美国气垫登陆艇主动力装置的发展及其对总布置的影响
国外气垫船的发展现状
击力量，力求在最短的时间内“震慑”和“征服”对方。
因此，了解气垫船的技术创新发展历程，对于元。
改造升级后的新型“野牛级”
气垫船，船体呈方型浮桥结构，比
较稳定，适于航海。
其上层建筑分
4叶片可变距推进风扇，此型风扇
直径5.5m，能推进船身前进并控
制方向；另外两具MT-70燃气涡
面导弹和3挺12.7毫米机枪，也可装载4枚水雷。
艇上还携带有4艘6人充气艇。
因而气垫船的隐蔽性能和两栖机动
作战能力受到一定制约。
为此，未
来气垫船将考虑应用先进动力系
气垫船既不需要发动机，也不需要
螺旋桨。
能有效地消除噪音，降低
红外辐射，从而大大提高其快速机。
气垫船原理及先进制造水平
气垫船工作原理及先进制造水平(张媛媛20121676孙建 20121678刘超杰20121701许杉20121729)摘要：气垫船是一种以空气在船只底部衬垫,利用船底与水面间的高压气垫作用,让船体部分或全部提升,能够快速水上行进的运载工具。
本文主要对气垫船的工作原理、世界上气垫船的最先进制作技术以及我国气垫船的研究和制造水平进行了概要论述。
关键词：气垫船工作原理最新技术研究和制造水平前言：作为一种理想的海洋登陆运载工具,气垫船自诞生之日起就受到了人们的重视。
它是一种以空气在船只底部衬垫,利用船底与水面间的高压气垫作用,让船体部分或全部提升,能够快速水上行进的运载工具,人们称之为气垫船或者气垫登陆艇。
由于气垫船不是排水型舰船,航行时不需要利用水的浮力支持船体,因此除了可以在水面航行,还可以在沼泽地、湿地以及较为平坦的陆地上行驶。
这些功能是其他水面舰船所不具备的优势,因此可作为江河湖海的运载工具,广泛用于运输大型货物,在那些浅水急流、江河上游险滩、沼泽地带、浅海滩涂、河口近岸以及冰雪地段航行更能够体现出气垫船的使用价值。
一、气垫船分类及工作原理气垫船按照垫升方式可分为全垫升式和部分垫升式[1]。
全垫升式气垫船又称为全浮式气垫船,是在船底四周设有柔性橡胶围裙,约束空气形成,使得整个船体在压缩的空气作用下升离水面,使用空气螺旋桨推进,用空气舵控制方向（如图1）;而部分垫升式气垫船,也称为侧壁气垫船[2],是在船体两侧设置刚性侧壁,而在船首和船尾下螺旋桨或喷水装置,其能航行于水面,航行速度高于普通船只,但是低于全垫升式气垫船。
显然全垫升式气垫船是一种很好的登陆工具。
工作原理：气垫船是利用高压空气在船底和水面（或地面）间形成气垫，使船体全部或部分垫升，从而大大减小船体航行时的阻力，实现高速航行的船只。
气垫是用大功率鼓风机将空气压入船底下，由船底周围的柔性围裙或刚性侧壁等气封装置限制其逸出而形成的。
（如图1）气垫船风机提供有效升力和推力，使得气垫船安全的行进。
气垫船工作原理
气垫船工作原理
气垫船是一种利用气垫技术进行悬浮和推进的水上交通工具，它具有高速、平稳、灵活的特点，被广泛应用于水上救援、军事巡逻、旅游观光等领域。
那么，气垫船是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨气垫船的工作原理。
首先，气垫船的悬浮原理是基于气垫效应。
当气垫船内部的风机启动时，高压
空气会被喷射到船体底部的气垫槽中，形成一层薄薄的气垫。
这层气垫可以有效减小船体与水面之间的接触面积，从而减小了摩擦阻力，使得船体得以悬浮在水面上。
这种悬浮方式使气垫船具有了与传统船舶不同的航行特性，能够在水面上快速、平稳地移动。
其次，气垫船的推进原理是通过风扇推进和舵控来实现的。
气垫船的风扇通常
安装在船体的尾部，当风扇启动时，会产生强大的气流，推动船体向前运动。
而舵控则可以通过调节风扇的方向和速度来控制气垫船的航向和速度。
通过这种推进方式，气垫船可以在水面上实现快速、灵活的航行，适用于各种复杂的水域环境。
此外，气垫船的稳定原理是基于气垫的稳定性和船体的设计。
气垫船的气垫层
