高性能船舶------排水式高性能船舶浅谈

幻化成雨

高性能船是舰船中排水量相对较小而综合性能突出的船舶，从技术内涵来看，高性能船舶是指应用了某一或者几个流体力学支撑原理、航速高于常规船，而其综合航行性能优于常规船的船舶。其优越的性能主要体现在：快速性、耐波性、操纵性、两栖性、浅吃水性、舒适性、极小物理场等，其中高速性能和优良的耐波性是高性能船的主要关注点，同时也是高性能船有别于其他常规船型的主要特点。

而高性能船舶中，排水式的高性能船主要是指体积傅汝德数在1.0和3.0之间，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船艏上抬较大，船尾下沉明显，整体船体呈现明显的尾倾现象。在这种状态下，船体的流体动力较正常船舶的排水状态有明显地增大，在艇体垂向支持力中，升力L（公式： ）所占的比重加大，而排水体积较正常的船舶静浮时排水体积小，是属于在传统排水型船舶与高性能滑行船舶之间的过渡型船舶，称为高性能排水式船舶。目前高性能排水式船主要有高速深V船、高速圆舭型快艇、高速双体船、SWATH（小水线面双体船）、WPC（高速穿浪双体船）、和高速多体船等。

高性能排水式的船相比非排水式的高性能船舶（滑行艇、水翼艇、掠海地效应船、气垫船等）在发展上相对滞后，船型的提出也较非排水式的较晚，大约在上世纪七八十年代才陆续从新概念提出到实用发展的阶段过程，还有一个特点就是目前世界现有的排水式高性能船舶实船比非排水式的要少很多，船型的优化、减摇装置的发展、理论的进一步完善都处于发展当中，同时尽管发展的相对较晚，但是发展速度有目共睹，其中高速穿浪双体船的概念仅仅刚提出，在随后的十年当中发展迅猛，澳大利亚等国已把相对成熟的WPC技术应用到了大型船舶当中。

排水式高性能船舶发展之所以如此之快，受人瞩目是有其突出的几个特点的。这些高性能船舶各具特色，各有优缺点。如高速单体船的优点是船型、布置、建造等简单方便，在中速时有较高的升阻比，但缺点是在波浪中砰击大，垂向加速度高，稳性差，高速时升阻比小，甲板面积小等。高速双体船的布置结构比较简单，且有较为宽敞的甲板面积和较好的横稳性，但高速时流体动力性能差，在波浪中产生高的线加速度和适居性较差、易晕船，且产生兴波较大。全垫升气垫船虽具有独特的两栖性，极浅吃水和静水快速性，但结构布置较复杂，造价高，经济性欠佳。侧壁气垫船虽无两栖性，在波浪中失速较大，但其造价低，建造类同常规船舶，经济性好，船型流体动力性能好，波浪中砰击小，垂向运动和加速度小，不易晕船。小水线面双体船具有极好的耐波性，但吃水深、航速低、无自稳性，自控与动力传动系统复杂。因此，不可能用一种船型来代替其它一切高性能船舶，只有合理运用各种高性能船舶的优点或所谓“特异功能”，扬长避短，使各种高性能船舶“各尽所能”，得以充分的发展。

基于上述的诸多特点，世界排水式高性能船舶的发展有这么几个动态：

高速单体船：由瑞士首先研究的深V船型也受到世界各国重视。深V船型的优点是在波浪中的耐波性能明显优于圆舭快艇船型，在中等海况下能减小20%的纵摇、垂荡和垂向加速度。在高海况高速航行时船体出水次数只有常规圆舭艇的一半（计算结果），即使出水，击水烈度也很小，不易形成砰击，因此在波浪中的失速大为减小，如西德建造的SCR-33艇，排水量仅170t，在静水中满载排水量时的试航速度为36kn，而在6-8海况下仍能保持32-34kn的高航速。

高速双体船：高速双体船出现于70年代，主要利用两个细长片体以降低兴波阻力，由于高速双体船结构简单，阻力峰不明显，载客量大，抗风及稳性较佳，得到了迅速的发展。但是该船型因纵摇与横

摇固有频率较接近，在波浪中易产生纵横摇偶合运动和较大的线速度，使耐波性和适居性较差，易使旅客晕船。所以，现各国致力于采用大功率喷水推进系统，改进线型，增设水翼或艉端板自控系统等，以提高耐波性和居适性。如尧文纳飞达公司已在78.8m艇上安装运动阻尼系统， 其垂向加速度将可减小30-40%，使艇在有义波高为2.4m的海况下航行，其垂向加速度小于0.2g。其运动阻尼系统为一对首水翼组成，每个水翼安装在双体片体之首部，在波浪中进行自控以增加纵横摇阻尼力矩。

