全垫升气垫船高速埋首与低速侧翻的机理分析及应对措施

引 言

全垫升气垫船最显著特点是借助于船体下部安装的柔性围裙形成高压气垫，将船体托起悬浮于运行表面之上［1］。垫态高速航行时，仅侧后部围裙手指底端与水面接触，阻尼小，可以达到很高的航速（见下页图1）。但悬浮运行的特点导致气垫船存在三大特有的安全风险，即“高速纵向埋首”、“低速侧滑翻船”和“高速转弯甩尾失控”。［2-3］

由于垫态航行时气垫船纵稳性远小于排水状态，因此较小的纵倾力矩便可产生较大的纵倾角。气垫船一般采用尾部高置的空气螺旋桨推进，在高速航行时，船的纵倾角一般较小，在遭遇顺着船前进方向的突加阵风作用下，螺旋桨的推力会突然变大，产生的低头力矩会引起船低头，有可能导致首部围裙手指底端与水面接触，使该处手指外表面由承受空气动力作用转变为水动力作用。由于水密度远大于空气密度（约是空气密度的800多倍），使手指承受力剧增，导致首部围裙下拖失稳缩进，局部空气压力降低，船低头角度突然增大，严重时甚至发生船体刚性结构触水、船速急剧下降，并导致设备受损与人员伤亡。英美等国在上世纪六七十年代发生多次此类事件［4］，国内某气垫船在1989年高速航行过程中也曾发生低头埋首而导致首部围裙大面积撕脱［5］。

图1 气垫船高速航行时仅侧后部围裙手指末端与水面接触

另外一种情况是，船在高速航行时，突然遭遇其他船的尾浪，首部围裙手指触水也会引发围裙缩进、船低头埋首现象发生。如2011年、2016年，国内某小型气垫船在测航速过程中，高速航行时曾先后发生过两次该类埋首。

此外，也发生过因船高速航行时急转弯，导致船不对称埋首而翻船。如我国711型全垫升气垫船在1966年5月的高速试航中，因避让航道上的小船而急转弯，导致船高速甩尾横漂，之后大幅横倾而翻船。［5］

1 气垫船低头埋首试验研究

在气垫船研究的早期阶段，高速低头埋首曾是气垫船发展的拦路虎，国内外均作了大量研究。英国气垫船公司（BHC）动用直升机对实船模拟高速低头埋首进行航拍，对埋首过程中的船首（尤其是首部围裙）的行为进行录像，以便研究埋首机理。［4］国内在同一时期内也曾开展研究，但当时条件简陋，在淀山湖进行的实船高速纵向埋首试验中，科研人员将家中五斗橱上的镜子拆下来安放在船首，人趴在船上，借助镜子的反射成像观察围裙的动态变化。由于低头埋首时船会突然急剧减速，巨大惯性可能导致观察者落入水中，故比较危险。我国科研人员因陋就简，为科研不怕牺牲，通过多次低头埋首试验基本弄清理了埋首机理［5］。美国在2009年研究LCAC高速侧滑的实船试验中，则通过在左舷安装伸出舷外的专用支架，在上面架设录像机来观察记录围裙动态变化［6］。

1.1 英国气垫船低头埋首试验研究

为研究气垫船低头埋首，英国采用SRNR6型气垫船进行实船试验［4］。SRN6气垫船垫态主尺度（L×B）为14.76 m×7.01 m，裙高1.22 m，重10 t，采用“十”字形气垫分隔，周边围裙为囊指型，分隔围裙为单囊射流型，参见图2。

图2 英国SRN6围裙系统布置及气垫围线形状（虚线为围裙手指底端气垫围线）

除用直升机拍摄实船埋首试验外，还利用无线遥控的自航模进行了模拟突加低头力矩的高速埋首试验，并人为操控长时间右满舵模拟埋首翻船的极端情况。

1.1.1 实船试验结果分析

实船试验记录的埋首过程中，纵倾角、前后气室的气垫压力参数见表1［1］。可见，低头埋首过程急短，在短时间内纵倾角急速增大，船尾抬起，垫升气流从尾部快速逸出，急剧减速使前气室的气垫压力甚至变为负值，气垫支撑完全消失，导致刚性船体结构触水。根据实船录像得到的埋首过程中首部围裙变化示意见图3。