可以有效减小外界的冲击和波浪对船体的影响，使得船体在航行过程中能够保持平稳。
同时，气垫船的船体设计也非常重要，通常采用流线型的设计和轻质材料制造，以减小空气阻力和提高船体的稳定性。
总的来说，气垫船的工作原理是基于气垫悬浮、风扇推进和舵控的技术实现的。
通过这些原理的结合，气垫船具有了高速、平稳、灵活的航行特性，成为了现代水上交通工具中一种重要的形式。
希望通过本文的介绍，能够让大家对气垫船的工作原理有更深入的了解。
气垫船的原理
气垫船的原理气垫船是一种利用气垫技术来减少船体与水面摩擦阻力，提高船舶速度和操纵性的船舶。
它的原理是利用高压空气在船体底部形成气垫，使船体脱离水面，从而减小了水与船体之间的接触面积，减少了摩擦阻力，提高了船舶的速度和操纵性。
下面我们来详细了解一下气垫船的原理。
首先，气垫船的原理基于伯努利定律和气体动力学原理。
伯努利定律指出，在流体中，流速增加时，压力会降低。
气垫船利用这一原理，通过向船体底部喷射高压空气，形成气垫，使船体脱离水面，从而减小了水与船体之间的接触面积，减少了摩擦阻力。
其次，气垫船的原理还涉及到气垫的稳定性和控制。
气垫船通过控制气垫的压力和分布，可以实现船体的悬浮和操纵。
一般来说，气垫船的气垫系统包括气源系统、气垫分布系统和气垫控制系统。
气源系统负责提供高压空气，气垫分布系统负责将高压空气喷射到船体底部形成气垫，气垫控制系统则负责控制气垫的压力和分布，以实现船体的悬浮和操纵。
最后，气垫船的原理还涉及到船体设计和结构。
气垫船的船体一般比传统船舶更宽，以容纳气垫系统和提供更大的浮力。
此外，船体底部还需要设计成平坦或凸起的形状，以便形成气垫。
在船体结构上，气垫船需要考虑气垫系统的布置和船体的强度，以确保船体能够承受气垫系统产生的压力和船舶运行时的各种载荷。
总的来说，气垫船的原理是利用高压空气在船体底部形成气垫，使船体脱离水面，减小了水与船体之间的接触面积，从而减少了摩擦阻力，提高了船舶的速度和操纵性。
气垫船的原理涉及伯努利定律、气体动力学原理、气垫的稳定性和控制，以及船体设计和结构等方面。
通过对气垫船原理的深入了解，可以更好地理解气垫船的工作原理和优势，为气垫船的设计、制造和运行提供理论支持。
气垫船的发展历史
气垫船的发展历史气垫船的发展历史有100多年。
100多年前，人类就设想利用气垫来作运输工具，但当时的科学技术极端落后，这一设想仅仅只能停留在设想阶段。
直到近10年来，由于周边射流理论、高速柴油机及气轮机的迅速发展，气垫船的围裙不断改进，才使气垫船的建造成为可能。
气垫船的发展大约经历了以下3个阶段：第一阶段在1953-1958年，称为研究和试制阶段。
1953年，英国人科克雷尔首创了完整的气垫理论，证实了周边射流可有效地保持气垫，并应用此理论研究气垫船。
1958年，人类历史上的第一艘气垫船SR一N1型气垫船终于在英国诞生。
第二阶段在1959-1964年，称为走向实用阶段。
先前的气垫船采用的是刚性喷口和没有围裙的周边射流。
1960年，在SR一N1气垫船上，首次使用近半米高的围裙，这种围裙是周边射流的柔性延伸，有了围裙，气垫船就像汽车有了轮胎一样，能高速地在水面和陆地上行驶。
1961年5月，英国人宜称：气垫船可作为民用客船、渡船和军用的登陆艇、反水雷艇和快艇。
1963年，英国人在建造SR一N2型气垫船时引进了气囊结构，使围裙的高度和承受波浪冲击的性能均有显著提高。
1964年，英、美等国对气垫船的围裙连接方法、飞升、推进和操纵装置等方面都作出了很大的改进。
第三阶段从1966年至今，称为全面发展阶段。
1967年，英国在SR一N3型气垫船上使用囊指型围裙，它使气垫船的耐波性和适航性都有较大改善，为气垫船向大型化和军用方向发展创造了条件。
1968年，英国气垫船公司建成了180吨重的大型高速客运气垫渡船，它的研制成功，告诉人们气垫船在民用方面同样大有可为。
从上面的介绍可见，英国在全浮式气垫船方面一直处于领先地位，这与英国政府的大力支持是分、不开的。
