高速船系列讨论之水翼船 Hydrofoil vessels

幻化成雨

水翼船（Hydrofoil）是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面（称为水翼飞航或水翼航行， Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。

全浸式和半浸式

早期的水翼船在采用U型的水翼。这种水翼被称为“半浸式”或“割划式”水翼。因为在水翼飞航时，U型水翼会有部份是浸在水中，而部份则会割破水面露在空中。半浸式水翼的结构较为简单，推进一般用船尾浸在水中的螺旋桨及方向舵。较新的水翼船则是采用倒 T 型的水翼，这种水翼被称为“全浸式”，因为它经常保持在水下。“全浸式”的水翼受海浪的影响比“半浸式”小，因此全浸式水翼船在大浪的海上行走时更为穏定，亦更为舒适。但是因为全浸式水翼设计不具自我穏定的特性；故此必须要由自动控制系统就海面情况、船身姿态、速度、加速等参数不断改变水翼的攻角，以维持水翼飞航的状态。如果水翼船突然失速(例如发动机严重故障，或者因碰撞而突然减速)，飞航中的船身可能会突然掉回水中，造成意外。部份全浸式水翼船的推进采用燃气涡轮引擎，配以喷水系统，避免了螺旋桨及方向舵带来的阻力。

发展历史

美国人William E. Meecham 早在 1906年便在Scientific American 内曾经发表关于水翼原理的文章。电话的发明人贝尔认为这是项重要的发明，他画出类似水翼船的草图，然后与Casey Baldwin合作，在1908年进行关于水翼的实验。Baldwin研究过意大利发明家Enrico Forlanini的设计后，进行自己的设计。1910年贝尔在意大利与Forlanini 见面，并在湖上试乘Forlanini 的水翼船。回到美国后，他们建造了HD-4 号，逹到了时速87公里的速度。在美国海军的支持下，他们改用两副350马力(260kW)的发动机，在1919年9月创下时速114公里的纪录。这项纪录一直保持了十年。

Supramar 水翼船

德国人Baron von Schertel 二次大战时在德国研究水翼。战后Schertel 的研究部门大部分被苏联俘获，成为日后苏联水翼船发展的骨干。　而Schertel本人则到了瑞士，并成立了Supramar 公司，于1952年发展出首部来往瑞士及意大利的载客水翼船PT10，重七吨，载客32人，采用U 型半浸式水翼，速度达32节。之后陆续发展出PT20，PT50，PT75，PT100和PT150，主要由意大利 Rodriquez 及日本日立生产，都是采用半浸式水翼和水下螺旋桨推进。最后出产的是PT150, 采用前半浸，后全浸水翼，重165吨，载客250人，速度达37节。至1971年停产时，Supramar 水翼船生产了超过150艘。部分PT 水翼船至今仍在服务，Rodriquez之后亦仍然有生产自行研制的半浸式水翼船。
苏联亦一直有对水翼船进行研究，在1970年代和1980年代设计了不少流线形的水翼船渡轮和军舰。当中Meteor 及 Voskhod 型近年出口到国外。这些水翼船以半浸式居多，主要用在浪较少的内河及湖泊.

波音的喷射水翼船

水翼船需要的技术跟航空十分相似，因此美国的波音公司在60年代便开始研究水翼船。1974年，波音建造了6首131呎长的PHM型全浸式水翼船军舰。舰上装有反舰导弹、75毫米快速炮。航速超过45节。发动机为2部800匹柴油引擎（飞航前用），及2部17,000匹GE海事用燃气引擎（飞航时用），用喷水器推进。同时波音亦发展了民用的水翼船渡轮，称为JetFoil929型。929型亦为全浸式水翼船，水翼可以收起，以进入浅水的地区。船身长90呎，以铝合金制造，净重约100吨，载客量可达250人，航速逹45节。推进的动力，来自2部劳斯莱斯Allison 501k燃气引擎，用喷水器推进。波音总共生产了26艘929型水翼船，买家有日本、英国、印尼等地的渡轮公司。当中香港的信德集团旗下的远东水翼船（1999年7月与中旅侨福(CTS-Parkview Ferry Service Co. Ltd.)的港澳飞航船(TurboCat)合并后改称喷射飞航）是最大的用户，曾拥有16艘用来提供往来香港及澳门之间的服务（有3艘已售予韩国）。波音停止生产JetFoil后，将生产专利卖给日本川崎重工（Kawasaki Heavy Industries, Co. Ltd.），大约生产了15艘。90年代中期，中国船舶工业集团亦曾短暂授权生产2艘（型号为PS-30）予香港的远东水翼船（其中1艘已售予韩国）。

发展和限制
现今存在的水翼船大多不超过1000吨，并以近海航行为主。跟其他的高速舰艇技术相比，水翼船（主要是全浸型）的主要优点是能够在较为恶劣的海情下航行，船身的巅簸较少。而且高速航行时所产生的兴波较为少，对岸边的影响较低。缺点主要在制造大型的水翼船、或进一步提高速度，目前还存有技术困难。水翼所能提供的浮力与长度成平方关系，但是船的重量却与长度成立方的关系（平方／立方定律），故此制造更大型的水翼船存在一定的难度。要进一步提高速度，水翼在高速下会产生气泡（空蚀，Cavitation）的问题亦需要解决。此外全浸式水翼的结构及控制较为复杂，亦令成本上涨。水翼船使用燃气引擎花费燃料较多亦是商业运作上的考虑之一。

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