图3（a）中，船正常航行，飞高间隙（围裙手指末端与水面之间的垂向距离）正常，首部围裙手指底端与水面之间有大量水雾喷出，船纵倾角为正（抬头）。

图3（b）中，随船速继续增加，船纵倾角减小。首部围裙手指底端间歇触水（即手指不定时啮水）。此时，飞高间隙时有时无，首部围裙有少量水花喷出，船纵倾角尚为正。

其中：xij=0，表示Xi和Yj不匹配；xij=1，表示Xi和Yj匹配和分别为双边主体的匹配竞争度。稀缺性资源具有更强的竞争力，在双边匹配中，数量较少的一方占据优势地位。当M>N时，Y方主体占优势，且ωX<ωy；当m> ωY；当M=N时，双方处于同等地位，且ωX=ωY。

图3（d）中，围裙手指触水缩进与船低头呈现恶性循环。围裙手指推水前进，船纵稳性下降，这是将发生埋首现象的预兆。此时，若驾驶员及时采取措施（如减小螺旋桨推力，增加垫升流量等以减小船低头），则仍可能避免发生埋首。

表1 英国BHC公司SRN6低头埋首实船试验数据记录

图3 根据录像得到的英国SRN6气垫船实船低头埋首过程首部围裙触水情况变化

图3（e）中，围裙手指几乎完全湿水，导致围裙阻力剧增，同时首部气流内涡加剧加大，前气室气流向后的纵向流动速度更大，首部垫压降低，手指因承压降低气压支撑力减小而缩进呈恶性循环，手指基本丧失形状，首部气垫面积减小，导致较大低头力矩。

图3（f）中，由于船埋首及船体拍击，首部围裙大囊触水，在产生较大水动升力的同时阻力大增。船虽急剧减速，但在惯性作用下仍维持一定速度推水前进，会加剧首部的抽吸作用，致使首部垫压出现负值并进一步降低。若在外界干扰下发生不对称埋首（即埋首的同时发生偏航侧滑），若不及时采取有效措施，可能会导致翻船。

1.1.2 自航模试验结果分析

试验开始时自航模高速航行（Fn=2.0），在时间坐标1 s时突然施加显著的垂向低头力矩，此后采用两种试验方案。一是不打舵，船出现低头埋首后自行恢复正常状态；二是施加低头力矩的同时，打右满舵30°并维持不变，结果船出现低头埋首后偏航角迅速增大至70°左右，横倾角也迅速增大至14°左右，此时船侧翻［4］。两次试验记录得到的运动参数时历变化见图4。

图4 SRN6自航模突加垂向低头力矩后运动参数时历变化（左不打舵，右30°右舵翻船）

对未打舵的自航模试验进行分析，可以发现在t = 6 s时，横倾角最大达-2°左右，此时侧滑角β≈28°，FnB≈0.6，这时对应横向阻力峰位置，横向气垫兴波产生的横倾角也最大。

对打30°右满舵的侧翻的试验进行分析，可以发现右满舵在初始阶段引起船短暂右倾，随后舵力产生的横倾力矩与船低头埋首围裙拖水引起的横倾力矩相叠加，导致船横倾角增大，又进一步使围裙触水变大，围裙拖水产生的横倾力矩增加，导致横倾角持续增大直至船侧翻。

1.2 美国侧壁式气垫船SES 100A低头埋首试验研究

SES 100A是美国研制的一型侧壁式气垫试验船，长25 m×宽11.6 m，重110 t，最大航速76 kn，首部装有可伸缩水翼。低头埋首试验过程测得纵倾角及首尾气垫压力的时历曲线见图5。由图5可见：在前5 s内，SES 100A前气垫产生的负压使船快速埋首，这与其首部围裙触水后内拖甚至缩进有关。

