库哥 2008-8-24 19:08
美俄中三国大型气垫登陆艇的发展[11P]
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说到登陆战， 可能很多人马上会想起《拯救大兵瑞恩》片头的血腥场面-堡垒里的机枪像死神挥舞的镰刀，肆意地收割生命，缺乏掩护的滩头，死亡从登陆艇舱门打开那一霎那就一直陪伴在陆战队队员身旁……自近代以来，由于各种火器、装备得到了长足的发展，而登陆装备并没有质的提高，抢滩登陆成为战争中风险最大的行动。以二战为例，西线的诺曼底登陆是人类有史以来最大的一次登陆战役。盟军为实施这一大规模的战役，共集结了多达288万人的部队。其中，陆军共36个师，包括23个步兵师、10个装甲师、3个空降师，约153万人；海军投入作战的军舰约5300艘，其中战斗舰只包括13艘战列舰、47艘巡洋舰、134艘驱逐舰在内约1200艘、登陆舰艇4126艘，还有5000余艘运输船；空军作战飞机13700架，其中轰炸机5800架、战斗机4900架、运输机滑翔机3000架。由于德军主力被战略欺骗牵制在法国加莱地区，诺曼底地区防御兵力薄弱，但盟军在拥有绝对制空权和制海权的绝对优势条件下，承受了得大的伤亡才完成了预定的战役目标。其中，仅美军就有19000人阵亡，103000人受伤或失踪；英军阵亡11000人，54000人受伤或失踪。相比之下，德军的损失是阵亡23019人，67060人受伤，198616人失踪或被俘。
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可见，传统登陆作战由于器材、设备的限制，人员装备上陆缓慢、集结困难，即使是在防守方相对弱势的态势下，依然要付出重大的损失，这迫使人们开始寻找更加有效的方法来完成登陆任务。在二战的炮火烽烟中发展出来的直升机，似乎指出了一条应对的道路-直升机速度快、能够垂直起降，可以绕过守军的预设防线，把士兵迅速投送到某个需要占据的要点，例如，在1956年的苏伊士运河危机中，英、法干涉军第一次大量动用直升机进行人员输送，有效达成了作战目标。然而，直升机的缺陷也非常明显-不能运输重装备！在守军动用装甲合成部队进行反击的情况下，机降部队连自保都成问题，更不要说突破推进了。所以，直升机只能用在机动突袭的场合，难以担当啃骨头的重任。因此，战后以美国为首的主要大国在发展登陆装备时，还是基本沿袭了二战的套路，主要装备以抵滩登陆为主。例如，美国在建造了4艘只能搭载直升机的“硫黄岛”级两栖攻击舰之后，就开始建造吨位更大、能搭载传统排水型登陆艇的“塔拉瓦”级两栖攻击舰。而“新港”级坦克登陆舰那条夸张的登滩吊桥，也从一个侧面证明了传统登陆方式的无奈。
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美国LCAC大型气垫登陆艇
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从上世纪70年代初开始，许多国家海岸防务武器不断增加和更新，传统的登陆作战方式已不适应现代海战的需要。为了改进和提高海军陆战队队员及其装备的运送能力，美国海军决定实施两栖攻击登陆艇的研究和发展计划。研究表明，由气垫艇执行两栖登陆任务，可在世界上所有海岸线的73%沿岸地区和滩头实施快速登陆攻击。相比之下，用传统登陆艇只能在17％的海岸地区进行登陆作战。
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为了有效实施两栖登陆艇的发展计划，1977年10月，美军在佛罗里达州的海军海岸系统研究中心建立了一个攻击快艇试验机构，负责新一代登陆艇的研制工作，并建造了JEFF（A）和JEFF（B）两艘160吨级试验艇。随后，通过对这两艘试验艇的测试和对比，美海军选择了以JEFF（B）型试验艇作为继续研制的基础，最终发展成现在的LCAC气垫登陆艇。 X |'Q
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按照最初计划，美国海军陆战队共需要108艘LCAC气垫登陆艇，用以支援其海上远征部队的两栖攻击作战。1984年初，美国国防部公布的计划中提出，至少需要90艘才能保证满足需求。同年，第一艘LCAC交付使用，到1986年才具备初始作战能力。最初的15艘LCAC分别由特克托隆海陆系统公司和埃汶达乐港湾航海公司生产，剩余76艘的生产合同最终由特克托隆海陆系统公司负责，最后一艘LCAC 91于2001年交付。
