小型双体船的总体设计
高性能小水线面双体船的船型设计及优化
机械化工科技风2019年10月DO#10.19392/k>1671-7341.201928133高性能小水线面双体船的船型设计及优化张旭杰杜友威!张栋楠青岛黄海学院智能制造学院山东青岛266427摘要：小水线面双体船具有推进效率高、耐波性能好、高速航行时阻力小等优点，本文将针对小水线面双体船在波浪中的阻力性能特点进行分析，并根据片体支柱距离的变化设计出优化方案，利用MAXSURF仿真模拟验证设计方案，得到不同支柱间距t 时的兴波阻力系数变化规律,并分析其优化的合理性与实用性。
关键词:小水线面双体船；减阻优化;船型设计ShipDesign and Optimization of High Performance SWATHZhang Xujiz Du Youwei Zhang DongnanQingdao Huanghai University ShandongQingdao266427Abstract:Small waterplane catamaran has the advantages of high propulsion efficiency,good wave resistancc and low resistancc during high-speed navigation.This paper will analyze the resistancc performancc chaocteOstics of small waterplane catamaran in the wave,and ac-ccrding ta the distancc of the strut pilar.The change design is designed ta optimiee the design scheme by using MAXSURF simulation ta obtain the veriation law of the wave-making resistancc coefficient when the distancc between dOferent卩：100is t,and analyee the otionality and peacaicabiaiazooaheopaimieaaion.Key word：SWATH；deg reduction optimization；ship-form design小水线面双体船(small waterplane aree twin-hull ship,简称为SWATH)，又称半潜式双体船，是一种重要的高性能船型，具有推进效率高、耐波性能好、高速航行时阻力小、操作灵活、生存性高等优点⑴⑵#过去人们想尽方法要制造一种具备良好的耐波性能使其满足在恶劣海况下行驶的条件，同时又不能够超出尺度使得建造运营维护成本超额的船舶。
基于系统设计的小水线面双体游艇造型研究(陈捷-)
基于系统设计的小水线面双体游艇造型研究——以96英尺小水线面双体/三体动力游艇为例设计艺术学1103班捷小水线面双体船在民用船和游艇方面有了日渐广泛的用途，然而这种新型船体的造型设计在我国甚至国际围都仍属于新课题，从一定程度上限制了此类船体在游艇行业的市场。
本文通过系统设计的方法，对小水线面双体船的结构和船体布置、运行原理进行了分析和研究，归纳出此类船体造型设计中的特点和制约因素；同时结合当代汽车造型设计的趋势，总结出小水线面双体游艇的造型设计方法，提高此类船体的造型设计工作的效率，为我国小水线面双体游艇的发展提供助力。
关键词：系统设计小水线面双体游艇造型设计正文：小水线面双体船（small waterplane area twin hull; SWATH）是为改善耐波性，减少兴波阻力，将双体船的片体在水线处缩小宽度造成狭长流线型面的高速船舶。
小水线面双体船的概念是从美国产生的。
早在1905年美国的Nelson提出用两个下体构成小水线面双体船的原始概念。
目前世界各国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30节，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。
1932年Faust提出小水线面双体船的初步设想。
1946年加拿大的Creed、1967年美国的Leopold进一步予以完善并申请专利。
1969年美国海军船舶研究与发展中心(DTNSRDC)和美国海军船舶工程中心(NAVSEC)开始进行并完成了一系列小水线面双体船的基础性能研究和方案设计工作。
双体船的总体性能设计
图3 平均破损吃水和破损舱长度, 它沿船长的位置和 渗透系数的关系
(m )
L 船长 (m )
Λ 破损舱的渗透率 计算步骤: ( 1) 参数
a ′ ′ d = f (X L . Λl L ) →Η d Η B
950 t L B = 1. 961 L b = 5. 12 b T = 1. 79
K b= 1. 61。
同时测试的海上救助拖船 ( 功率588 kW , 排水 量 880 t ) , 平均横摇角达 18° - 20° , 谐摇时达 27° 30° 。
中国船舶及海洋工程设计研究院双体船模型摇 摆试验[ 7 ] 结果见表2。 双体船横摇自摇周期随间距比 k b 增大而略有减小, k b 愈大, 如 k b> 2. 5时, 不仅 横摇角大大下降, 而且舷边加速度接近于单体船, 这 点尤为人们注意。 表 2
5级海 5级海 况下 Η况下 a 10° 0. 25 g 45° 0. 25 g