1958-1972年，英国政府先后拨款达1130万英镑，这无疑加快了气垫船的发展步伐。
美国政府对气垫船技术也是十分重视，只是发展与英国不同。
美国从1960年起，主要将精力用在研制侧壁式气垫船上。
燃气轮机在船舶动力方面的应用
燃气轮机在船舶动力方面的应用燃气轮机在船用动力方面的应用与发展邵高鹏摘要：介绍船用燃气轮机的工作原理和特点，对比燃气轮机和内燃机性能的优缺点，总结燃气轮机应用于船用动力的现状和未来的发展方向。
关键词：船用燃气轮机；原理；应用；发展方向；1．引言燃气轮机动力装置在50年代开始用于船舶，在此之前，水面舰艇都已蒸汽轮机和内燃机作为其动力装置，大型舰船以蒸汽轮机为其主要的动力装置，蒸汽轮机的优势在于技术相对简单，制造相对容易，但是其同样存在油耗大，占用空间大等等劣势，而柴油机的单机功率有限，必须采用多机并用。
并且于燃气轮机汽固有的一些优点，使得它逐渐向柴油机动力在船舶动力上的统治地位发起了挑战。
最初的燃气轮机还只能应用与军用舰艇，但是随着燃气轮机技术的发展，燃气轮机在商船上也逐步得到了推广。
2．船用燃气轮机的工作原理船用内燃机的循环模式可以分为简单开式循环，其工作过程同内燃机类似，也可以分为吸气、压缩、做功及排气四个工作行程，但是与内燃机又有很大的不同，下图中是一种燃气轮机的结构示意图。
轴流压气机的转子高速回转，在压气机的进口处产生吸力，将新鲜空气吸入压气机，对应着吸气的过程。
空气在轴流压气机中增压，压力和温度都有升高，空气继续流动经过扩压器，减速增压进入燃烧室中，此时的空气温度和压力都较高，比容很小，这就实现了空气的压缩过程。
在空气进入燃烧室的同时，燃油同时喷入与空气混合形成可燃混合气，点燃后迅速燃烧，温度继续升高，而压力变化不大；高温高压的燃气，经过涡轮的静叶的导向之后冲击涡轮的动叶叶片，推动叶片使涡轮转子高速转动而产生转矩。
涡轮常分为两级，第一级涡轮上产生的转矩用于驱动与之联动的压气机，第二级涡轮上产生的转矩经过传动轴和减速箱输出，这就是燃气轮机的燃烧和做工过程。
经过两级涡轮的燃气经废气箱和烟囱排入大气，是燃气轮机的排气过程，这部分气体中仍然含有一些能量，可以把这部分能量加以利用来提高整机的工作效率。
气垫船的原理
气垫船的原理气垫船是一种能够在水面上高速行驶的特殊船只，其原理是利用气垫技术，通过在船体底部产生气垫，减少了船体与水面的摩擦力，从而实现了高速行驶。
气垫船的原理主要包括气垫系统、推进系统和操纵系统三个方面。
首先，气垫系统是气垫船的核心部件，它通过向船体底部喷射高压空气，形成船体底部的气垫，使船体悬浮在水面上。
气垫系统通常由气源、气垫舱、气垫孔和控制系统等组成。
气源通常是由船体上的内燃机或涡轮机提供动力，通过压缩空气产生高压气体。
气垫舱是储存和分配气体的空间，气垫孔则是将高压气体喷射到船体底部形成气垫的通道。
控制系统则是控制气源的工作状态，调节气垫的压力和稳定船体的悬浮状态。
其次，推进系统是气垫船实现高速行驶的关键。
推进系统通常由发动机、推进器和传动系统组成。
发动机通常采用内燃机或者涡轮机，通过燃烧燃料产生动力。
推进器则是将发动机产生的动力转化为推进力，从而推动气垫船在水面上高速行驶。
传动系统则是将发动机的动力传递给推进器，实现推进系统的工作。
最后，操纵系统是气垫船实现转向和操纵的重要部件。
操纵系统通常由舵轮、操纵杆、舵机和控制系统组成。
舵轮通过操纵杆和舵机的作用，可以改变气垫船的航向和转向，实现船体的操纵。
控制系统则是控制舵轮和舵机的工作状态，使气垫船能够灵活地在水面上行驶。
综上所述，气垫船的原理是利用气垫技术减少船体与水面的摩擦力，实现高速行驶。
通过气垫系统、推进系统和操纵系统的协同作用，气垫船能够在水面上实现高速、灵活的行驶，具有很大的应用前景。
希望通过本文的介绍，能够更好地理解气垫船的原理和工作原理。
气垫船工作原理
气垫船工作原理
气垫船是一种利用气垫技术在水面上飞行的船只，它的工作原理主要依赖于气
垫效应和推进装置。