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结构特点 LCAC采用了简洁明快的开放式甲板构型，以一个扁平的铝合金箱型主承力结构为基础，箱体上平面是主甲板，内部则布置有燃油舱、水密隔舱、风道等，底部是允许直接接触地面的加强结构，箱体四周安装有气垫围裙。在非气垫状态时，浮力由箱体直接提供；气垫工况时，从垫升风扇送来的高压空气，经过风道进入艇的下方，产生的压力将整个登陆艇托起，升离水面。
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在主箱体顶部两侧中部，对称布置着左、右机舱，每个机舱里，横向布置了两台TF-40B燃气轮机，一台用于驱动垫升风扇，一台用于驱动空气螺旋桨。两台燃气轮机的输出轴通过联动离合器联接在一起。 &N:yJN+n%Y
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在机舱的前方是垫升风扇舱，舱里有两个并联布置的大型离心风扇，用来产生将艇体托起的压力气垫。垫升风扇舱顶部各有一个回转式喷气推进器，作用类似于“鹞”式战机上的矢量喷口，通过引用一部分垫升空气，可以对艇的姿态进行控制、改善艇的机动能力，当正常航行时还可以提供一部分前进的推力。每个机舱的后方通过一条桨轴驱动一个导管式空气螺旋桨，用于产生主要的推进动力。螺旋桨为可调螺距螺旋桨，桨距为正时提供前进的推力，桨距为负时可以刹车或倒车，这样保证了即使在狭窄的坞舱里，也可以进行有效的操纵。
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两侧机舱中间就是宽阔的装载甲板，尾部的尾门/跳板受到导管式空气螺旋桨的限制，只有4.5米宽。在螺旋桨导管之前，由于动力设备技术先进、机舱宽度较小，装载甲板加宽到8.2米，使得有效装载空间大大增加，面积达168平方米，在携载装甲输送车等较轻的装备时可以增加装载的数量。首门/跳板的宽度比甲板还要稍宽，达8.65米，可以保障艇上装备迅速下艇。经过优化的甲板设计有效提高了运输和卸载的效率。
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驾驶、集控室在上层建筑右侧前部。由于全垫升气垫船航行时完全离开水面，实际上相当于一个飞行器，所以全艇机械、设备基本实现了自动化，只需5名艇员进行操作。这对于人力资源一向紧张的美军来说是一个很大的优点。 r!E N:Ko F&`t^
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动力装置 早期的LCAC使用4台TF-40燃气轮机作为主动力装置，但是很快就被功率更大的改进型号-TF-40B型燃气轮机取代。其中两台作为垫升动力，两台作为推进动力。TF-40系列燃气轮机由阿维科·莱康明公司（1987～1995年为特克斯顿·莱康明公司，1995年被阿莱德·西格纳公司收购，1999年6月阿莱德·西格纳发动机公司和德国MTU公司组成合资公司-维利科动力系统公司，新公司总部设在美国乔治亚州亚特兰大市）研制生产，以T-55系列涡轴发动机（大名鼎鼎的CH-47“支努干”的动力装置）的核心机（即压气机、燃烧室和燃气发生器涡轮的组合）为基础，选配动力涡轮和传动齿轮箱发展而来的，是一种3000千瓦功率等级的轻型发动机。最早的TF-40燃气轮机从1975年开始交付使用，随后发展出TF-40B型燃气轮机。由于TF-40系列燃气轮机重量轻、体积小，单元体结构维护性能好，不仅被选用为LCAC的动力，在民用小型高速船舶发动机市场上也占据了相当的份额。例如1994年开始投入使用的香港-珠三角双体高速客船，动力装置就采用了两台TF-40B燃气轮机，配合喷水推进器，航速达42节。 7SK6K6T2M!B|a}
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TF-40系列燃气轮机采用了同心、前输出双转子结构，压气机为轴流式叶轮加离心式叶轮的组合式压气机，燃烧室采用回流式燃烧室，四级涡轮都位于燃烧室内壁之内，燃气发生器转子与动力涡轮转子旋转方向相反。由于燃烧室区域度跟涡轮区域在长度上重叠，有效减少了发动机长度。整机结构尺寸为：长1.32米，宽0.89米，高1.05米，发动机重600公斤。 7^'~ J8`j?/~S J