2
双体船的横摇特点是: (1) 当波长等于片体间距时, 双体船的两个片 体始终同时处在波峰、 波谷或者其他波浪斜率相同 的位置, 这时双体船只会作升沉运动而不产生横摇。 当波长等于2 ～ 3 倍片体间距时, 一个片体处于 波峰, 另一个片体处于波谷, 这时双体船横摇最激 烈。 我国沿海多此海况, 故旅客对沿海双体船持批评 态度。 (2) 双体船在大风浪中将如小木筏随波面运 动, 这时双体船最大横摇角等于最大波面斜度 180 如长波的 Κ h ≥20, 则双 h Κ( h Κ为波浪的坡度比) 。
《船舶》 1998年第1期
双体船的总体性能设计
双体船的总体性能设计双体船，也称为双体船只，通过采用两个船体并行排列的设计，具有较高的稳定性和良好的操纵性能。
总体性能设计在双体船的设计过程中起着关键的作用，旨在确保船只的运输效率、舒适性、安全性和可靠性。
以下是双体船的总体性能设计的要点和考虑因素。
1.水动力性能：包括船只的阻力、航速、船体稳定性和操纵性能等。
通过对水动力性能的分析和计算，可以确定出船只的最佳尺寸、型线和布局。
双体船的双船体结构使得其具有较低的阻力和较好的航速性能，但也需要确保船体之间的流体动力特性协调一致。
2.结构设计：包括船体强度、船体刚度和船体的耐久性等。
双体船的结构设计需要考虑两个船体之间的连接和相互作用，在保证结构强度的同时，还需要平衡船体的重量和稳定性。
3.载重能力：双体船具有较高的载重能力，可以满足不同的运输需求。
在总体性能设计中，需要对船只的载重能力进行估算和计算，以确保船只能够安全、稳定地携带所需的货物或乘客。
4.舒适性设计：双体船的双船体结构可以提供更好的平稳性和减少颠簸感，从而提高乘坐舒适性。
在总体性能设计中，需要考虑船舶内部的布局设计、客舱的舒适性和设施等，以提供更好的乘坐体验。
5.安全性设计：双体船的设计应确保船只能够在不同的海况条件下保持稳定，并具备良好的自救能力。
在总体性能设计中，需要对船只的稳定性、操纵性和防浸能力等进行评估和优化，从而提高船只的安全性能。
6.可靠性设计：双体船需要具备良好的可靠性，确保在长时间运输过程中能够保持正常的运营状态。
总体性能设计中，需要考虑船只的系统设计、设备选型和维护保养等，以确保船只的可靠性和故障率的控制。
总体性能设计是双体船设计过程中的一个重要环节，需要综合考虑不同的因素并进行优化。
通过合理的总体性能设计，可以使双体船具备较高的运输效率、舒适性、安全性和可靠性，满足不同的航运需求。
小水线面双体船研发生产方案(二)
小水线面双体船研发生产方案1. 实施背景随着全球经济的快速发展，海洋运输业在全球贸易中占据了重要的地位。
中国作为世界第一造船大国，却在高性能船只领域一直存在短板。
小水线面双体船作为一种高性能船只，具有高速、稳定、节能等优点，是未来海洋运输的重要发展方向。
近年来，国家对于海洋产业的发展越来越重视，提出了产业结构改革的要求，其中之一便是提高海洋高端装备制造水平。
在此背景下，开展小水线面双体船研发生产具有重要的战略意义。
2. 工作原理小水线面双体船是一种双体船型，其工作原理主要是通过将船体分成两个部分，即中央船体和两个侧体，中央船体负责承载大部分的重量，而两个侧体则负责提供浮力和稳定性。
这种船型的设计能够有效地减少波浪阻力，提高船只的航行速度和稳定性。
此外，小水线面双体船还采用了水动力学的设计理念，通过对船只的形状和结构进行优化，使其在航行过程中能够产生更小的涡流和阻力。
3. 实施计划步骤（1）技术研究：组织专业技术人员进行技术研究和开发，了解小水线面双体船的设计理念、结构特点、制造工艺等方面的知识。
（2）设计阶段：根据技术研究的结果，进行小水线面双体船的设计工作，包括船体结构、设备配置、性能指标等方面的设计。
（3）模型试验：制作小比例的模型船进行试验，通过模拟实际航行条件下的性能，对设计进行验证和优化。
（4）施工设计：在模型试验的基础上，进行小水线面双体船的施工设计，包括详细的结构设计、设备安装、建造工艺等方面的设计。
（5）建造阶段：按照施工设计图纸进行小水线面双体船的建造工作，确保建造质量和进度。
（6）测试验收：在船只建造完成后进行各项性能测试和验收工作，确保小水线面双体船能够达到设计要求和性能指标。
4. 适用范围小水线面双体船适用于各种海洋运输领域，包括客轮、货轮、渡轮等。
由于其优良的高速和稳定性性能，还被广泛应用于海上巡逻、海洋科学考察、海上救援等特殊领域。
同时，小水线面双体船也被认为是未来高速客滚船的发展方向之一。
小水线面双体船结构优化
支柱板
#K ms（0 .38 #L R + 1 .2 ）$3 .0 3 .60 mm
湿甲板板
#K ms（0 .38 #L R + 1 .2 ）$3 .0 3 .60 mm
水密横舱壁板 #K ms（0 .33 #L R + 1 .0 ）$2 .5 3 .00 mm
深舱横舱壁板 #K ms（0 .38 #L R + 1 .2 ）$3 .0 3 .60 mm
计变量的初始值。在规范设计中，由于根据母型船
的数据进行设计（如肋距采用381 毫米），而在优化 设计中肋距的上下限确定下来分别为350 、500 毫 米，通过计算可以把母型船设计变量数据的0 .75 倍 作为优化设计变量的下限，其两倍作为上限，通过检
验证明是可行的。
1 .3 优化目标的选取 考虑到小水线面双体船主要结构载荷为横向载
纵向构件截面积（m2 ）、Li 为第i 根纵向构件的长度 （m ）。 1 .4 劳氏船级社特种船舶入级规范中关于小水线
面双体船结构尺寸的规定