气垫船通常由船体、气垫装置和推进装置三部分组成，下面将分别介绍其工作原理。
首先，气垫船的船体设计采用了特殊的结构，通常是采用平底或者V型底设计，以便在水面上形成气垫。
当气垫船行驶时，船体下方的气垫装置会向外喷射高压空气，这些空气会在船体底部形成一个气垫层，使船体浮在水面上。
这种气垫层能够减小船体与水面之间的摩擦力，从而减小了船体的阻力，提高了船的速度和操控性能。
其次，气垫船的推进装置通常采用喷气推进或者螺旋桨推进。
喷气推进是指通
过向后喷射高速气流来产生推进力，而螺旋桨推进则是通过螺旋桨在水中旋转产生推进力。
这些推进装置能够为气垫船提供足够的推进力，使其能够在水面上飞行。
综上所述，气垫船的工作原理主要包括船体设计、气垫装置和推进装置。
通过
合理的船体设计和气垫装置的运作，气垫船能够在水面上形成气垫层，减小摩擦力，提高速度和操控性能。
同时，有效的推进装置也能够为气垫船提供足够的推进力，使其能够在水面上飞行。
这些工作原理的结合使得气垫船成为一种快速、灵活的水面交通工具，被广泛应用于水上救援、海上巡逻、旅游观光等领域。
总的来说，气垫船的工作原理是通过船体设计、气垫装置和推进装置的合理运作，实现在水面上飞行的目的。
这种独特的工作原理使得气垫船在水上交通领域具有独特的优势，成为了一种重要的水上交通工具。
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［研究与设计］美国气垫登陆艇主动力装置的发展及其对总布置的影响张宗科（中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011）［摘要］全垫升气垫船垫态高速运行于水气界面，类似于飞机，因此对重量要求极为苛刻。
具有水陆两栖性的气垫登陆艇属于全垫升气垫船，主要运载主战坦克等重型装备实现超越式干登陆，其装载量大而主尺度又往往受限，故只能采用单位重量功率大的小档燃气轮机作为主动力。
美国气垫登陆艇代表了目前气垫船的最高技术水平，因装载需要而采用首尾贯通的敞开式装载甲板，其边岛式上层建筑留给燃气轮机的布置空间十分有限，并且高温、高湿、高盐的工作环境对船用燃气轮机提出了更高要求。
文中介绍了TF 系列船用燃气轮机在JEFF A/B 、LCAC 、LCAC （SLEP ）、SSC 上的应用，并就其技术发展对总布置的影响进行了初步分析。
［关键词］全垫升气垫船；船用燃气轮机；气垫登陆艇［中图分类号］U674.775［文献标志码］A［文章编号］1001-9855（2012）06-0001-07Development of main power system in US landing craft aircushion and its influence on general arrangementZHANG Zong-ke（Marine Design &Research Institute of China ，Shanghai 200011，China ）Abstract ：The requirement of weight of air-cushion vehicle is very strict due to the high speed of cushion when it hovers at water/gas interface ，similarly as a plane.The amphibious LCAC is an air-cushion vehicle ，which mainly used in heavy arming such as tanker for over-the-horizon dry landing.Due to its great loading and limited scale ，LCAC has to adopt slow gas turbine as main power ，whose weight-power ratio is high.The