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TF-40系列燃气轮机采用单元体结构，整套发动机由五大部分组成，分别是：附件传动齿轮箱、进气机匣组件、润滑油箱组件、燃气发生器组件（不包括燃烧室）、燃烧室-动力涡轮组件。每个部分又分别由不同的子单元组件组成：附件传动齿轮箱：由铝合金机匣、端盖以及传动齿轮等组成，用以安装和传动润滑油泵、燃油泵、起动马达、调速器液压伺服放大器和燃气发生器转速传进气机匣组件：由铝合金进气机匣、支架组件、输出轴组件、油气分离器组件以及动力涡轮转速传感器组成。其上安装齿轮箱、润滑油箱、燃气发生器组件，并通过进气机匣组件将整台发动机安装于减速齿轮箱上。 润滑油箱组件：由油箱组件、油位开关、加油口和油尺组件、磁性金属碎屑探测器组成。 燃气发生器组件：由进气机匣转接段组件、压气机机匣和静子叶片组件、压气机转子组件、空气扩压器组件、燃气发生器涡轮组件、轴承组件等组成。压气机为7级轴流式叶轮加1级离心式叶轮的组合式压气机。在第六级压气机机匣处设置有放气口，由泄气阀来控制放气。压气机机匣为180°对分机匣，每级压气机静子叶片也是180°对分整体式叶片组。燃气发生器涡轮为2级轴流式涡轮，主要由一级涡轮导向器、二级涡轮导向器、一级和二级涡轮转子组件组成，采用钢质空心气冷导向叶片和空心气冷转子叶片。 燃烧室-动力涡轮组件：TF-40系列燃气轮机的燃烧室-动力涡轮组件由回流式燃烧室机匣、环形燃烧室、第三级涡轮导向器、第四级涡轮导向器、第三级涡轮转子及转轴组件、第四级涡轮转子以及轴承组件等组成。回流式燃烧室燃气轮机所独有的回流盘，起着改变高温燃气气流方向的作用。回流盘与燃气接触的表面喷涂有高温陶瓷防护涂层。火焰筒采用气膜冷却式环形燃烧室，内表面也喷涂有高温陶瓷防护涂层。第三级涡轮转子跟动力输出轴通过焊接连成一个整体。+Bs`
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由此可以看出，TF-40系列燃气轮机在整体布局上非常紧凑，轴流转子加离心转子的组合压气机在保证压比的前提下，长度相对较短；燃烧室采用回流式燃烧室，并将四级涡轮都置于燃烧室内壁之内，也缩短了发动机转子长度。由于发动机转子较短、刚性较强，在慢车到额定功率的转速范围内都不存在临界转速问题，提高了操作安全性。同时，TF-40系列燃气轮机采用了电子监测和控制系统。电子控制箱会对转速、排气温度、润滑油压力、润滑油温度、润滑油油位、发动机振动等工作参数进行监测，同时还能监测金属碎屑（通常由异常磨损引起）的出现，能自动对异常参数发出警报，紧急时可以自动停车。燃气轮机的起动、功率控制等也由电子控制箱及其执行机构完成。 3D0FmV:w3],G'w C
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TF-40系列燃气轮机的主要缺点是输出轴转速较高，要求传动输出装置有较大的减速比，减速齿轮箱的尺寸和重量偏大。同时，受到紧凑结构的限制，燃气膨胀做功不够充分，热效率较低、燃油消耗率偏高、排气温度较高，缺乏有效的抑制设备、红外特征比较明显。
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美军在LCAC上主要装备的是TF-40B型燃气轮机。由于LCAC原设计寿命为20年，最早服役的一批LCAC已经到期。目前，LCAC正由泰坦公司实施技术升级，先期耗资2640万美元，改进升级内容涉及主发动机、通信导航系统和艇体整修维护等，计划将其寿命延长到30年。改进计划中，将把主机更换为长度稍有增加的TF-50型燃气轮机。新型燃气轮机由改进的动力涡轮与增强的TF-40燃气轮机压气机组合而成。与现有的TF-40B型发动机比较，TF-50的输出功率增加23%，耗油率也减少了，改进后LCAC的整体性能可以有很大的提升。高气温下重载起飞困难原来是一直困扰着LCAC的问题，强劲的新发动机将一劳永逸的解决这个难题。 5g V^9Els m(J"K
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韩国引进生产的LCAC采用了四台ETF-40B型燃气轮机作为主机，属于TF-40系列燃气轮机的终极改型，功率与TF-50相近 。 操作控制系统 LCAC的航行操纵主要是对艇的航向、航速以及气垫状态进行控制，所有的这些操作都是由LCAC操作控制系统来完成的。该系统又可以分为以下一些子系统： 方向舵控制系统：通过导管后方的方向舵来控制航行的方向。 螺旋桨桨距控制系统：通过对桨距进行控制，可以调节航行速度和航行方向。 垫升风扇控制系统：根据不同的重量和海况，调节垫升风扇的风量输出，保持足够安全的垫升高度。tz0X2ls!T%r![
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TF-40B燃气轮机控制系统：根据实际负载和任务要求，调整主机的功率输出。 指令、操作键盘：可以直观的对大多数操作进行控制。 回转速率系统：对回转角速度进行监控，协助驾驶员进行航行操纵。