小水线面双体船：在上世纪80年代各国已开始研制大型、低中速的小水线面船。目前正致力于开发中速小水线面双体船，在阻力性能、支架型式、线型优化、运动控制等方面已有了很大的突破。1989年日本制造了新一代的载客410名的“海欧2”号小水线面客船，其航速已突破30kn，设有鳍控系统，在5级浪中的旅客晕船率为2.8%， 而在6级浪中仅为6.5%。英国的FBN公司为减少湿表面积、 提高中速性能、提高纵摇稳定性、减小装载敏感性，采用了中水线面设计技术，这样可取消复杂的自控系统，已建造了400客FDC型艇。该艇在3m浪高下可达到31.7kn航速，创下了小水线面船目前最高航速的记录。[注：以上动态介绍出自《高性能船舶发展及对策》---阮振华]

幻化成雨

理论方法的研究：

为了给读者一个清晰地印象，下面对高性能船的研究方法分别阐述。与常规船性能研究相似，高性能船舶航行性能的研究也应用了三种方法：理论研究、模型试验研究和实船试验研究，其中对于排水式的高性能船舶以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法应用较广，单体船性能的理论研究方法的发展和已取得的成功为排水式高性能船舶性能的理论研究提供了基础和借鉴，例如切片理论等，20世纪70年代初，船舶水动力学的一些分支，如线性兴波阻力理论及计算技术，浮体运动时的兴波及受理的分析计算方法，势流理论，升力线与升力面理论等都已发展得较为完善，加上计算机应用的普及，这些方法稍加改进便可用于高性能船舶的性能分析计算。还有就是排水式的高性能船舶，如小水线面双体船、高速双体船或穿浪双体船等，他们的船体都具有细长几何特征，更接近于理论计算模型所采取的细长体或者薄船假设，符合薄船兴波阻力理论、细长船兴波阻力理论和切片理论对船舶几何特征的要求，使计算结果更接近实际，性能研究工作较单体船情况下更为有效，所以其兴波阻力的计算结果和海浪上运动性能的计算预报都能达到相当满意的准确性。最后，因为小水线面双体船下体和稳定鳍的几何特征与飞机机体及尾翼相似。而更多应用的研究方法是船模的研究。

归根到底，首先高性能的研究很大程度上是对其在选定航速范围内阻力性能的优化，其中高性能排水式单体船、双体船、三体船多应用米歇尔的薄船理论，船的长宽比越大，航速越高薄船理论越接近实际情况，小水线面双体船中船体的粘性阻尼和鳍的水动力性能计算应用了航空科学领域的研究成果。

另外更多的高性能排水式船舶研究使用的船舶实验，测量多组的实验数据，根据某一参数的变化，优化最好的阻力性能。例如随船长度系数的变化研究、Cb,L/T,L/B对纵摇和升沉运动的影响研究及多种船型的图谱研究等。

新的船型的研究：

首先普通船舶在水中航行之所以阻力较大，主要是水的兴波阻力和摩擦阻力对船的影响，很显然人们想到了如何减小这两个阻力，于是想到了减小水线面的大小从而减小兴波阻力，把靠近水面处船体之排水溶剂向水深方向移动，这样就形成了小水线面船的雏形；另外人们偶然发现了方形尾的船舶在航速较高时产生“水流突离现象”，在船的尾部么、某一区域形成了“空穴”，使流体稳定，于是很多高性能船都应用了方尾这一尾部形式；1946年Lindsay Lord发现适当地增大横向斜升角可以有效地较少兴波阻力，于是乎产生了对深V船型的研究；上世纪又有人提出了把原来的一个船体的固定模式打破，形成了双体船，使船的稳定性更高，如今三体船甚至多体船的研究也已早已进行；值得一提的是关于WPC（高速穿浪双体船）船型这一新高性能船的研究，同时也是笔者认为发展趋势最好的高性能新船型之一，它不仅保留了小水线面双体船的低阻、高耐波性的特点，同时还有双体船甲板面积宽敞的优点，又同时融汇了深V船型的特点，可谓博采众长。

在查阅文献中笔者同时很多人也会发现尽管新的船型提出，优点突出，但其适用范围及由优点带来的不可磨灭或者说很难避免的缺点也很突出，例如双体船虽然稳定性加强了，但是在双体船片体间存在兴波干扰，产生了别的船型所没有的附加的干扰阻力，同时其摩擦阻力也大于单体船；WPC船在高航速时静水阻力性能和波浪中阻力性能较好，推进效率高、耐波性能优良，但是其湿表面积大，摩擦阻力也大，回转半径大等缺点也亟待解决。

为了在新船型的中优化性能，减小阻力，很多学者也采取了加装附加设置的方法，例如深V船加入了SSB（Semi-Submerged Bow）可有效地减小船舶在风浪中的纵向运动特别是减小纵摇运动和首部加速度；另外很多减摇鳍的加装同时也优化了高性能排水式船舶的性能。

高性能船舶的发展日新月异，同时高性能船舶的理论研究也阻力重重，好在目前计算机技术的告诉发展，有限元技术的引入填补了理论的不足，目前世界上的高性能船舶还多以小型的可靠船和小型的游船为主，今后还要向大型的高性能车客渡船和货船发展，高性能船舶的发展前景一致看好，而我国的发展道路可谓任重而道远。

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海誓松潮

了解下，不错。

songhai210

专业性挺强的啊