US LCAC has been taken as the representation of the best air-cushion vehicle technology over the world.It adopts the open-end loading deck to meet the loading requirement ，uses the peninsula type superstructure which restricts the space for gas turbine ，and has more requirements because of the high-temperature ，high-humidity ，high-salinity environment.This paper introduces the TF series marine gas turbine applied in JEFF A/B ，LCAC ，LCAC （SLEP ），SSC ，and analyzes the influence of technical developments on general arrangement.Keywords ：air-cushion vehicle ；marine gas turbine ；landing craft air cushion （LCAC ）［收稿日期］2012-08-22；［修回日期］2012-09-15［作者简介］张宗科（1973-），男，汉族，工程师，研究方向：气垫船设计研究。
引言美国气垫登陆艇（LCAC ）属于全垫升气垫船，依靠船体下部围裙构成的气垫基本悬浮在运行表面之上，高速航行于水气界面，可装载重型主战坦克实现超越式干登陆。
它可由母舰坞载至目标附近的海域，不需专用码头而自行冲退滩，使全世界适合登陆的海岸线由17%激增至70%以上，是两栖登陆作战的一柄利刃。
在最近的环太平洋军事演习及在关岛举行的日美“夺岛演习”中，LCAC 都扮演了不可或缺的角色。
气垫登陆艇所需功率中，约1/3用于垫升、2/3用于推进。
类似于飞机，气垫登陆艇的重量对性能影响也至关重要。
为此气垫登陆艇大量采用航空设备，如船体采用铝合金建造、主动力装置采用轻型燃气轮机、推进采用导管空气螺旋桨、操纵控制采用空气舵与艏喷管、采用400Hz 的中频航空电制等。
随着2012年7月9日Textron Marine &Land Systems 团队以2.13亿美元中标设计建造SSC （Ship-to-ShoreConnector ，舰岸连接器）首制艇［1］，美国的气垫登陆艇迄今已发展到第4代，其发展历程见图1［2］。
图4JEFF A 与JEFF B 外观图TF40是美国Textron Lycoming 公司的TF 系列工业/舰船用燃气轮机中功率较大的一种型号，而TF40B 是专门为美国海军气垫登陆艇设计的船用燃气轮机。
TF 起源于Avco-Lycoming 。
1995年，Textron Lycoming 公司被Allied Signal （Honeywell Engine &Systems ）公司收购；1999年6月，Allied Signal 公司和德国MTU 组成合资公司（Vericor Power Systems ）。
目前Vericor OEM 生产由航空技术为核心的专为海洋与工业环境设计的TF 与ASE 系列燃气轮机。
TF 系列船用燃气轮机早期的TF20，是以T55-L-5直升飞机发动机为核心并经船用化改进而来。
如今，TF 系列船用燃气轮机已从JEFF 上的TF40历经TF40B 、ETF40B 、TF50，发展到了TF60甚至未来的TF70。
如图2所示［3-4］。
1JEFF 上的应用美国LCAC 的坞载理念，最早可追溯到贝尔宇航公司（Bell Aerospace Textron ）于1963年设计建造的不带围裙的水面滑行艇SKMR-1。