1 .4 .1 小水线面双体船最小板厚要求 劳氏船级社特种船舶入级规范对小水线面双体
船提出了最小板厚要求，其具体的最小板厚要求见
表1 。 1 .4 .2 小水线面双体船外板厚度规范要求
用 MDOD 方法编写了求解约束非线性混合离散变
本文 利 用 MDOD 法 编 写 了 结 构 优 化 软 件 对
量优化设计问题的通用程序，经过大量的课题考核 570t 外倾 式 小 水 线 双 体 船 进 行 了 结 构 优 化 设 计。
和实际应用，证明此程序的可靠性和效率都较好。
设计的初始值及优化后的结果见表2 。
摘 要 本文对小水线面双体船结构优化设计方法进行了研究。以一570t 外倾式小水线面 双体船为结构优化对象，根据劳氏船级社特种船舶入级规范中的有关要求作为其约束条件，利用混
小水线面双体船研发生产方案(一)
小水线面双体船研发生产方案1. 背景与目标随着中国水路运输业的快速发展，船舶技术的更新换代需求日益增强。
小水线面双体船作为一种新型的船舶设计，凭借其出色的稳定性和安全性，逐渐受到业内关注。
但是，国内在这方面的研发生产工作尚处于初级阶段，尚未形成具有国际竞争力的核心技术和产品。
因此，本方案旨在通过产业结构改革，推动小水线面双体船的研发生产，提升我国在此领域的竞争力。
2. 工作原理小水线面双体船是一种双体船型，其结构主要由两个平行且连接在一起的船体组成。
与传统的单体船相比，其优点在于提供了更大的浮力，增强了船只的稳定性，并能在恶劣的海况条件下保持良好的操作性。
同时，小水线面双体船的船体设计使得其吃水浅，可在浅水区域行驶。
3. 实施计划步骤3.1 技术研发在技术研发阶段，我们将与高校、科研机构合作，投入足够的研发资源，进行船体设计、制造工艺、材料选择等方面的研究。
同时，积极引进国际先进技术，开展技术交流与合作，缩短研发周期，提高研发效率。
3.2 实验验证完成设计后，我们将在实验场进行模拟实验，验证小水线面双体船的性能指标是否达到预期效果。
根据实验结果对设计进行优化，确保生产出来的船舶能够满足实际需求。
3.3 生产制造在生产制造环节，我们将采用先进的生产设备和技术，提高生产效率和质量。
同时，严格控制成本，确保产品的市场竞争力。
3.4 市场推广完成生产后，我们将通过各种渠道进行市场推广，如参加展览会、举办推广活动、与航运公司建立合作关系等，以增加产品知名度和市场份额。
4. 适用范围本方案适用于内河、近海及近岸海域的航运市场。
这些区域的特点是航道复杂、气象条件多变，对船舶的稳定性、安全性和操作性要求较高。
小水线面双体船的设计特点使其在这些区域具有显著的优势。
5. 创新要点5.1 船体设计优化通过对船体结构的优化设计，减小船舶阻力，提高航速和燃油效率。
同时，优化船体的内部布局和设备配置，提高船舶的载货能力和适居性。
小水线面双体船指南
GD 06-2005中 国 船 级 社CHINA CLASSIFICATION SOCIETY小水线面双体船指南Guidelines of SmallWaterplane Area Twin Hull Craft2005目录第1章通则第1节 一般规定第2节 检验第2章结构设计原则第1节 一般规定第3章设计载荷…第1节 一般规定第2节 总体载荷第3节 高速小水线面双体船局部载荷第4节 非高速小水线面双体船局部载荷第4章构件尺寸第1节 一般规定第2节 高速小水线面双体船构件尺寸第3节 非高速小水线面双体船构件尺寸第5章结构直接计算第1节 一般规定第2节 结构模型第3节 屈服强度校核第4节 屈曲强度校核第6章结构疲劳评估第1节 一般规定第7章轮机第1节 一般规定第 1 章 通 则第 1 节 一般规定1.1.1适用范围1.1.1.1 本指南适用于以下民用的小水线面双体船：（1）高速小水线面双体船——最大航速满足V≥3.7▽0.1667m/s；（2）非高速小水线面双体船——最大航速限定为V＜30kn，且在设计中不考虑船体产生的水动升力及其特性。
式中：V——船舶处于最大营运重量状态，以核定的最大持续推进功率，在静水中航行能达到的速度；▽——设计水线对应的排水体积，m3；1.1.1.2 对高速小水线面双体船，应按本指南中对高速小水线面双体船的有关规定。
1.1.1.3 对非高速小水线面双体船，应按本指南对非高速小水线面双体船的有关规定。
1.1.1.4 本指南条款中未特别说明者，均适用于高速小水线面双体船和非高速小水线面双体船。
1.1.1.5小水线面双体船的消防、救生、稳性防污染等法定要求还应符合船旗国主管机关的有关规定。
1.1.2等效与免除1.1.2.1 除另有规定外，对计算方法、评定标准、制造程序、材料、检验和试验方法等，凡能提供必需的试验、理论依据或使用经验，或有效公认的标准等，经CCS同意后，可等效于或替代本指南要求的内容。
小水线面双体船结构及优化设计研究2900字
小水线面双体船结构及优化设计研究2900字摘要：本文对小水线面双体船的应用现状以及其优缺点的分析，重点论述了其航海性能特点，并从外载荷分析和结构数值分析，探讨了水面航行和水下航行的小水线面双体船结构优化设计措施，并就未来发展进行了展望。
关键词：小水线面双体船；结构；优化设计中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2017）11-0034-021 小水线面双体船概述1.1 小水线面双体船小水线面双体船，SmallWater planeAreaTwinHull，简称SWATH船，又叫半潜式双体船，其主要是由两个船体构成，且有水线面面积小等特点。
