美國LCAC停泊基地分析

張宗科 張海鵬

（中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011）

0 引 言

柔性圍裙是氣墊船特有的系統設備，由薄橡膠涂敷尼龍織物制成，在墊升風機提供的高壓氣流作用下充氣成型，圍成氣墊墊升船體，使船具有水陸兩棲性［1］。美國LCAC為全墊升氣船，裝備數量眾多，自身尺寸小、干舷低，鋁合金薄壁結構船體剛度偏弱且橡膠圍裙不能長期浸泡水中，不適合?？吭诖a頭深水中，而是利用其兩棲性，自行上岸停泊，為此需設置專門的近岸陸上停泊場［2］。為方便檢查及維修，在大型停泊場地設有專用設施及維修廠房，將LCAC吊起置于高支墩上，以方便檢查艇底和圍裙內部，以及進行相應維修，如修理船底板、更換圍裙分段或整艇圍裙［3］。美國LCAC主要分屬于ACU-4、ACU-5兩個艇隊，除分別在本土建有大型停泊基地外，ACU-4在科威特及ACU-5在日本設有海外停泊基地以滿足外派LCAC（West Pacific Alpha）停泊需求，此外在多個國家海外基地內還設有野外簡易停泊場地［4］。日本從美國進口了6艘出口型LCAC（TACC），在江田島設置了自己的停泊基地。停泊基地需要滿足批量艇的停放、檢查和維修等，艇通過坡道自行上下基地，由于潮位影響，水泥坡道必須伸入水中一段距離且坡度相對較大，其堆沙清理及維護占用較多人力、物力?；匾巹澲?，占地面積及經濟性也必須加以考慮。

1 美國、日本LCAC停泊基地概況

1.1 美國LCAC本土基地

ACU 4艇 隊 成 立 于1986年2月1日，停 泊基地設在位于東海岸的兩棲基地Norfolk的Little Creek，占地約120英畝（1英畝= 4 046.86 m2），最多時擁有40艘LCAC，主要配合大西洋艦隊在中東及歐洲地區活動。

ACU 5艇隊成立于1983年10月1日，停泊基地設在西海岸的海軍陸戰隊的Camp Pendleton，同樣占地約120英畝，最多時擁有40艘LCAC，主要配合大平洋艦隊在亞太地區活動，同時負責在常駐日本佐世保的外派LCAC。

場地按功能劃分為臨水出入區、停泊區、維修區、場內通道以及8個室內艇庫區和備品備件庫區等。參見圖1，ACU-4場地內停泊區前后分為5排（每排橫向分為6個緊鄰的單艇泊位），從外至內編號依次為A至E，艇朝向水面停放；維修區域分為兩排，其靠外一排編號為F。ACU-5場地內停泊區前后分為3列（每列分為2個區域，橫向分為6個、9個單艇泊位），參見圖2。停泊區位于地勢相對較高的“內陸”，可減少大潮水位內侵的風險。

圖1 ACU-4艇隊的LCAC駐泊基地建設

圖2 ACU-5艇隊的LCAC駐泊基地建設

ACU-4基地臨水一端寬度相對較大，近水處為自然沙灘。LCAC自行上坡時沙塵飛揚，上坡后經場內通道到指定排位處，再橫移進入排間通道，最后正車進入單艇泊位，參見圖3。

圖3 ACU-4艇隊的LCAC上下基地臨水坡道

ACU-5基地一側設有通向水面且只能容納1艘LCAC同行的狹長窄通道。LCAC在通道盡頭90°轉彎進入停泊區，經場內通道進入排間通道，再正車進入單艇泊位。LCAC自行上下ACU-5基地過程見圖4。

圖4 ACU-5艇隊的LCAC上下基地（LCAC54倒車入庫）

俄羅斯氣墊船采用直進直退的單獨艇位停泊方式，見圖5。若需批量停放，則占地空間大，且相鄰艇位之間的隔離墻花費大，經濟性相對較差。

圖5 俄羅斯ZUBR艇直進直退的單獨艇位停泊方式

1.2 美國在日本西海市橫瀨Yokose停泊基地

Yokose停泊基地2004年通過環評開始建設，2013年3月建成啟用，占地30英畝，可供12艘LCAC停泊及維修，花費9 100萬美元，主要供Navy Beach Unit （NBU） 7使 用，見 下 頁 圖6。相對 于West Pacific Alpha的6艘LCAC及 維 保 人 員從1994年開始使用的1.4英畝的Sakibe Laydown Station有了很大改善。