图5 美国侧壁式气垫船SES 100A埋首过程中压力及纵倾角的变化

1.3 我国侧壁式气垫船711-Ⅲ低头埋首试验

711-Ⅲ型船是我国研制的第一艘侧壁式气垫试验船，长6.6 m ×宽2.15 m，重1.7 t，可载客8人，首部装有水翼。低头埋首试验过程为，船越出阻力峰高速航行时，让部分乘员从船舯移至船首以人为制造低头力矩使船埋首［1］。结果船出现大幅低头纵倾，测得的前气室气垫压力最低降低至0 Pa。另一次低头埋首发生在船越峰高速（约40 km/h）航行时，突然遭遇其他船的尾浪，随后出现轻微低头埋首，纵倾角与气垫压力的下降幅度均不大。

1.4 侧壁式气垫船与全垫升气垫船低头埋首试验参数比较

由于气垫船低头埋首发生在高速航行时，因此需了解纵倾角随航速的变化情况，以及围裙触水抗缩进能力。3艘船在低头埋首过程中的参数变化比较见图6。由图6可以看出，低头埋首均为短时剧烈过程，纵倾角大幅变为负值。侧壁式气垫船船舷两侧为刚性船体侧壁，仅首部和尾部为柔性围裙气封，在埋首过程中，刚性侧壁阻止垫升气流逸出，因此埋首过程中的气垫压力变化相对较小。

图6 3艘船埋首过程中的压力与纵倾角变化比较

2 低头埋首的机理分析

全垫升气垫船高速航行时有可能导致航行不稳定，产生低头（即负纵倾）-埋首（即有较大的负纵倾）-翻船。“低头”意指船产生负纵倾，但船首之围裙尚未触水（或未严重触水）；而“埋首”则指船产生较大负纵倾以至于船围裙囊产生严重触水并伴之而来的缩进现象。埋首的主要原因是因为柔性围裙与水接触后使气垫船突然产生过量的首倾水动力矩，进而使柔性围裙与水接触的水阻力增加而进一步加大这个力矩，以致使气垫船继续首倾（或横倾），使柔性围裙进一步触水和阻力增大。埋首的特征是速度急剧下降，并伴有大的首倾（或横倾），同时有抬起尾部的趋势，从而迅速产生大偏航角。总之，由柔性围裙触水而急剧产生的水动阻力及其“缩进”失稳是埋首的主要原因。

2.1 气垫船纵倾角随航速变化

当气垫船在水面上运动时，气垫内高压气流引起的水面凹陷随船一同前进，并发生变形，形成气垫兴波。随航速增大，兴波波长越来越大，见下页图7。当船前进速度超过兴波的传播速度时，船便将兴波甩在身后，兴波产生的阻力瞬间大幅衰减，船越出阻力峰高速航行。船首部与尾部围裙所处位置对应的气垫兴波的波面高低不同，导致船因兴波而产生纵倾角，该角度同样随Fn而变化（见图7）。在Fn = 0.6附近达到最大值，随着速度的增高（Fn ＞1.5）逐渐趋向于稳定值，如美国LCAC驾驶员最喜欢的气垫船高速巡航时的纵倾姿态为抬头1.3°～1.5°。在高航速下气垫兴波产生的纵倾角较小，但这时气动力影响逐渐增大，使船的纵倾角变平，如图7中的船模试验结果所示。高速区域的风速对纵倾角影响很大，逆风抬头、顺风低头，首部围裙很容易触水。

图7 加速过程中，船下方中纵剖线处的兴波波形及兴波引起的纵倾角随Fn的变化

2.2 围裙触水抗缩进能力分析

首部围裙下部手指触水后，一般假设与水面接触之下的部分贴附于水面（其长度为LW），这部分手指（宽度Bf）产生的水动阻力可由FW =计算，正比于航速V的平方［2］，此时，围裙典型剖面的受力见图8。内囊膜片OB为一个在（Pb-Pc）压力作用下的张力膜片，其受压稳定性是防止围裙缩进失稳的关键。