2000年，由汕头大洋船舶工业总公司设计、建造了我国第一艘小水线面双体船――“海关201”艇（见表1），弥补了我国在此领域内高性能船型科技领域的空白。
小水线面双体船的船体与支体均为流线型设计，舵和螺旋桨设在船体的主体后端支体宽度较小，小水线面双体船即便是满载其吃水线主要在支体中上部，所占的水线面面积小，航行时兴波阻力也小。
从目前市场上投入运行的小水线面双体船的应用来看，其航速一般在20kn左右。
1.2 小水线面双体船优缺点与常见的单体船舶相比，在相同排水量的设计参数下，小水线面双体船通常其船长小30%-40%，船宽则增大60%-70%；船舶吃水深度要大60%-70%；满载吃水线以下的船体面积大65%-85%。
因此，从实际应用来看，小水线面双体船具有：①良好的耐波性。
由于支柱与水面所接触的水线面很小，受到水中波浪的扰动力影响很小，运动周期长，运动加速度相对很小。
②良好的操纵性。
小水线面双体船的两个螺旋桨安装在船尾，能够保证两个螺旋桨有较大的回转力矩，回转性能良好。
③较宽的甲板。
虽然其排水量只有227t，但其甲板的总宽达到了13.3m，有利于船体布置。
④生命力强。
小水线面双体船上体采取的密闭箱形设计。
具有很好的破损稳性和完整稳性，船体的复原力臂大等优势。
小水线面双体船
世界上小水线面双体船自20世纪80年代开始迅速发展，应用繁多。按功能划分，海上作业用得最多；交通客 运和油田服务次之；军用靶场保障、水声监听为第三；旅游娱乐为第四；其他用于试验演示。
美国1983年建成的“海影”号，是隐身先进技术演示船，显示出小水线面双体船在未来高性能船和水面舰艇 发展中的重要地位；1991年建成的“胜利”号，是世界上首次成批建造的小水线面双体船；1998年建成的“完美” 号，排水量和拖带水声阵的能力都加大，耐波性更好，作为美海军对核潜艇监视的勤务保障船。在高速小水线面 发展的过程中还出现了四支柱、四潜体小水线面船“SLICE”号。SLICE的基本设计目标是在保持SWATH原有耐波 性能的前提下减小阻力，提高航速。
小水线面双体船的排水容积大部分深浸于水中，支柱的水线面积很小，可大大减小兴波阻力，并使海浪的干 扰作用明显减弱，从而减少船在波浪中的摇荡运动和波浪拍击，其耐渡性优于普通船型和一般双体船。同时具有 双体船的各项优点，即甲板面积大；稳性、操纵性、高速时的快速性均优于普通船型。但其低速时的功率消耗较 大，吃水较深，为保证其纵向运动稳定性需加装自动控制水平鳍，增加了技术的复杂性和造价。
(4)湿面积大，摩擦阻力较大。小水线面双体船的湿表面积与同等排水量的单体船相比增大80%左右。故小水 线面双体船低速航行时。由于摩擦阻力所占比例较大，其总阻力也较大。
(5)机器设备布置维护与检修比较困难，主要是因为水下潜体与支柱体内部空间狭小。小型的小水线面双体 船由于其下潜体容积小，难于布置主机，故将主机设于上船体内，通过垂直传动来驱动螺旋桨，这增加了技术复 杂度。
优点
小水线面双体船的主要优点有：
(1)耐波性好。远离水表面的下潜体占小水线面双体船排水量大部分，当它在波浪中航行时，所受到的波浪 扰动力比常规单体船和常规双体船小很多。所以，小水线面双体船的耐波性比同等排水量的单体船好，且横摇周 期长，经实船验证小水线面双体船千吨级的横摇周期与万吨级的单体船相当，横向运动小。另外，小水线面双体 船的几何形状变化调整空间大，这与单体船是不同的，设计人员可以通过改变下潜体的几何形状、重量分布等多 种手段，调整小水线面双体船的垂荡、纵摇和横摇运动固有周期来避开海区中波浪出现频率高的周期，从而降低 其在海上的运动响应。
双体船尺寸设计原理
双体船尺寸设计原理
1. 船体结构，双体船通常由两个平行排列的船体组成，它们之
间通过横梁或者桥梁连接。
在尺寸设计上，需要考虑两个船体之间
的间距以及连接结构的强度和稳定性。
设计师需要确保船体尺寸和
连接结构能够承受船舶在航行和波浪中产生的应力，保证船体的整
体稳定性和安全性。
2. 水动力学，双体船的尺寸设计也需要考虑水动力学特性，包
括船体的长度、宽度和型线等。
这些尺寸参数会影响船舶在水中的
运动性能和阻力特性。
设计师需要根据船舶的使用需求和航行环境，合理确定双体船的尺寸，以确保船舶具有良好的航行稳定性和航速
性能。
3. 载重能力和稳定性，双体船的尺寸设计还需要考虑船舶的载
重能力和稳定性。
设计师需要根据船舶的使用用途和载货量要求，
合理确定船体的尺寸和排水量，以确保船舶能够安全稳定地携带货
物或乘客进行航行。
4. 航海技术要求，双体船的尺寸设计也需要符合相关的航海技
术要求和标准，包括船舶的船型系数、稳性要求、船体结构强度等
方面的规定。
设计师需要在设计过程中充分考虑这些技术要求，确保双体船的尺寸设计符合相关的规范和标准。
综上所述，双体船的尺寸设计原理涉及船体结构、水动力学、载重能力和稳定性以及航海技术要求等多个方面。
设计师需要综合考虑这些因素，进行合理的尺寸设计，以确保双体船具有良好的航行性能和安全性能。
双体船的总体性能设计续2
双体船的总体性能设计(续2)宋国华6 双体船阻力估算双体船阻力分成片体阻力和片体间干扰阻力两部分。
由于片体间干扰阻力反映在剩余阻力上,而片体间水流加快导致摩擦阻力的变化忽略不计,这样,双体船阻力估算可以像单体船一样,分为摩擦阻力、剩余阻力和空气阻力。
下面介绍估算方法。
6.1 参考文献[11]为内河双体船的阻力计算,它的标准片体线型见图46。