圖6 美國在日本佐世保西海市Yokose基地

場地按功能劃分為臨水出入區、停泊區（兼維修區）、場內通道、2個室內艇庫區、備品備件庫區、2個消音降噪運行調試車間區和淡水沖洗區等，見下頁圖7和圖8。

圖7 LCAC在Yokose基地內自行及停泊

圖8 LCAC在Yokose基地水洗功能

1.3 日本自身LCAC江田島停泊基地

日本從美國進口6艘出口型LCAC（TACC），現均已完成延壽改造，包括換裝側部雙囊深型圍裙。在江田島設有停泊基地，同Yokose基地一樣，設有一條通向水面的上下坡道，見下頁圖9?；匕２磪^、維修區、艇庫區和上下坡道區等。

圖9 日本LCAC （TACC）在江田島氣墊船基地

與美國LCAC基地不同的是，日本江田島停泊基地，除維修用支墩外，還設有更高的支墩，艇置于其上時，圍裙處于自由下垂狀態且下部末段基本離開地面，利于圍裙長期隨艇停放，見下頁圖10。

圖10 日本TACC處于高支墩上使圍裙處于自由下垂狀態

1.4 LCAC野外臨時停泊場地

在科威特、肯尼亞等美國海外基地設有LCAC野外臨時停泊場地，見下頁圖11。

圖11 美國LCAC海外基地的野外臨時停泊場地

1.5 Panama City試驗場停泊場地

首 批2艘SSC（LCAC-100與LCAC-101）抵達Naval Surface Warfare Center Panama City Division（NSWC PCD），隨后開展擴大試驗，如重裝載、高海況、進出母船塢艙與適配性試驗等［5］。由于艇需頻繁上、下，停泊場地為平鋪、短淺型，艇采用直進、直退方式以提高自行上下停放場地效率。如下頁圖12所示，在近水處設有3道V型滯沙條帶，以防止圍裙將沙帶入停放場地平臺部分。

圖12 美國LCAC Panama City試驗基地停泊場地

1.6 Textron公司LCAC停泊場地

美國Textron公司是LCAC的主要建造廠家，也是SSC的唯一建造廠［6］。公司車間外設有LCAC停放場地，在臨水端設有斜坡，可供LCAC從水中自行上下，見下頁圖13。

圖13 美國Textron公司的LCAC停泊場地

各處停泊基地的經緯度參見下頁表1。

表1 美國LCAC停泊場地經緯度信息

2 美國LCAC停泊基地任務剖面

美國LCAC主要設計用于由母船至自然岸灘的運送人員、車輛和物資等，正常工作狀態為由帶塢艙的母船攜帶至目標海區，再自行穿梭運送至岸灘。不隨母船外出活動時，則返回所屬艇隊的停泊基地。由于LCAC的鋁合金船體為近似扁平的薄壁方盒子，吃水淺、受風浪影響大，易與靠幫的碼頭發生碰擦。包覆在船體周邊下部的柔性圍裙是薄橡膠布制成的膜狀結構物，密度大于海水，浮態時圍裙在水中自由下垂，圍裙下部手指末端浸于水中較多，對水深要求大，圍裙與碼頭接觸容易出現磨損。圍裙及鋁合金船體不能長期浸泡在水中，鋁合金船體及設備在返航后必須及時用淡水沖洗。

LCAC具有水陸兩棲性，可直接從灘頭自行上下停泊基地。美國本土LCAC基地由任務執行、維保、后勤支持、訓練共四大部門組成，主要任務剖面是：LCAC停泊及沖洗、日常檢查維護及加油/加水、艇架高檢修、艇庫內大型設備修理與更換、艇員生活與訓練、故障艇灘頭回收、艇年度稱重、倍品備件倉儲及修理、特殊設備靜動平衡檢測、軸系振動診斷及對中調整、艇定期計劃修理、新艇員培養、LCAC外出執行任務時組建臨時小分隊隨船保障、地勤式維護保障。