图8 围裙触水后受力分析

可采用预张力压杆失稳原理来解释围裙内囊膜片的失稳。围裙触水后，手指承受水动力产生向下、向内力矩，抵消围裙内囊承受的预张力，当在囊指外接点处的沿内囊圆弧切线方向的拉力为零时，则内囊不再受拉而失稳。实际上，围裙手指因前柱面与两侧平面耳片之间垂向交界处局部较硬（图9），围裙手指底端触水后，其在水面下的形状将不是平滑贴附于水面，而是前柱面与耳片交界处保持原形状不变，仅手指前柱面下端内收成拱形（图10），从而导致围裙手指下端承受的水动力更大，力臂也大，对围裙大囊产生的下拖力矩更大，使围裙内囊更易失稳缩进。

图9 围裙手指结构（迎水的圆柱面向两侧过渡为平直的三角形耳片）

图10 围裙手指底端触水后的实际变形及数值仿真结果

3 气垫船横侧翻船原因分析

3.1 侧滑时气垫兴波产生摇首力矩

Zilman［7］计算了气垫船在不同侧滑角β下的气垫兴波产生的摇首力矩系数CMz，参见图11。对其作数字化处理，获得摇首力矩对侧滑角的一阶导数ΔMz/Δβ随β的变化见图11。由图11可见，高航速下能稳定回转的侧滑角范围（ΔCMz/Δβ＜0）随Fn的增大而减小。

图11 气垫船斜航时摇首力矩随侧滑角β的变化斜率

对气垫兴波产生的摇首力矩系数作进一步处理，提取出不同傅汝德数下的最小值（负的最大值），见图12。由该图可见，摇首力矩系数的极值位于横向傅汝德数FnB= 0.5附近。

图12 不同侧滑角下摇首力矩系数的最大值与横向傅汝德数FnB的关系

与气垫纵向兴波产生阻力峰值相同，横向兴波也会产生阻力峰值。在FnB = 0.5附近，横向兴波波长约等于船宽，船前进一舷与随边一舷分别处于兴波的波峰与波谷位置处，兴波阻力最大，产生的横倾角也最大。船在斜航时，若沿船宽方向的速度分量对应的横向傅汝德数接近0.5，则横向兴波产生的影响会更明显。

一般说来，气垫船的船长大于船宽，横向兴波对船姿态与阻力的影响相对会更大一些，因此横向兴波阻力峰是导致除CFy之外的CMz极值分布区间的主要影响因素。如果船在利用空气舵操纵时，应尽量避免侧滑角超出一定范围，否则当横向兴波占据主导时，船的稳定性将变差。

3.2 SRN6自航模高速侧翻机理分析

提取SRN6自航模低头埋首试验有关参数时历曲线并加以综合分析，得到傅汝德数Fn以及横向傅汝德数FnB随时间的变化曲线（见下页图13）。

SRN6自航模不打舵情形下的高速低头埋首试验表明：非对称埋首自身引起的横倾力矩有限，产生的侧滑角也有限，随着因首部围裙拖水而引起的快速减速，船态逐渐恢复正常（参见图13）。

图13 SRN6自航模低头埋首试验Fn、FnB、β时历曲线

SRN6自航模持续打右满舵而侧翻，是由于非对称埋首叠加了打舵而引起急转弯；同时，气垫兴波产生的摇首阻尼力矩在β超过较小范围时即变为不稳定力矩（参见图11），而导致船回转率迅速增大，并处于回转失稳甩尾状态。侧滑角在短时间内急剧增大，船几乎横向前进。此时，舵力矩叠加围裙触水下拖力产生的横倾力矩使船大幅横倾并导致侧翻，参见图13。

高速侧翻至少需要满足三个条件：一是高航速，二是大的侧滑角，三是外加横倾力矩持续作用。横倾力矩使船产生前进方向的低头角度，高航速使导边一舷围裙触水产生的下拖力矩足够大。大侧滑角使船以横向气垫兴波为主，围裙下拖水动力为横倾力矩，而垫态横稳性相对纵稳性为小，故此时船会高速侧翻。