它首次采用导管空气螺旋桨推进，且可自由进出母舰的坞舱，见图3［1］。
美国海军的LCAC 起始于1965年的两栖攻击登陆艇计划（AALC ）。
1971年，美国海军船舶系统指挥部分别与通用喷气公司（Aerojet Liquid RocketCompany ）和贝尔宇航公司签订了JEFF A 、JEFF B的原型艇设计建造合同，见图4。
为便于主战坦克等重型装备的装载与卸载，采用前后贯通的装载甲板及首尾跳板，故上层建筑只能采取位于两舷的边岛图1美国气垫登陆艇的发展历程1970’s1980’s1990’s2000’s2010’sLCACLCAC （SLEP ）SSCJEFF A /JEFF B图2TF系列船用燃气轮机的发展历程图3可进出母舰坞舱的SKMR-1式，参见图5。
JEFF A 的动力系统采用6台TF-40燃气轮机，每舷3台，前后两台分别驱动一套摇头变距导管空气螺旋桨用于推进，中间一台驱动4组离心式风机用于垫升。
JEFF B 的动力系统也采用6台TF-40燃气轮机，每舷3台TF-40通过齿轮箱并车后，向前驱动两组双进风离心式风机用于垫升及为艏喷管供气，向后驱动一套变距导管空气螺旋桨用于推进，其中艏喷管供气气流可切换至用于垫升，艏喷管提供部分推进力，可改善进出母舰时操纵性及抗侧风能力。
图5JEFF A 与JEFF B 的动力系统布置示意图2LCAC 上的应用1981年6月，美国海军与贝尔宇航公司签订了LCAC （Landing Craft ，Air Cushion ，全垫升气垫登陆艇）的详细设计合同。
LCAC 即为AALC 计划的产物。
LCAC 每舷艇尾机舱内横向布置两台TF40B 燃气轮机（总共装备4台），总功率为11931kW （16000hp ）。
两台TF40B 通过锥形直角齿轮箱并车，向后驱动导管螺旋桨、向前驱动垫升风机，两齿轮箱之间通过离合器实现连接和断开，可保证在一台燃气轮机故障的情况下轴系仍能工作，参见图6。
图6LCAC 的动力系统布置示意图DUCTED PROPDUCTED PROPTF40FAN FAN FAN FAN TF40TF40BOW THRUSTERNOZZLEFANFAN TF40TF40TF40CLUTCHDUCTED PROP驱动导管空气螺旋桨主机#4主机#2驱动垫升风机左舷右舷驱动垫升风机驱动导管空气螺旋桨主机#1主机#3船首12段钢轴8套齿轮箱2台60kVA 发电机4叶导管空气螺旋桨4台2949kW燃气轮机4台1.6m 直径垫升风机张宗科：美国气垫登陆艇主动力装置的发展及其对总布置的影响截至2006年，美国海军与贝尔宇航公司已为LCAC 项目生产了400多台TF40B ，如：用于美国的90艘（LCAC1~LCAC90）与出口日本的6艘LCAC ，以及芬兰的T-2000，使用经验均已超过25年［5］。
TF40B 为冷端驱动套轴燃气轮机，采用模块化设计，便于拆卸及替换。
模块化的关键点是：模块并不针对某一台给定的发动机，而是可以在不同发动机之间互换使用，从船舶SHIP &BOATVol.23No.6December ，2012第23卷第6期（总第138期）2012年12月3LCAC （SLEP ）上的应用始于2000年的LCAC 延寿计划主要包括以下几个方面：改进主机（TF40B 升级到ETF40B ）、采用深型围裙、浮箱整修、旋转机械整修、C4N （Command ，Control ，Communications ，Computers &Navigation ）升级换代。
与TF40B 相比，ETF40B 主要改进了压缩机模块，增加动力涡轮第一级喷管的通流面积，以全自主数字引擎控制（FADEC ）系统替代原TF40B 上的模拟控制系统，其持续功率提高7%，最大瞬时功率提高15%，在华氏100度时，最大功率可达3542kW ，同时提高燃油效率，显著减少维护工作。
将FADEC 系统内嵌到原控制与报警监控系统（CAMS ）内，以简化维护难度、提高故障诊断能力并减低全寿命周期费用。