減小阻力，有效提高航速，一直是船舶優(yōu)化研究的主攻方向，通過氣層減阻提高航速，更是世界性難題。海軍工程大學董文才副教授介紹說，他研究的高速艇（又稱“氣泡船”）氣層減阻實施方法，即在運動船體和水面之間制造一層薄薄氣泡（空氣和水的混合體），如同在兩個摩擦體之間涂抹上了一層潤滑油，將使船艇阻力減少２５％，實艇時速可望突破１００公里，并能減少振動、降低噪聲。


俄羅斯已技術成熟


早在１９世紀８０年代，俄國和瑞典科學家就提出了利用氣幕降阻原理造船的設計思想，但在波浪中或在有外界干擾的情況下，把氣層穩(wěn)定地附著在船體表面有相當困難。后來人們?yōu)榱嗽黾油У暮剿?，在上世紀６０—８０年代相繼造出航速達４０至６０節(jié)的氣墊船、水翼艇，以后又創(chuàng)造出航速達１００節(jié)以上的地效翼艇。由于制造復雜，造價高、維護困難、費用高，產品雖然已日趨成熟，但難以推廣。
于是造船工程師又考慮研究制造以氣泡潤滑為原理的氣泡船。目前，日本、挪威、美國等都在進行氣泡船的研究，但大部分處于模型試驗和中試艇過程。對于此型艇的研究，其難點不光是在實驗室中單純研究氣幕減阻，更在于其在水中（尤其是波浪中）一系列綜合工程技術問題的解決，如氣幕在不同外界條件下的穩(wěn)定生成（尤其在波浪中），氣幕對推進器的影響及其吸氣問題，氣幕對艇的穩(wěn)定性與耐波性影響等。
俄羅斯高速氣泡船研究已進行了將近３０年，不僅有大量的船模試驗，而且在實船試驗上也已證實了其研究成果，生產出了一系列批量產品。１９９３年俄羅斯建成了世界上第一艘實用高速氣泡船“琳達”號，其排水量為２４．６噸，載客７０人，主機功率為７３５千瓦，航速為５５千米／小時，續(xù)航力為４００千米，以后又相繼建成１００噸級“賽加羚羊”號高速護衛(wèi)艇等一批產品，由于其軍事用途等原因，該項技術嚴密封鎖，各國只能自行研究。


國內研究歷時７年


從１９９７年開始，董文才就一直瞄準這一世界性難題，讀博期間開展了平板微氣泡減阻和高速艇氣穴減阻研究。據董文才的導師、我國著名的船舶力學專家郭日修教授介紹，董文才研究的是船舶流體力學和船舶結構力學相結合的學科前沿課題，在沒有資料和經驗可供借鑒的情況下，他自主創(chuàng)新研究攻關，在國內首次完成了氣層作用下，高速艇強制自航模型試驗研究，建立了在氣層影響下高速艇模型和實艇阻力的計算方法，提出了氣層減阻率的影響因素和確定方法，建立了高速艇飽和氣流量時的阻力計算方法，并且掌握了實艇阻力減少２５％的工程實現方法。
“氣泡船”制造氣泡會不會消耗大量的主機功率？為解答記者的疑問，今年３８歲的董文才作了一個對比。他說，目前應用的氣墊船分兩種，全墊升式氣墊船最高航速接近每小時１００公里，但形成船體和水面間厚厚的氣墊要消耗船上主機功率的３０－４０％；側壁式氣墊船最高航速可達到每小時９０公里，但要消耗船上主機１０－１５％的功率。而他研究的“氣泡船”時速可達到１００公里，只需消耗艇上主機功率的３％。這與俄羅斯高速氣泡船氣泡發(fā)生裝置消耗的功率相等，因此，該項成果已經達到了國際先進水平。
正是經過了艱苦的理論研究和大量的模型試驗，高速艇氣層減阻理論研究終于取得重大突破。７年間，董文才撰寫了２０余篇論文，其中《滑行艇及平板氣層減阻的研究》一文，入選２００５年全國優(yōu)秀博士學位論文。１２月５日，海軍工程大學隆重舉行大會，表彰他在艦艇氣層減阻技術研究中取得的突出成績。


有市場應用前景


有關專家認為，該項研究成果在理論上首次提出了滑行艇模型和實艇間阻力換算的“計及氣穴面積分布率修正的二因次阻力換算法”、臨界氣流量時滑行艇阻力數值計算方法、平板微氣泡邊界層摩擦阻力的近似計算方法。在試驗技術上，首次在國內進行了氣層作用下滑行艇強制自航模型試驗研究；對激光多譜勒測速技術（ＬＤＶ）在氣液兩相流場中的應用、高速艇底壓力測量技術進行了有益的探討。在工程應用上，提出了使滑行艇總阻力減少２５％以上、平板局部摩擦阻力減少５０—９０％的措施，對指導船舶氣層減阻設計有重要意義。
董文才打算在籌集到資金后，首先建造一條１５－２０米長的“氣泡船”，進行實艇試驗，進一步完善這一研究成果。目前，已有一家科研單位同意提供一艘同類型艇進行改裝以做實艇試驗研究。他希望自己的研究成果對我國海軍現代化建設和航運事業(yè)發(fā)展起到一定的作用。
相關人士介紹，該成果可以廣泛應用于導彈快艇、獵潛艇、邊防巡邏艇、海關緝私艇、海事巡邏艇、高速交通艇等高速艇以及平底船的減阻設計.“氣泡船”具有較強的續(xù)航能力，經濟效益顯著。如果有關國家也突破了這個技術，或者我國要搶占市場制高點，批量生產也許就為期不遠了。屆時“氣泡船”的市場競爭將隨之而來，其前景將是非常誘人的。

來源:中國水運報社