1）海上浮式机场的研究意义

当今世界社会迅速发展，土地资源日益稀缺，为了拓展空间，世界各国都把眼光聚焦到了广阔的海洋。我国为此提出了经略海洋、兴海强国的发展战略。

随着科学技术的发展和社会进步的需要，海上飞机场的发展已成为必然趋势。由于对深水油气资源的持续需求，深水半潜式海洋平台的建设对我国工程人员具有重要意义^[1]。我国具有丰富的海洋领域，包括东海、渤海、黄海以及南海。其中南海无论是海域面积还是物产资源的蕴藏量都是非常可观的，但南海海况条件恶劣，加之周边各国对南海资源的觊觎，都阻碍了我国对南海开发。究其原因，很大程度上是因为我国对南海的控制力度不够。南海海域辽阔，我国最南端的曾母暗沙与大陆的距离近2000公里，比从北京到广州的距离还要远。如果没有供飞机起降的机场，像飞机这种具有战略意义的工具很难发挥应有的功效。海上飞机场的建立不仅可以提高我国对海洋领域的掌控，而且可以提高对海洋资源的开发和运输，这十分符合经略海洋、兴海强国的发展战略^[2]。对于国内而言，建立海上飞机场也是十分有利的，具体体现在近几年社会发展迅速，土地资源日益紧张，如果可以在海上建立飞机场不仅可以完美的化解土地资源的冲突，而且减少了对城市居住环境的污染。因此，无论是提高我国的经济竞争力，还是在世界上树立大国形象，海上漂浮机场都可以起到重要的作用。

2）海上浮式飞机场的结构特点

海上浮式机场实际上是一种超大型浮式结构物^[3]。超大型浮式结构物的得名是因其自身的结构特点而来，它的长度在千米数量级，但其高度往往只有数十米，巨大的长高比使结构呈现出长且扁平的特点，这也是该结构区别于现有常规浮式结构物最主要的特征。由于巨大的长高比，使得超大型浮体结构的特性不同于传统刚性浮体。海上模块化浮式机场通常由若干连接的浮式模块（半潜式或浮筒式）组成，并依靠系泊系统固定在指定海域^[4]。常见的超大型浮体有箱型（Pontoon Type）和半潜型（Semi-Submersible Type）两种形式^[5]。箱型的结构简单，维护方便，但抗风浪能力较低，而半潜式结构具有良好的水动力性能，能适应海况恶劣的深海海域，但其构造相对复杂。半潜式海上飞机场模块由支撑立柱将上部的跑道甲板和下部两个浮筒相连构成一个整体。浮筒的结构与钢制船体相似，这种结构坚固可靠，重量轻^[6]。在漂浮工况下，半潜式结构的下浮筒和部分立柱浸没在海水中，为整个结构提供浮力，在这种情况下，结构的水线面仅仅是两侧立柱的横剖面，这一特点使整个结构受波浪的影响小，具有稳定性高、作业水深大的特点,半潜式是减少深海区水动力响应的最佳选择^[7]。

3）海上浮式机场国内外研究发展现状

19 世纪的科幻小说家 Jules Verne 最早提出了超大型浮体（VLFS）的概念，他的文字为我们描述了现代工业革命后的漂浮岛。Armstrong 于 1924 年提出将VLFS作为海上机场，按照他的设想可以在世界各海域设立航线，同时Armstrong 进行了箱式结构和其他平台形式的实验^[8-9]。

1973 年日本提出了以漂浮机场的形式建立关西国际机场，虽然这个设想最终没有实现，但日本为此做出的一系列努力，为后来的研究提供了借鉴。1995年日本成立了超大型浮体研究协会(Technical Research Association of Mega-Float)，简称 TRAM，对箱式 VLFS 进行了系统的研究。主要分为三个阶段：第一阶段对超大型浮体的材料、海洋环境荷载、定位方式以及其力学特性进行了系统研究，另外对施工和作业中可能遇到的各种情况进行了评估并制定了相应的处理预案；第二阶段主要针对超大型浮体作为海上机场的设想是否可行进行了研究；第三阶段是分析超大型浮体安全性和可靠性，确保海上机场可安全有效的运行。这次计划中的海上漂浮机场由6个箱式模块通过焊接的方式连接而成，每个模块长380m、宽60m、厚度3m，最终的总体结构长达1140m，宽为120m。经过五年的努力，于2000年在该机场上成功地进行了飞机起降试验^[10-14]。1943年美国海军土木兵团在英国设计了漂浮飞行甲板，该结构由多个浮桥铰接而成，长552m、宽83m、高1.5m、吃水0.5m，并且成功的进行了飞机的起降^[15]。1997年美国海军提出了移动式海上基地（MOB）的概念，由若干个大尺寸的模块首尾连接而成，模块的结构形式主要有柔性半潜式、混凝土半潜式、铰接半潜式和独立半潜式。美国海军希望 MOB可以用于军事目的，迅速部署于作战海域，以此作为战略性的海上军事基地，这也成为了美国在 21 世纪的三个核心运作观念之一^[16-17]。

考虑VLFS的结构刚度与整体弹性响应的同时，还需考虑流体与结构耦合作用的影响，就此涉及到了水弹性问题。Kashiwagi（2000）^[18]对VLFS水弹性分析的现状进行了综述，并提出在箱式VLFS的水弹性问题中，可将结构视为各项同性的板模型；崔维成（2001）^[19]针对超大型海洋浮式结构物动力特性的研究现状进行了介绍；崔维成（2002）^[20]专门针对VLFS 在波浪中的水弹性响应理论分析方法进行了说明。 杨建民（2004）^[21]在上海交通大学进行了国内首次箱式超大型浮体在非均匀海洋环境中的水弹性试验，对非均匀海洋环境、超大型浮体的水弹性性能以及两者相互之间的关系进行了研究。试验模型长10m、宽1m、型深 0.05m、吃水0.02m、缩尺比为1：100。实验得出了不同波长、不同周期以及不同浪向角下，箱式超大型浮体的水弹性响应。

对于半潜式VLFS模型的建立，往往采用刚性模块柔性连接器（RMFC）模型，RMFC 模型认为连接器要比模块的柔性大，所有的变形都发生在连接器上。余澜（2003）^[22]对移动式海上基地连接器研究现状与发展进行了综述，列出了现有的几种连接器，主要包括：简单铰接式连接器、柔性连接器、增强型柔性连接器和改进型柔性连接器，并对每种连接器的特点进行了说明。余澜（2004）^[23]在考虑模块间相互作用的情况下，计算了5 模块 MOB的运动和连接器载荷响应，并与不考虑模块间相互作用的结果进行了比较。结果表明，模块间相互作用与连接器的刚度有关，在浪向角较小时，模块间相互作用十分明显且不可忽略；当浪向角较大时，模块间相互作用较小。