计算参数:片体相对间距比C=c2bc—在吃水T时两片体舯横剖面处内侧舷之间的距离 (m)b—在吃水T时片体舯横剖面处的宽度 (m)雷诺数R e=V・LL—在吃水T时船舶水线长度 (m)v—船速 (m s)Τ—在某水温下的运动粘性系数 (m s)排水体积佛氏数F r∃=F n L∃1 3F n=VgL佛氏数,F n=0.5为临界速度点∃—在吃水T时的双体船排水体积 (m3)计算公式及图表总阻力系数 C t=(C f+∃C f)+C R+C1+C2总阻力 R=12p sc t・V2其中,摩擦阻力系数 C f=0.455(logR e)2.58粗糙度补贴∃C f=(0.3～0.7)×10-3对高速船和较大的船取小值。
空气及附体阻力系数C1+C2=(0.1～0.15)×10-3剩余阻力系数:(1)C R=C L b R・x b T・x cb本公式用于F n<0.5的深水内河双体船。
C L b R、X b T、x cb由图41、42、47、48、49、50、51、52确定。
(2)C R=C L b R・x b T・x cb・k e本公式用于F n> 0.5的深水内河双体船。
C L b R、X b T、x cb由图43、44、45、53、54、55、56、57、58确定。
k e=C RC RO=实船的内侧间距比C时的剩余阻力值计算时采用的图谱内侧间距比C时的剩余阻力值由图59确定例如:F n=0.71,实船C=0.575,计算采用图谱C= 0.5查图59,分别为C R=1.24,C RO=1.315所以 k e=1.241.315=0.943例题11计算低于临界航速区域航行的双体船运动阻力,该船要素如下:片体计算船长 L=78.0m片体计算船宽 b=4.5m排水量为846t时吃水T=2.32m方形系数 C b=0.531相对内侧间距 C=0.775片体内侧间距 C=7.0m两个片体的湿表面积 S=998.4m2片体相对船长 L b=17.3片体相对船宽 b T=1.94在计算时,利用了《L b》组图表(见图42)、参数b T的影响系数图表(见图48)和参数C b的影响系数图表(见图52)。
双体船的总体性能设计
航速 (kn )
5级海况横浪下的平均摇角
0 2. 5° 5. 6 0. 09g 0. 26g
3. 8 3. 2° 5. 8 0. 07g 0. 2g
8. 6 2. 7° 5 0. 07g 0. 24g
平均横摇周期 ( s)
Α 平均
最大 Α
3 每小时仅出现5- 6次, 7 级海浪及以上的横摇角仅是 推算, 实际上均未超过波倾角。 3 3 出现次数少, 时间短, 船员对此加速度反应不敏感, 甚至没有反应。
950 t L B = 1. 961 L b = 5. 12 b T = 1. 79
K b= 1. 61。
同时测试的海上救助拖船 ( 功率588 kW , 排水 量 880 t ) , 平均横摇角达 18° - 20° , 谐摇时达 27° 30° 。
中国船舶及海洋工程设计研究院双体船模型摇 摆试验[ 7 ] 结果见表2。 双体船横摇自摇周期随间距比 k b 增大而略有减小, k b 愈大, 如 k b> 2. 5时, 不仅 横摇角大大下降, 而且舷边加速度接近于单体船, 这 点尤为人们注意。 表 2
d 破损前的平均吃水 (m ) C B 片体方形系数 D 型深 (m ) K G 重心高度 (m ) l 破损舱舱长 X 破损舱舱长中点至船舯的距离
图3 平均破损吃水和破损舱长度, 它沿船长的位置和 渗透系数的关系
(m )
L 船长 (m )
Λ 破损舱的渗透率 计算步骤: ( 1) 参数
a ′ ′ d = f (X L . Λl L ) →Η d Η B
L (m ) B (m ) b (m ) D ( t ) k b 谐摇时 qm 谐摇时 am
小型双体潜水艇的总体设计
小型双体潜水艇的总体设计概述本文档旨在介绍一个小型双体潜水艇的总体设计方案。
这个潜水艇被设计为用于海洋科学研究和浅海勘探任务。
设计要求- 总长度在10米左右，总负载能力不小于500千克。
- 最大潜水深度不小于100米，要求稳定性良好。
- 配备空气供应系统，以支持船员在潜水过程中的呼吸和生活需求。
- 配备高精度测量和感知设备，包括声呐、相机等。
- 设备可方便地运输和操作，便于在不同海区进行调查。
船体设计- 小型双体潜水艇的船体应采用轻质和高强度的材料，如碳纤维复合材料，以提高船体的强度和稳定性。
- 艇体应具有良好的流线型设计，减小阻力，提高航行速度。
- 潜水艇应该具备良好的浮力调节能力，以便在潜水和浮出水面时能够保持平衡。
- 潜水艇应配备紧急升降机制，以便在出现意外情况时能够快速浮出水面。
动力系统- 潜水艇应使用可靠的电池动力系统，以提供足够的动力和续航能力。
- 动力系统应具备充电和保养的便捷性，以方便进行长时间的任务执行。
- 潜水艇应同样配备备用能源，如备用电池或太阳能板，以应对可能出现的电力故障情况。
操纵和控制系统- 潜水艇应装备先进的操控和控制系统，便于船员操纵和监控潜水艇的状态。
- 控制系统应配备自动化功能，如自动潜水和浮出水面，以降低操控难度和减轻船员负担。
- 可以考虑使用遥控和自主导航技术，使潜水艇能够进行远程操作和自主执行任务。
总结这份文档提供了一个小型双体潜水艇的总体设计方案，包括船体设计、动力系统和操纵控制系统。
这个设计方案旨在满足海洋科学研究和浅海勘探任务的要求，提供稳定性、可靠性和操作便捷性等特点。
小型双体船的总体设计
小型双体船的总体设计第一章绪论近年来，越来越多的双体船占据了民用和军用船舶市场。
它们新颖的外观、独特的综合性能受到世界各国的瞩目。
据外电报道，美国海军新近欲按计划接收一艘高速双体船：“海上斗士”号，此消息再一次引起了人们对双体船的关注。