LCAC橫跨船舶與航空兩個行業領域，技術含量高、維修任務繁重，如ACU-5艇隊在2008年1月1日至2009年11月15日期間LCAC維修記錄共計15 929條。

美國ACU-5基地最多時擁有40艘LCAC，人員總數約700名，其中LCAC艇員約400名，每艘LCAC配備2個艇組（每個艇組由5名艇員組成），維保部門約140人，后勤支持部門約60人，訓練部門約100人。

美國LCAC基地的主體為露天停泊場地，分停泊區域、維修區域和上/下通道?；剡€設有室內維修艇庫（每個艇庫可容納一艘LCAC）、輪胎式起吊轉運車、高/低支墩、油庫及加油車、備品備件庫、不同設備修理車間和培訓樓（含LCAC全任務訓練模擬器FMT和正在建設SSC的FMT）以及生活設施等。

3 美國LCAC停泊基地總體布置特點

美國LCAC、LCAC SLEP、SSC的剛性尺度基本相同，墊態最大輪廓尺寸略有不同，主要尺寸［3］參見表2和圖14。

圖14 美國LCAC、LCAC SLEP、SSC靜墊升

表2 LCAC、LCAC SLEP、SSC主要尺寸比較

3.1 ACU-5停泊基地單艇泊位尺寸

從ACU-5停泊基地的俯視圖可以推算得到LCAC單艇停泊位的尺寸約為39 m×27 m（LCAC墊態尺寸為27.98 m×14.71 m），上下斜坡通道長約為650 m，見圖15。

圖15 美國ACU-5的LCAC停泊基地俯視圖

3.2 ACU-4停泊基地單艇泊位尺寸

從ACU-4停泊基地的俯視圖可以推算求得LCAC停泊位的尺寸約為39 m×27 m（LCAC墊態尺寸為27.98 m×14.71 m），前后排間距約為50 m（見下頁圖16）。

圖16 美國ACU-4的LCAC停泊基地俯視圖

3.3 美國LCAC在日本Yokose基地

從Yokose基地布置平面圖中，可得到停泊基地內單艇泊位的尺寸為30 m×22 m，小于美國本土的ACU-4、ACU-5基地的單艇泊位尺寸，見圖17。

圖17 美國Yokose停泊基地布置圖

3.4 ACU-4與ACU-5 LCAC停放特點分析

除ACU-4基地外，其余停泊基地則設置通向水面的公用通道，如ACU-5基地、Yokose基地和日本江田島基地，由此艇停放特點也不相同，如ACU-4 Base臨海寬度大，入海通道選擇范圍多，場內艇首朝海灘且橫向并排，以便快速由陸入水，檢查維修區域位于最內側，場內進出通道位于近艇庫一側，每排艇先向前出泊位再橫移經排間空隙至場內進出通道，最后經臨水斜坡離開入水（見圖18）。

圖18 美國ACU-4的LCAC從單艇泊位移出再橫移至場內通道

而LCAC在ACU-5基地則須經長通道才能上岸進入停放場地，艇首垂直于場內通道且縱向并排，類似于汽車停泊，每排艇先向前出泊位再橫移經排間空隙至場內進出通道，因LCAC與SSC都設有首部矢量噴管，與左右槳距差聯動可實現低速橫移，并能操控實現原地直角轉彎，前行連續轉2個直角彎方再進入臨水的斜坡，直行離開入水。美駐日Yokose基地也采用類似停放方式，在離開時LCAC需倒出再轉入場內公用通道，最后經斜坡前行入水。日本江田島基地內氣墊船則由停泊位前行轉入公用通道內，最后經斜坡直行入水，參見圖19。

圖19 美國Yokose的LCAC上下停泊基地

4 停泊基地維修與特殊工裝工具要求

ACU-4與ACU-5設有8個艇庫，Yokose設有2個艇庫，每個艇庫內可停放1艘LCAC用于室內維修。艇庫內景見圖20，設有供電、照明、供水、加熱和頂置起吊行車。