SRN6自航模打右满舵而出现高速甩尾，若此时舵角迅速归零，消除外加横倾力矩的持续作用，则船会平滑过渡到低速侧滑阶段，直到FnB = 0.4附近船会出现大幅横倾。美国LCAC的实船高速侧滑试验证明了此点。

3.3 气垫船低速侧翻机理分析

与高速侧翻不同，低速侧翻主要指船大角度侧滑时的横向速度分量达到某个特定航速时（对应FnB≈0.4），此时横向气垫兴波波长约等于船宽，船底纵向分隔裙底端与兴波水面之间的间隙最大，纵隔裙将气垫分隔成左、右气室的分隔效果最差，使横倾时左、右气室内的气垫压力差减小（见图14），导致垫态横稳性大幅下降，易出现大幅横倾振荡现象，在外界风浪干扰下甚至横倾翻船。

此时船阻力主要来自于随边一舷的围裙下部手指兜水，从而使船速衰减较快。

图14 气垫船横向气垫兴波及其对垫态横稳性影响

4 防止低头埋首的技术措施

4.1 设置多个油舱利用燃油调驳动态调整纵倾角

气垫船垫态航行时悬浮于水面之上，无法直接从外界抽取压载水，只能通过自身内部质量移动来作为压载。英、美等国气垫船通过设置多个燃油舱，利用燃油的前后调驳来实现纵倾角的动态调整。同时气垫船垫态稳性远小于排水状态，使燃油调拨成为可能。美国SSC在船体浮箱的4个边角处设置燃油箱以动态调整船的姿态。［8］

4.2 围裙设计技术

4.2.1 围裙增设D型囊

英国BHC公司通过对比试验研究，发现在首部围裙上增加支撑条或在囊指连接处设置通气小孔，可减小围裙触水后贴附于水面的水动阻力，缓解低头埋首情况。此外，首部围裙增加D型囊，也可有效提高围裙的抗缩进能力。国内，裘胜洪等［3］进行的水槽上对比试验结果也证明此点，参见图15。

图15 气垫船首部围裙增设D型囊对抗缩进影响水槽水流冲击试验结果

英国BHC公司在SRN6之后研制的大型车客气垫渡船SRN4的围裙设计中采用D型囊技术，见图16。周边围裙的首部及侧部均设有D型囊，且在D型囊上设置单向进气阀，垫升高压空气只能单向进入D型囊与围裙外囊所围成的空间。同时，首部围裙与侧部围裙交界处设有隔片，使首部围裙的D型囊与围裙外囊形成封闭的局部空间，在船发生低头埋首时该区域内部仍可维持较高气压、围裙大囊维持一定形状提供船首升力，从而减缓低头埋首影响。除此之外，首部围裙D型囊下端设于围裙囊指连接线偏向内一定位置处，以尽量增大围裙外囊与D型囊所围成的封闭区域空间。美国LCAC和芬兰的T-2000等围裙则沿用该D型囊设计技术［9］。

图16 英国SRN4气垫船首部与侧部围裙设置开有单向进气阀的D型囊

4.2.2 首部围裙抗缩进设计

针对如何提高首部围裙的抗缩进并保持一定的响应度以减小阻力，目前主要采用以下三种技术［2］：

（1）牺牲响应度来保证刚度。如俄罗斯的ZUBR与美国LCAC通过增加首部围裙刚度来提高围裙触水后的抗缩进能力，但导致其响应度相对较差，其特征是首部围裙外安装点远高于侧部，外囊形成大包头形式，内囊较短（参见图17）。

图17 几种典型气垫船首部围裙

（2）兼顾高响应度与抗缩进能力。如英国SRN4MK Ⅲ成功设计应用了高响应度、抗缩进首部围裙，使首部围裙在满足一定抗缩进能力的前提下兼具良好响应度，在保证高速纵稳性的同时提高波浪中的让浪性能，从而提高快速性和适航性，见下页图18。其特征是首部围裙外安装点与侧部的相差不多，内囊较长。