1.1双体船的概况与发展趋势1.1.1双体船的概况人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。
在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。
20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。
典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。
高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶( 。
1.1.2双体船的航海性能图1-1双体船的航海性能1.1.3双体船的发展趋势为进一步改善高速双体船的综合性能，人们在高速双体船的基础上派生了若干新型的双体船型。
（1）小水线面双体船和穿浪双体船的派生所谓小水线面双体船，是由潜没于水中的鱼雷状下体、高于水面的平台（上体）和穿越水面联接上下体的支柱三部分组成，其优点在于水线面面积较小，受波浪干扰力较小，在波浪中具有优越的耐波性。
另外，还具有宽阔的甲板面和充裕的使用空间。
但也存在船体结构复杂，对重量分布较为敏感等问题。
小水线面双体船结构有限元分析
小水线面双体船结构有限元分析作者：岳兴华毛斌峰赵经玲侯德军来源：《广东造船》2020年第02期摘要：小水线面双体船是一种综合性能优良并具有广泛应用前景的新船型。
此种船型其结构相对单体船更为复杂，设计时尤其需要重视结构总横强度及扭转强度问题。
基于大型有限元软件SESAM，对某小水线面双体船采用直接计算方法进行结构强度分析，表明在横浪和斜浪情况下对其横向强度及扭转强度影响明显，应重点考虑特殊部位结构加强。
总结出强度校核方法，并给出具有一定实用价值和工程指导意义的结论。
关键词：小水线面双体船;有限元;横向强度;扭转强度中图分类号：U661.4 文献标识码：AAbstract： SWITH is a new type of ship with excellent comprehensive performance and wide application prospect. The structure of this type of ship is more complex than that of a mono hull ship， so it is necessary to pay special attention to the problems of total transverse strength and torsional strength. Based on the finite element software SESAM， the direct calculation method is used to analyze the structural strength of a SWITH. The results show that the transverse strength and torsional strength of the SWITH are obviously affected by the transverse and oblique waves and the strengthening of the structure of special parts should be considered. The strength checking method is summarized， and the conclusion with certain practical value and engineering guiding significance is given.Key words： Small water-area twin hull vessel （SWATH）; Finite element; Transverse strength; Torsional strength1 前言小水线面双体船由提供浮力的下潜体、作为连接和提供水线面积的立柱及宽敞的上船体组成。
低能耗双体船结构的制作方法
图片简介:一种低能耗双体船结构，属船舶制造领域，解决了船舶在航行时向船体外侧产生湍流和船行波造成的能量流失的问题。
其特征在于：一种低能耗双体船结构，所述两个船体对称，外侧均设置为平直板，船头至船尾的外侧平直板间距相等，所述两个船体内侧，设置为竖直平直板和向船尾外侧弯曲的流畅形曲面板，所述两个船头均设置尖角为19.5°的尖端分水头，外侧三角面与船体外侧平直板同平面，内侧三角面竖直向船尾倾斜，在距船头纵向水平距离L/2ctg19.5°的船底架设有湍流导向板，双体船在向前航行时，船头排开的水只涌向双体船内侧，通过湍流导向板增加向船尾的流速，辅助船舶推进器增大推进力，同时提升船尾的水压强，缩小船舶首尾的水压强差，减少兴波阻力，提高航速。
技术要求1.一种低能耗双体船结构，包括两个船体1以及连接两个船体1的甲板桥2，所述甲板桥2上方有上层建筑3，所述两个船体1上附设有过浪装置5和抗波浪装置6，其特征在于：所述两个船体1的船身外侧为平直板1-1、平直板1-3，所述两个船体1的船身内侧为平直板1-4和流畅形曲面板1-5，所述两个船体1的船头为三角锥形状的尖端分水头4。
2.如权利要求1所述的一种低能耗双体船结构，其特征在于：所述两个船体1与总船体纵向竖直中心平面对称，两个船身外侧均设置为竖直平直板1-1和向船底内侧倾斜的平直板1-3，外侧的两个竖直平直板1-1之间相互平行。