圖20 美國LCAC停泊基地艇庫及LCAC準備移入艇庫

4.1 特殊工裝

美國LCAC大量采用航空設備，如導管空氣螺旋槳、空氣舵、墊升風機等，其中空氣螺旋槳的槳葉、墊升風機葉片均屬于高速旋轉氣動設備，對槳葉、葉片的靜、動平衡要求高，需要定期進行靜、動平衡測試及維修，否則易引起軸系振動。美國LCAC基地設有維修螺旋槳與風機的專門車間（shop38A），配備專用工裝進行測試與檢修，見圖21。

圖21 美國LCAC螺旋槳與風機的專用工裝

在軟件方面，采購ACES Systems的ATBAS軟件，培訓維護人員對燃機、推進系統、輔助設備與推進控制系統進行平衡與振動分析，以及對螺旋槳槳葉、墊升風機葉片等進行動平衡檢測與配重。

并與GE LLC DBA Dowty螺旋槳公司合作，開展LCAC螺旋槳維修與進行評估的在線咨詢與技術支撐以及升級建議。

4.2 輪胎式起吊轉運車

美國SSC在研制前期總結了LCAC在長期使用中統計得到排名靠前的25類維修問題，其中船體板（艇底濕甲板）、圍裙側部手指分別位于前兩位，見表3及圖22。

表3 LCAC及LCAC SLEP排名靠前的25類維修問題的前5項

圖22 美國LCAC艇底船體結構及圍裙維修

當LCAC直接停放在地面上，艇底結構與圍裙手指均無法檢修，需要吊起置于高支墩上進行檢查。為此ACU-4與ACU-5分別購置了2臺Marine Travelift公司的輪胎式起吊轉運車（起重能力150 t，造價超過350萬美元），昵稱分別為GreyFoot、BlueFoot［7］。ACU-5的2臺起吊轉運車使用頻率較高，如2002年吊艇800余次，2003年使用該車將LCAC移進、移出8個維修艇庫及置于場地維修區域高支墩上共計超過970次，創造了單人一天起吊轉運12次的紀錄［8］。2005年吊艇超過900次并多次將故障艇從灘頭起吊轉運至維修區域。同時，Marine Travelift公司的輪胎式起吊轉運車成為美國Yokose基地、日本TACC江田島基地以及Textron公司的標配，參見圖23。隨著購置時間不同，轉運車的型式有所不同。

圖23 起吊轉運車成為Yokose基地、江田島基地及Textron公司的標配

由于LCAC設有首部矢量噴管，具有良好的低速操縱性，具有原地轉彎能力，可自行駛入單艇停泊位。輪胎式起吊轉運車的主要作用（見圖24）：

圖24 利用起吊轉運車吊起艇檢查圍裙及從灘頭回收故障艇

（1） 將艇吊起轉運進入艇庫維修及移出；

（2） 將艇吊起轉運置于維修區域高支墩上；

（3） 將故障艇從灘頭吊起轉運至維修區域；

（4） 將艇臨時吊高檢查圍裙大囊與手指；

（5） 用于艇的年度稱重。

參見圖25，LCAC起吊轉運操作的一般流程為：

圖25 LCAC起吊轉運流程

（1） 精確定位。場地人員指揮觀察著陸墊中心在浮箱側部上對應的標志線來縱向定位，橫向定位參考艇首位跳板外側頂部的中心標志線與轉運車橫梁上的中線對齊。

（2） 連接起吊索。工作人員上艇將吊索下端與艇裝載甲板上特定位置處系留穴連接。

（3） 工作人員下艇，調整各吊架的初始受力。

（4） 起吊過程中，工作人員密切觀察起吊平穩性，隨時溝通指揮調整。

（5） 起吊到位后開始轉運，場地人員隨行觀察協調。

（6） 起吊到達維修區域或艇庫后，場地人員觀察艇側著陸墊中心標志線與支墩關系（可利用泊位上畫的支墩位置標志線），在縱、橫向均對齊后將艇平穩放在支墩上。

（7） 指揮轉運車移走。起吊時，轉運車頂部框架前后橫梁分別伸下2組吊鉤，其下連接1個縱向工字形短梁，短梁的兩端分別設置1組吊索，每組吊索又分為3根吊索，其最下端通過快脫索具與艇裝載甲板上指定位置處的系留穴連接，見下頁圖26和圖27。