（3）在国内，马涛［2］等对围裙在气动力作用下的响应度和在水动力作用下的抗缩进性能也进行了研究，在国际上首创“响应围裙气弹与水弹动力学”理论，并形成第三种首部围裙设计方案，即介于LCAC与SRN4MK III之间具有高张力外囊与合适内囊的中响应度围裙。

吕世海、刘春光、马涛［10］提出结合纵稳性计算研究首部围裙性能，将围裙在水/气动力联合作用下的响应变形与船升沉、纵倾运动响应结合起来，探讨了船高速纵稳性及首部围裙性能。他们的研究结果表明：当D型囊隔片长度与围裙剖面静态成型状态下外囊弦长相等时，纵倾力矩可以计算到-0.06WLc（缩进临界状态）；当D型囊隔片长度为围裙剖面静态成型状态下外囊弦长的1.06倍时，则纵倾力矩只能计算到-0.045WLc（缩进临界状态）。因此，设置较紧的D型囊能提高围裙抗缩进能力，但其对围裙变形能力的影响恰好相反，即与D型囊松紧程度成正比。首部围裙缩进是船纵向失稳并导致低头埋首的必要条件，而为减小船波浪附加阻力和改善波浪中的纵摇运动，又需要首部围裙具有较高的变形响应能力。首部围裙设计应兼顾考虑抗缩进与变形响应，综合优化设计参数，使其在具有一定抗缩进能力的前提下获得更好的响应性能，以提高船的快速性和耐波性。

图18 一般围裙（左）与响应围裙（右）波浪中变形比较

4.3 船模及实船试验验证

正因为纵向高速低头埋首是气垫船特有的风险之一，故在围裙研制中必须予以重视，可通过改变重心纵向位置，以及高速时突加低头力矩试验等来验证围裙高速抗缩进性能。例如，俄罗斯在新型围裙研究中，比较了高航速时重心纵向位置对阻力的影响，以使同一阻力水平内的重心纵向位置的范围更为宽大［12］。目前，重心纵向位置LCG一般取位于重心之后0～0.5%的气垫长度范围内，即（Xg - Xc）/Lc ≈ -（0～0.5）%。美国 JEFF B、LCAC、SSC在围裙研发中，也通过船模不同侧滑角下的斜拖试验，以及突加垂向低头力矩的方法来验证围裙抗缩进能力。

然而，由于缩尺船模试验时，船模所用围裙材料刚度远大于实船围裙的相似换算值，因此基于船模的低头埋首试验预报到实船，明显好于实船测试值，即偏危险。美国LCAC母型船JEFF B船模与实船埋首边界比较见图19［2］。由图19可见，实船高速埋首的低头力矩-重心前移百分比远小于模型预报。

图19 美国JEFF B船模与实船埋首边界对比

正是由于上述原因，除通过缩尺拖模试验外，最终需通过实船试验进行安全航行验证，如美国在2000年前后为LCAC SLEP换装第一代深型响应围裙期间便进行了大量拖模试验。除在试验艇LCAC 66对低头埋首边界作模拟试验验证外，还安装于现役船LCAC 89上，结合任务进行了长达一年的实船使用考核。其发现若围裙使用一段时间，首部围裙手指会出现明显磨损，此种情况下，若驾驶员在高速航行时不注意首部围裙手指啮水现象，则相对于新围裙更易发生低头埋首。除此之外，对旧围裙应更严格控制船的配载，严禁出航时头重脚轻。

第二代深型响应围裙用在为芬兰设计的气垫巡逻艇T-2000上，2001年至2003年的实船航行试验表明：某些运行状态下的回转率可超过2 °/s（美国LCAC回转率限界≤2 °/s），低头埋首边界大幅超出了初始设定的速度/海况/重心纵向位置的运行限界，特意尝试的低头埋首情形下的反应也比常规囊指型围裙缓和，这与LCAC SLEP使用经验相同［9］。