3.如权利要求1所述的一种低能耗双体船结构，其特征在于：所述两个船体1的两个船身内侧，船身主体部分设置为竖直平直板1-4，船尾部分设置为竖直但向船体尾部外侧弯曲的流畅形曲面板1-5。
4.如权利要求1所述的一种低能耗双体船结构，其特征在于：所述两个船体1的两个船头均设置为三角锥形状的尖端分水头4，外侧三角面4-1与船身外侧向船底内侧倾斜的平直板1-3为同一平面。
5.如权利要求1所述的一种低能耗双体船结构，其特征在于：所述两个船体1的船头均设置为三角锥形状的尖端分水头4，内侧三角面4-2竖直但向船体中心偏船尾倾斜设置，尖端分水头4上端水平三角平面4-3向前的尖角4-4设置为19.5°，内侧三角面4-2底边4-2-1与船身内侧竖直平直板1-4一边无缝连接。
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第一章绪论近年来，越来越多的双体船占据了民用和军用船舶市场。
它们新颖的外观、独特的综合性能受到世界各国的瞩目。
据外电报道，美国海军新近欲按计划接收一艘高速双体船：“海上斗士”号，此消息再一次引起了人们对双体船的关注。
1.1双体船的概况与发展趋势1.1.1双体船的概况人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。
在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。
20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。
典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。
高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶( 。
1.1.2双体船的航海性能图1-1双体船的航海性能1.1.3双体船的发展趋势为进一步改善高速双体船的综合性能，人们在高速双体船的基础上派生了若干新型的双体船型。
（1）小水线面双体船和穿浪双体船的派生所谓小水线面双体船，是由潜没于水中的鱼雷状下体、高于水面的平台（上体）和穿越水面联接上下体的支柱三部分组成，其优点在于水线面面积较小，受波浪干扰力较小，在波浪中具有优越的耐波性。
另外，还具有宽阔的甲板面和充裕的使用空间。
但也存在船体结构复杂，对重量分布较为敏感等问题。
穿浪双体船是在高速双体船的基础上发展起来的，是将小水线面和深V 型船在波浪中的优良航行性能、双体船的结构形式及水翼船弧形支柱等优点复合在一起的产物，具有良好的适航性，而且继承了双体船宽甲板的特点。
（2）双体船向大型化发展为了改善快速性和耐波性尝试向复合船型发展，其中，小水线面船型将从双体演化成单体或三体、四体、五体等多体。
为提高双体船在高海况下的航行能力，各国的研究方向大都集中在开发超细长体双体船的系统技术、优化线形设计和采用大功率喷水推进系统等方面。
双体船的航海性能主要性能 其他 性能快速性 浮 性 稳 性 耐 波 性 操 纵 性 不 沉 性 隐 身 性1.2 国内外研究现状及存在的问题1.2.1国内研究现状自20世纪70年代小水线面船诞生以来，以中国船舶科学研究中心为代表的我国从事船舶技术开发的技术人员就开始技术跟踪，并列入国家基础研究计划，经过三个五年计划的技术攻关，已全面掌握了小水线面船技术，取得了具有世界先进水平的科研成果，建立了“小水线面船工程技术系统”，形成了一套完整的技术系统，包括主尺度与船型优化、航行性能预报、结构外载荷、结构强度与疲劳分析及总体设计方法及相应实验技术、设计计算软件等。
90年代初开始进入应用开发阶段，利用已取得的技术成果，进行了多型号、多用途船舶概念设计与方案设计。
1994年同汕头大洋公司合作为海洋石油总公司开发“800t级油田交通船”,并完成了扩初设计评审。
1997年同708所合作为中国科学院完成了3000t级“海上科学考察船”方案评审。
1997年向海关提交了两型缉私艇方案。
1999年同汕头大洋公司合作为海关开发230t级“海关监管艇”,最近,综合分析各方面的需求,拟出了200t级、400t级、1000t级、1500t级、2500t级的船型方案,可供用户选择的初步参考.1.2.2国外研究现状从70年代初至2000年末，世界上有12个国家已经开发和拥有小水线面双体船共57艘。
其中美国有26艘，日本有14艘，是开发最早、拥有量最多、技术水平最高的两个国家。
德国有4艘、英国有3艘。
荷兰、挪威、芬兰、韩国、丹麦、瑞典和俄国7个国家各有1艘。
小水线面船发展是应用需求主导牵引的，又是依靠科技创新推动的，更是军民交替发展互相促进的。
排水量有小有大，航速有低有高，在下体、支柱的数量、线型、布局及推进、动力、传动、船体结构和材料方面都覆盖了多种形式，在发挥小水线面双体船运动响应特征、提高耐波性上，除在总体线型、流体原理上优化设计外，更注意应用前后稳定鳍、水翼、压载水舱等的高水平自动控制和对波浪运动的预报与协调来实现动、静态条件下改善船舶运动姿态、降低运动辐值的效果，使小水线面船的设计中可以实现耐波性、快速性、操纵性、平稳性、隐身性、经济性等兼优。
总之，小水线面双体船经历20世纪建造40多型、50多艘的"百花齐放"，正走向21世纪的市场、战场，人类为了征服海洋、保护海洋，使小水线面双体船的军民应用前景都非常广阔。
1.2.3双体船存在的问题（1）主机推进系统、辅机、设备系统、仪器等方面都要比单体船复杂、技术要求高、数量多。