圖26 LCAC裝載甲板上連接起吊索的專用系留穴位置標識及吊索系固示意圖

圖27 利用起吊轉運車吊起艇置于支墩上進行檢修

起吊轉運車設計需考慮多個方面因素，如前進速度、起吊高度（變起吊高度）、爬坡能力、車體內部靜寬度、長度、高度、精確定位能力、原地轉彎能力、遙控能力、起吊過程中4個吊鉤的起吊同步性及載荷均衡能力，以及與車下配合人員的指揮溝通能力。車體內部靜寬度需考慮艇處于著陸狀態時，圍裙攤放于地上外翻占用的空間；起吊車轉彎半徑需考慮艇在密集泊位停放出現故障時的移出，見下頁圖28；在上岸通道斜坡上運行時，艇橫向傾斜產生偏移影響，對轉運車內高度及寬度等靜包絡空間有額外需求，當帶著圍裙置于高支墩上的過程中需進一步提升艇離地高度以避讓圍裙手指觸地。

圖28 起吊轉運車從并排密集泊位吊艇移出時可提供較強的轉彎能力

在起吊稱重方面，由于氣墊船墊態穩性差、對全船重量及重心位置極為敏感，船體易碰損進水、設備改造等都會造成重量及重心發生變化。LCAC規定每年必須進行空船稱重，并將重量、重心標于上層建筑內側的銘牌內，見下頁圖29。稱重通過在吊艇的4根吊索上串聯拉磅，將吊點距理論重心的縱、橫向座標輸入計算機內，并利用數據線傳輸得到拉磅的讀數，結合當前稱重時多余或不足重量等信息，由程序自動計算得到艇實際重心位置。從稱重結果可以換算得到吊架距艇中縱線的橫向距離約為3 m。

圖29 LCAC-024起吊稱重匯總

在起吊轉運車尺寸估算方面，LCAC艇體剛性結構寬約為13.31 m（若含兩側防撞材則為14.25 m），圍裙隨艇停放于地面上時，側部圍裙會凸出船體側部剛性輪廓之外（見下頁圖30），同時需要留出兩側圍裙檢查時人員通道寬度，即轉運車內輪與圍裙之間需留有人員觀察檢查通道；由于轉運車縱向開放，橫向封閉約束，轉運車移到艇上時可能存在一定的偏斜，需控制在斜坡上船體偏移（LCAC偏移量約0.6 m）后與轉運車車體結構避免碰擦，主要是舷側的護舷結構，而圍裙為柔性的基本沒問題。

圖30 LCAC側部圍裙突出在剛性結構之外

經綜合分析，轉運車內部靜寬（內輪間距）約18 m、總寬約22 m，前后起吊架分別對應于前后著陸墊的中心，長約11 m。Marine Travelift的150~500 t系 列 規 格尺寸見 表4，其 中300C型自重約117.5 t［9］；SSC起吊轉運車300 MT為Marine Travelift的300CII型，見下頁圖31。

圖31 采用Marine TraveLitf 300CII型（300 MT）起吊轉運車吊運SSC

表4 Marine Travelift的C系列150~500 t起吊轉運車技術參數

4個吊組的起吊能力分別為50 t，而LCAC所用起吊轉運車150 MT的起吊能力為150 t，其4個吊組的起吊能力分別為37.5 t。

參見下頁圖32和圖33，由LCAC著陸墊尺寸，可獲得著陸時著陸墊基本觸地壓強為100/（4×5×0.3）=17 t/m2，前端或后端先著地時觸地壓強則幾乎翻倍；SSC重量則進一步加大（滿載排水量由LCAC的157 t增至180 t），其著陸墊尺寸相應增大［10-11］。

圖32 LCAC浮箱側部著陸墊中心對應標識線

圖33 SSC著陸墊布置

5 關于停泊基地的幾點探討

5.1 LCAC主機故障情況下的修理

美國LCAC每舷2臺燃氣輪機并車后向前驅動2臺墊升風機、向后驅動導管空氣螺旋槳，每臺主機均可從軸系脫開，在2臺主機接入軸系之間設有離合器，可實現推進與墊升分段軸按需分離運行，見下頁圖34。LCAC主機典型故障及其對任務影響參見下頁表5。

