2012年高速艇设计--复习内容

一、绪论

高速船定义：

按照IMO《2000年国际高速船安全规则》1.4.30的定义，高速船是指最大航速等于或大于下述数值的船舶：V≥3.7▽0.1667m/s（式中：▽为满载排水量Δ对应的排水体积，单位m3；V为船舶满载排水量时以额定的最大持续推进功率在静水中航行所能达到的航速），可以看出：对于排水量不同的船，需要达到不同的航速才能称之为高速船。

高速船的分类：

高性能船的分类方法有两种：一是按照船的流体力学支承原理来划分，可以分为水浮力型、水动升力型、气垫压力型、空气动升力型和复合型等五类高性能船；二是按照船身布局来划分，可以分为单体船、双体船和多体船等三类高性能船。现按照第一种分类方法，对各类高性能船作一概括。各类高性能船的分类见下图：

(1)水浮力型高性能船

这种高性能船虽与常规排水量船相似，利用水的浮力支承船的重量，但为减少水的阻力和波浪的干扰，其船体形状(因而浮力分布)不同于甚至大大不同于常规船。属于这种高性能船的有圆舭型过渡型船、深V型船、高速双体船、穿浪双体船和小水线面双体船等。

(2)水动升力型高性能船

利用高速运动的滑行面或水翼所产生的水动升力支承船的重量，其优点是升阻比高。滑行艇和水翼船就是这种类型的船。

(3)气垫压力型高性能船

依靠船底下封闭气垫的静压力，把船体抬离水面以减少水的阻力。这种高性能船称为气垫船，主要分全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种。

(4)空气动升力型高性能船

这种高性能船就是地效翼船，它凭借其翼化船身贴近水面高速运动时产生的水面效应，获得很高的气动力升阻比，能作超高速贴水(但不触水)航行。

(5)复合型高性能船

将上述两种(或多种)流体力学支承原理加以复合而形成的新型高性能船，它兼有原型之长，而无原型之短，如水翼双体船、气垫双体船等。

二、单体高速船

普通单体船与高速单体船的航行状态的差别：

在《船舶阻力》课程中，已知一般排水型船，尽管按航速可以划分为低速船、中速船和高速船，但总的来说，所对应的速度范围较低，即使所谓高速船，其傅汝德数F N亦在0.35左右居多。而它们在航行过程中的航态几乎有一共同特点，即与静浮状态没有明显的差别，亦即航行过程中航态改变不大。

但高速艇在航行过程中不但航态与静浮时有显著不同，而且在不同航速时，航态的改变情况亦将完全不同。根据已有试验表明：高速船在航行过程中，船体各部位的吃水较静浮时将发生变化，而且随着航速增大，这种各部位吃水变化将变得更为明显。下图是一般高速艇在一定速度范围内随航速变化，艇首、尾和重心处的吃水变化情况。

1. 滑行艇

滑行艇的艇型特点：

考虑到既要满足快速性的要求，又要考虑到航海性能方面的问题，所以滑行艇的艇型特点一般地由这几方面来表征：

1）剖面形状采用V型或称折角型

采用折角型剖面的目的为了使水流尽快脱离艇体，减小阻力。同时这种剖面形状的水动力性能较圆舭型(或称U)为佳，利于艇体上抬，提早滑行。此外由于采用圆舭型剖面时水流脱离艇体不如折角型快，因而飞溅严重，会导致阻力增大。所以从阻力观点来看，滑行艇选用折角型剖面是有利的，目前采用圆舭型剖面的滑行艇几乎少见。

2）艇体剖面保持一定的斜升角

一般说来，沿艇长方向各剖面的斜升角是变化的。首部的斜升角很大，向艇尾方向迅速减小，

在尾部可接近0度。其原因在于综合了艇体阻力，耐波性和操纵性诸方面的要求。从阻力性能看，已有资料证明斜升角越小，升力效应越好。但斜升角过小，特别是首部，在波浪中航行时，将引起严重拍击。因而增大首部的剖面斜升角，可以有利于缓和严重的拍击。由于尾部在波浪中拍击要较首部小得多，所以主要着眼于阻力性能，可取根小的斜升角。同时应该注意到，保持一定的升斜角，可以使中纵剖面面积不至过小，这有利于满足操纵性的要求。

3）艇体的长宽比L/B较过渡型快艇小，其目的在于增加艇体展弦比，以提高水动力性能。

滑行艇艇型与过渡型快艇的某些相似之处主要表现在：为了防止底部产生负压，所以都要求有平直的纵剖线；都具有较瘦削的进流水线，以及均采用方尾等等。典型的滑行艇艇型如下图。

滑行艇的航态特征：

当滑行艇处于全滑行状态下，由于所受到的流体动力与一般排水型船，甚至过渡型快艇都

有质的区别，因此表现有明显的航态特征:

1）艇体重心被抬高。全滑行状态下，艇体重量几乎全部由艇底产生的动压力所支持。艇体重心上升到静浮状态之上，艇底动力压的大小与航速的平方成正比关系，因此航速越高，则艇体重心升高越大。

2）艇体纵倾角和湿面积随航速而变化。由于艇体重心升高与航速有关，故在不同航速下的艇体湿面积是不同的。另外由于不同航速下，艇底纵向压力分布是不同的，因而对尾板的力矩是变化的，所以航行纵倾角、湿长度等均随航速而变化。

3）滑行艇在滑行过程中出现有明显的“飞溅“现象。在驻点线前面射向两舷外侧的喷射水流称为“须状飞溅”该部分飞溅面积亦是艇体湿面积的一部分，因而将影响到摩擦阻力成分。另外在须状飞溅的后面形成水膜的飞溅称为“主飞溅”。

滑行平板的流体动力分析：

滑行平板的总阻力包括两部分，即摩擦阻力R F和压差阻力△tga。此压差阻力又称剩余阻力，它是喷溅阻力和兴波阻力之和。当速度增加时，兴波阻力所占的比例逐渐减小，高速时，剩余阻力几乎全部是喷溅阻力。

滑行艇阻力的近似估算法：

在初步设计阶段中，有时需要粗略地估算滑行艇的阻力或马力，因此常可选用某些近似估算关系式进行。这类方法较多，其主要依据母型艇或有关归纳资料而得到。

断级艇滑行艇的性能：

为了进一步提高滑行效率，可以在滑行艇底部作成横向断级形式，下图是单断级滑行艇的艇型。

当艇底采用断级时，水流流经断级后离开艇底，经一定距离后再与第二级艇底接触，直至尾缘。这样，艇底形成前后两个滑行面。前后滑行面之间有一空穴。因此采用断级艇不但滑行面的展弦比增加了，从而提高了滑行面的水动力性能，而且在航行过程中可以进一步减小艇的湿面积。所以，在高速时，断级式滑行艇的阻力较低。但在汹涛中，这个优点完全消失。且因艇体重量集中于前后两个滑行面上，而纵向构件在断级处又不连续，所以就结构方面而言，有其明显的缺陷。在严重的波浪情况下，不但耐波性差，甚至还有结构损坏的危险。随着导弹武器的使用，对军用快艇的活动半径要求亦在加大，所以除运动艇外，即使是单断级艇在海军快艇中也似乎较少采用。

改善滑行艇喷溅的常用措施：

滑行艇的稳定性：

1. 横向稳定性