因此双体船的造价比较高。
（2）速度比较高，但航程有限，不能进行长距离的运输。
（3）大型的船舰基本都有很好的抗风性，所以载重才是它最先考虑的，另外双体船的建造的难度大也限制了它的应用。
1.3小型双体船的基本内容此次论文所研究的小型双体船系指为改善耐波性、减小兴波阻力，将双体船的片体在水线处缩小形成狭长流线型截面的双体船。
作为一个多功能的无人水上工具，用于海洋研究工作。
其主船体由连接桥结构连接左右两个片体组成。
每一片体包括上船体、支柱体和下潜体。
典型横剖面示意图见图1.3.1。
此双体船包括了控制系统，数据/控制无线电通讯调制解调器和导航功能，并支持多种仪器如视频、成像、侧扫声纳、回音测深仪、ADCP 和其它相关辅助仪器。
（1）连接桥结构：系指连接左右两片体的甲板及其他附属的强力（箱体）结构。
（2）湿甲板：系指连接桥结构的最下暴露表面结构。
（3）上船体：系指包括主甲板及以下至支柱体以上的结构。
（4）舷台:系指上船体结构中的连接桥与支柱体连接的过渡区域。
（5）支柱体：系指上船体以下至下潜体以上在设计水线面附近的狭长垂向结构，其水线截面呈扁薄、首尾端为流线型。
支柱体有多种型式，根据每一片体所拥有的支柱体数量，分别称为单支柱体或双支柱体等。
（6）下潜体：系指连接在支柱体下面沉浸在水下的圆形或类似椭圆形的鱼雷状结构( 。
1.1.4.8 船长L（m）：（1）对于高速小水线面双体船，系指船舶静浮于水面时，其刚性水密船体位于设计水线以下部份的总长，不包括设计水线处及以下的附体；（2）对于非高速小水线面双体船，系指沿夏季载重线，由最前端支柱体前缘量至最后端支柱体尾缘的长度，并应计入下潜体从首至尾的长度与刚性水密船体位于设计水线以下部分的总长（不包括设计水线处及以下的附体）之差的50％。
（7）水线面处船长Lw（m）：系指船舶静浮于水面时，位于设计水线处量得的船体前后缘纵向之距离。
（8）支柱体水线长度（m）：系指船舶静浮于水面时，沿设计水线处量得支柱体的最大长度。
对于前后独立设置的支柱体，取一个片体前后同一方向上的各支柱体长度之和。
（9）下潜体长度（m）：系指单个下潜体从首缘量至其尾缘的水平长度。
若一个片体中的下潜体只数为1个以上时，应作累加计入。
lhl（10）船宽B（m）：系指刚性水密船体的最大型宽，不包括设计水线处及以下的附体。
（11）水线下最大船宽Bw（m）：系指船舶静浮于水面时，位于设计水线以下量得的最大型宽。
（12）水线宽Bwl（m）：系指船舶静浮于水面时，沿设计水线处量得支柱体的最大型宽之和，如，见图1.3.1。
Bwl=Bwl（13）下潜体宽Blh（m）：系指单个下潜体的最大型宽。
（14）支柱体宽度Bs（m）：系指单个支柱体的最大型宽。
（15）型深D（m）：系指片体的下潜体纵中剖面处的最低点量至干舷甲板边线的垂直距离。
（16）水线下支柱体深度Ds（m）：系指位于船中处从水线面量至下潜体与支柱体壳板交线处的垂直距离。
（17）设计吃水d（m）：系指船舶静浮于水面时，沿设计水线在船中处量得的刚性水密船体的型吃水。
（18）满载排水量△（t）：系指船舶满载出港状态静浮时的排水量，通常等于最大营运重量。
（19）水线面系数Cwp：系指按下式算得的系数：Cwp= AW1i /∑ ls1i Bwl1i式中：AW1i——沿设计水线截得的一个片体中的第i个支柱体水线面积，m2；ls1i——沿设计水线处量得的一个片体中第i个支柱体的最大长度，m；Bwl1i——沿设计水线处量得的一个片体中第i个支柱体的最大型宽，m；若在一个片体中设置了前后独立的支柱体，即，则应将A2≥nW1i和ls1i 与Bwl1i所围矩形面积按公式计入一个片体内所含的总量( 。
性能特点- 负载: 66 kg (126 lbs)- 最大速度: 5节- 双体船尺寸:长度100x 宽度85 (cm)- 重量: 75kg (165lbs)- 最小吃水: 0.3 m3小时自主推进工作(Ni-MH镍氢电池)推进力- 2 x 250 W 电子引擎通讯- 高速无线电通讯调制解调器用于控制和传输数据(视频/声纳)- 范围 > 2 km (1.1 Nm)定位GPS接收器置于双体船上,带有导航坐标界面附选导航软件附选- 视频摄像头- 成像声纳- 侧扫声纳- 回音测音器- ADCP图1.3.1典型横剖面示意图1.4 Maxsurf概述MAXSURF软件是由澳大利亚Formation Design Systems公司为船舶设计和建造者开发的、适用于各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机辅助船舶设计和建造软件。
MAXSURF软件目前在全球已拥有广泛分布在澳大利亚、中国、日本、德国、荷兰、新加坡、美国等国家的1000多位船舶设计和建造用户，在各种船舶设计和建造领域都得到了非常普遍的应用。
1.5 Maxsurf的基本建模理论MAXSURF软件系统包括以下几个模块：（1）MAXSURF模块（动态三维船体模型生成模块）：MAXSURF模块是MAXSURF 软件包的核心部分。
MAXSURF模块包括一整套用一个或多个真正的三维NURBS曲面（而非二维NURBS曲线），进行三维船体建模的工具，可使船舶设计师快速、精确地设计并优化出各种船舶的主船体、上层建筑和附体型线。
MAXSURF采用实时交互式控制方法，备有多种方法可对船体曲面和线型进行修改。
设计者可在多窗口图形显示界面环境下，用鼠标拖放控制点进行数值修改，或从数据输入框直接输入数值进行修改，也可以通过一系列的自动光顺命令进行控制。