美国在SSC围裙竞优过程中，对CDI Marine、Icon Polymer以及Textron这三家公司的方案作了大量的船模对比试验，优选出Textron的单囊套指围裙方案，并于2009年安装在试验艇LCAC 55上进行实船围裙试验。航行安全性是三大试验项目之一，包括不同航速与海况条件下的回转稳定性，观察不同航速下艇纵向重心处于极限位置时的低头埋首趋势以及高速侧滑系列试验。围裙后续在LCAC-66上作长期运行考验，以检验其在LCAC恶劣运行环境条件下的耐用性。目前，SSC首制艇LCAC-100正在进行海上试验。

5 发生低头埋首时的操纵应对措施

5.1 预防措施

5.1.1 纵倾角及装载控制

由于纵倾角使船的安全性降低，因此除了对首部围裙精心设计以提高抗低头埋首能力外，还需要严格规定船的重心纵向位置范围，通过控制装载及燃油配载来保持一定的初始尾倾角。美国LCAC船的航行安全限界规定，最高航速纵倾角一般不低于1°；对于装载变动较大的气垫登陆艇应设置动态调整纵倾的技术手段，如油舱布置应考虑兼顾压载功能并设置燃油调驳系统。

美国LCAC要求驾驶员在高速航行时必须时刻注意首部围裙手指底端啮水现象，若发生此现象，必须立即减小导管空气螺旋桨的桨距角以减速，并采取燃油调拨等措施动态调整艇纵倾角。

5.1.2 不同航速下最大允许侧滑角限定

英国Crago等［4］通过大量实船及模型试验，得出了全垫升船可能出现埋首和翻船的速度（Fn）范围，并据此制定SRN6安全驾驶限界范围，写入其驾驶操作手册内。

美国LCAC将侧滑角与纵倾角、回转率一起作为安全限界的重要指标参数，在其操作手册中明确规定不同航速下的最大允许侧滑角（MAS）限界［13］，见图20。

图20 美国LCAC与英国SRN6不同航速下最大允许侧滑角限界

5.2 危急应对措施

我国气垫船驾驶员归纳总结了他们长期驾驶经验后分析得出：埋首一般在顺风高速情况下发生，会引起气垫船低头，使首部围裙阻力大增、负加速度剧增，甚至因船首插人水中而发生翻船。当高速航行感觉有低头迹象时，应迅速拉低螺旋桨的螺距角以降低推力。由于埋首现象是瞬间发生的，驾驶员应谨慎正确应对，切忌打舵、降低垫升风机转速等误操作［11，14］。

对于带有首推器的气垫船，在降螺距角的同时，还可将首推器的朝向转向艇首，以产生负推力并形成抬头力矩，缓解船的低头现象。

对于气垫船回转时由于侧滑角及回转率过大而发生甩尾时，驾驶员应立即将空气舵、桨距差等回零，并避免船在FnB = 0.4～0.5区域运行。在船高速甩尾后船速衰减到FnB = 0.4之前，通过加螺距提高航速并配合点舵操纵等，使船横向速度分量避开FnB = 0.4的对应速度，以防止出现大幅横倾振荡。

6 结 语

本文介绍国内外在气垫船低头埋首方面所作的主要试验、理论研究以及采取的技术措施，并基于目前技术进步对低头埋首机理作了进一步探讨。高速低头埋首若不对称，会导致大的侧滑并引发大幅横倾，存在翻船风险。若高速航行时的偏航-侧滑角超过一定范围，则会因气垫兴波产生的摇首力矩处于不稳定区域，使船侧滑角进一步增大，横向兴波占主导地位；再加上外界风浪的影响，严重时可能发生翻船。低头埋首只在船高速航行过程中发生，除与气垫船特有的柔性围裙系统密切相关，也与驾驶操纵有关，在高速行驶时必须注意风向、风速以及其他船的尾浪，切记低头埋首这一潜在风险。除采用抗缩进性能良好的首部围裙设计以及设置可动态调整姿态的手段外，出航前及航行过程中必须密切注意纵倾角范围，严格遵从安全限界的约束。由于低头埋首的突发性及短时性，因此在航行时必须时刻注意观察周边环境，在遭遇低头埋首时正确应对，方能转危为安！