水翼艇。如VS-10水翼鱼雷艇,排水量47.5吨,最高航速可达55节。德国水翼艇的优越性,得到了大家的关注,所以在第二次世界大战结束后,许多国家开始了水翼艇的制造工作。如瑞士、苏联、美国、意大利、加拿大等国家,都陆续制造出了自己的水翼艇。

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水翼艇,凌波飞舟不是梦

第二次世界大战后,水翼艇的发展大致分为两个阶段:

第一阶段,五十年代至六十年代初,是水翼艇试制并投入批量生产的阶段。在这期间,水翼艇主要是作为内河高速客船,吨位由9吨发展到100吨,航速则在35节左右。

第二个阶段,六十年代以后,水翼挺的发展方向是从内河到海洋,从民用到军用,吨位也从早期的100吨级,发展到320吨。近年来,虽然水翼艇的吨位没有明显的增长,但它的航速却大大增加,已普遍达40-60节,并且正朝着更高的航速大步发展(某国正在研制80节的水翼艇)。

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长江上的水翼艇

水翼艇的展望

随着电子技木、自动控制技术的发展,耐腐蚀的轻型艇体材料、威力强大且体积更小的导弹等新式武器的陆续出现,加上功率密度大的燃气轮机在舰艇上的应用,这些都为水翼艇未来的发展开辟了广阔的前景。

作者:小船人的梦想 2019年4月14号


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