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。 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