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大气温度监测系统：提供大气参数，协调各系统工作。 航速/侧滑指示器：对航速和侧滑进行监控，协助驾驶员进行航行操纵。这些子系统分别可以在驾驶台或者轮机操纵台进行控制。由于全垫升气垫船在航行时其实处于飞行状态，所以LCAC驾驶员的操作跟运输机飞行员相当接近，大名鼎鼎的微软“模拟飞行”游戏也开发有LCAC模块，可以供爱好者进行“驾驶”。由于有在坞舱等狭窄空间操作的要求，而早期全垫升气垫船的机动性能并不突出，为了保证安全、高效的使用，LCAC采用了可以360°回转的两舷首部推力喷管，通过推力喷管和方向舵、螺旋桨桨距的综合控制，可以很方便地前进、刹车、后退、转弯和横移，有效的满足了机动性指标。奇怪的是，作为引进LCAC技术的产物，韩国LSF-Ⅱ高速气垫登陆艇却取消了这种简单有效的首部推力喷管，实在令人费解。
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由于LCAC气垫登陆艇以JEFF（B）型艇为原型艇发展而来，在艇体结构、操纵系统、螺旋桨剥蚀和围裙防飞溅（如装有飞溅抑制器）等方面经过了比较充分的改进，因而具有理想的快速性、良好的通过性和独特的两栖性，大幅减少了因潮汐、水深、雷区、抗登陆障碍和近岸海底坡度等对登陆行动的限制。尤其是这种艇可在全世界70％以上的海岸线实施登陆作战，将迫使敌人不得不在绝大多数的海岸上设防，从而分散了敌方兵力；同时，登陆部队可以更灵活地选择登陆地段，便于在常规登陆艇不易登陆的敌方地带实施登陆。按照一般研究，冲滩时间以30分钟为宜，可以在登陆兵力安全性和冲滩速度之间取得较好的平衡。携带气垫登陆艇的大型两栖舰船在进行登陆作战时，在远离岸边20～30海里的位置便可放出气垫登陆艇，将人员和装备送上敌方滩头，从而保证了大型两栖舰船的安全（一般排水型两栖装甲车浮水的冲击发起线在离岸10海里左右，将处于敌岸防火力的严重威胁之下）。美军进一步研究还表明，LCAC稍作改装即可执行扫雷、反潜和导弹攻击等任务。
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LCAC气垫登陆艇没有设置装甲防护，机舱和推进器都暴露在外部，在火力密集的高强度作战条件下容易受损。其运载的装备全部露天放置，恶劣气候下不利于保持作战性能。此外，噪音太大与地面航行时所引起的尘土过多，也是全垫升气垫登陆艇的缺点。虽然LCAC沿着侧裙装有泡沫抑止器，可改善驾驶员的视野，不过在恶劣海洋气象下行动时仍有相当大的问题 LCAC气垫登陆艇是美国海军陆战队进行登陆作战的利器，它的出现使美军实现了“人不沾水”的登陆，并能配合垂直登陆的直升机进行多兵种协同作战。LCAC气垫登陆艇与两栖攻击舰、船坞登陆舰结合， 将装备与人员运至作战海域，然后气垫登陆艇掠海航行，把登陆部队直接送上敌方滩头。目前，美军能载该级艇的两栖舰船有“黄蜂”级和“塔拉瓦”级通用两栖攻击舰、“安克雷奇” 级和“惠德贝岛”级船坞登陆舰以及“奥斯汀”级和“圣安东尼奥”级船坞运输舰等。 a m$E\Wz
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美军现将两栖舰船编为远征打击群（与原两栖戒备群相比，扩展了护卫、火力支援舰只数量），可一次携载、投放一个陆战营的兵力。通常每支编成内有一艘通用两栖攻击舰（3艘LCAC），一艘船坞登陆舰（4艘LCAC）以及一艘船坞运输舰（2艘LCAC）。这样，每个远征打击群就可以携带9艘LCAC。在最近十余年来，美军进行的每次两栖行动中都可以看到LCAC忙碌的身影。 C MY6_:S.] c*W[
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LCAC气垫登陆艇不但现在是，而且未来较长一段时间内仍然是为美海军以及海军陆战队提供重型运输能力的必备装备，同时也被欧洲及其他盟国大量采用。美军及其盟军的新型两栖舰艇设计时，都考虑了运载LCAC的能力。譬如美国“圣·安东尼奥”级船坞运输舰、法国“西北风”级两栖攻击舰和英国“海神之子”级两栖攻击舰均可运载2艘LCAC。在亚洲，由于LCAC的优异性能，日本首先引进生产，随后韩国也引进生产了自己的LCAC，由韩进重工建造，称为LSF-Ⅱ高速气垫登陆艇，满载排水量155吨，有效载荷55吨，主机为四台ETF-40B型燃气轮机，航速40节。