表5 美國LCAC主機典型故障及其對任務的影響

圖34 美國LCAC動力系統布置

當LCAC 3臺主機失效時，LCAC只能處于浮態待援（見下頁圖35）。

圖35 美國LCAC處于漂浮狀態

因柔性圍裙為膜狀結構物，其膠布材料密度大于水。當LCAC漂浮在水中時，圍裙在水中自由下垂［12］。以側部圍裙為例，側部圍裙在自重作用下自由下垂成型估算參見下頁圖36，比墊升狀態成型，手指下端端點下降約300 mm。雖然首部圍裙手指在水中拖行具有一定的避讓性，但側部及尾部圍裙手指可能被鉤壞，需要一定的水深要求。

圖36 LCAC側部圍裙在水中自由飄浮成型估算（對應紅色部分）

若停放基地處于深水區域，此時可設置港池，結合輪胎式起吊轉運車將故障LCAC吊起至停泊場地內維修，如此可擺脫上下排車受潮位影響較大的不足之處?；蛘邊⒄粘Ｒ幮⌒痛гO置外伸碼頭通道（棧橋），可參照母船塢艙入口處設置導向喇叭口，起吊轉運車將船吊起經兩側通道行至岸上，見下頁圖37。

圖37 將完全喪失動力的LCAC從水中直接起吊應對解決方案

5.2 LCAC軸系修復

LCAC在登陸過程中可能遭遇不利地形影響，置于鋁合金薄壁船體結構基礎上的推進墊升軸系受到較大變形影響，見圖38。

圖38 LCAC軸系每舷6段在登陸時遇到障礙變形大

LCAC軸系由12段軸組成，軸兩端設有彈性法蘭以及花軸連接器，以吸收軸向及橫向變形，同時空氣螺旋槳與槳轂采用花鍵形式連接，見圖39。軸系對中不到位或受外力作用而發生偏移，可能引起軸系振動，影響船正常使用，有時需要對軸系進行對中處理。在SSC設計參考列出的維修量最多的前25類問題中，軸系問題列于其中第24位，可考慮在艇庫或靜水港池中進行，以消除溫差影響。對處于ROS狀態（縮減使用）狀態的LCAC，將艇置于高支敦上并將軸系拆除。SSC的組合式齒輪箱在主機輸入端設有超越離合器，在輸出端分別設有切換推進與墊升的手動離合器，且推進輸出端采用花鍵聯軸器，允許推進軸的軸向位移最大150 mm，軸系對中要求有較大降低。

圖39 軸系采用的彈性法蘭花鍵連接方式（右為墊升風機軸及軸承上安裝的振動傳感器）

5.3 側部圍裙手指破損外飄對起吊轉運車的影響

當LCAC越出阻力峰高速航行時，艇一般抬頭1.3°~1.5°，在小風浪中時僅側后部與尾部手指與水面接觸，因此側后部手指容易受損，手指耳片上端從囊指連接筋處脫開。當艇關閉墊升風機著陸時，脫落的手指耳片在殘余墊升氣流吹動下外翻，超出側部圍裙大囊覆蓋范圍，影響起吊轉運車的通行。需要采取一定的措施，避免影響將艇吊起置于高支墩上檢查修復圍裙?？膳R時固定到每個手指頂端區域的U型螺栓上，見下頁圖40。

5.4 防強風綁扎

由前面表1各處停泊基地的經緯度可見基本處于北回歸線之外的溫帶區域，受到臺風侵擾的概率較小。在意外遭遇強風時，可參照LCAC在母船塢艙內的綁扎方式將船系固在停放場地的地錨上，見圖41。

圖41 LCAC在母船塢艙內的綁扎于塢艙內側壁上

6 結 語

美國LCAC停泊基地需要滿足批量艇的停放、檢查、維修等，艇通過坡道自行上下基地，由于潮位影響，水泥坡道必須伸入水中一段距離，其堆沙清理及維護占用較多人力、物力?；匾巹澲?，占地面積及經濟性也必須加以考慮。綜合分析美國LCAC本土及駐日本Yokose停泊基地的特點，估算單艇泊位的尺寸及兩排之間的間距。結合LCAC多種起吊轉運需求，對輪胎式起吊轉運車的基本要求及使用流程進行分析，另外對停泊基地可能存在的不足之處進行探討并提出相應的應對方案建議。