小水线面三体船初探

小水线面三体船初探

班级20080112

学号2008011229

姓名陶伯政

摘要

进入21世纪以来，各种高性能船舶的研究越来越多，在小水线面三体船方面，主要集中在细长型小水线面三体船(高速小水线面三体船)及小水线面小水线面三体船上。随着人们对船舶的稳性、耐波性等性能的要求越来越高，小水线面三体船作为一种高性能新船型，正在引起人们极大的关注。由于其独特的船型、优良的性能及在主要技术性能方面的诸多优势，小水线面三体船必将在军用、民用市场有广阔的应用前景。

关键词：高速三体船小水线面三体船

一、发展概况

当代小水线面三体船的研究己有30多年的历程，直到上世纪90年代中期以后高速小水线面三体船(细长型)的研究才取得了较大发展.这期间国内外高速小水线面三体船(细长型)的研究主要集中在水动力理论、模型试验、船型优化以及概念设计等方面，也有少量关于结构强度方面的文献。小水线面三体船其水下部分是由一个主船体和两个小侧体组成的，两个侧体一般对称地摆放在主船体的两侧，三个船体均为细长船体，通过连接桥将主体和两个侧体连接成一体。

图1.1 小水线面三体船中横剖面

图1.2 小水线面三体船局部模型

国内的小水线面三体船研究起步较晚，始于上世纪90年代末期。国内在小水线面小水线面三体船方面的研究还较少，上海交通大学进行了一些初步的阻力研究和试验。一批与哈尔滨工程大学为首的高校和科研院所主要通过模拟或是模型探索性研究小水线面三体船的耐波阻力，操纵性。而在抗沉性、材料，前沿技术方面限于各种原因而研究较少。下图1.3为我校设计制作的细长型高速小水线面三体船模型。

图1.3 高速小水线面三体船模型试验

如图1.5 为瑞典QinetiQ公司和OTG公司设计的Tri/SWA TH模型图。

图1.4 Tri/SWA TH模型图

到目前为止，世界范围内己经出现了多艘小水线面三体船型的实船。2000年5月6日，英国海军一艘名为“海神”号(RVTriton)的三体试验舰建成并顺利下水，三体舰船第一次从纸上浮到海上。该舰长97米，宽22.5米，排水量1100吨，最高航速20节，续航力3000海里。图1.6英国海军“海神”号三体试验舰

图1.5 英国海军“海神”号三体试验舰

2004年法国建造的“海上协和”号三体渡轮，总长130米，它横渡英吉利海峡的速度可达到40节，从法国的卡昂开往英国的普利茅斯只需要3小时，比传统渡轮6个小时的航行时间缩短了一倍。

图1.6 法国“海上协和”号三体渡轮

2005年4月13日交付的BenehijiguaExpress是澳大利亚Austal造船厂为挪威的Fred.Olsen公司建造的目前世界上最大的全铝合金客/货滚装三体渡船。该船总长126.7米，水线长114.8米，宽30.4米，型深8.2米，最大吃水4.0米，

图1.7

最高时速可达40节。该船是由碳素材料和纤维合成物制造而成的，使用生物燃油作为驱动燃料，采用无毒防污船体涂料，曾以60天23小时49分的时间完成了环球航行，被称为全球最快的环保游艇。

图1.8 新西兰“地球竞赛”号三体游艇

2008年4月29日，美国海军濒海战斗舰(LCS一2)“独立”号成功下水。“独立”号总长127.6米，水线长1巧.5米，宽31.6米，吃水4.3米，满载排水量约2800吨。海试中“独立”号全速航行时航速最快达到46

节。

图1.9 美国海军“独立”号三体濒海战斗舰

2010年3月，根据Austal公司网站发布的消息，该公司最新推出的102米三体高速渡轮已经完成了海上测试，载重量340吨，航速可达39节。该船是Austal公司具有里程碑式的小水线面三体船BenehijiguaExpress号的改进型。Austal公司推出的102米三体高

图1.10

小结

通过模型和实船的研究得出，与常规排水型单体船相比，高速小水线面三体船具有甲板面积宽阔、快谏性好、耐波性优良、稳性好、抗沉性高、生存能力强、改装余地大等优点，而这些特点正是普通船型不具有的。

二、小水线面三体船波浪设计载荷估算

单体船的结构外载荷主要是船体在波浪中所承受的纵向弯矩，而小水线面双体船的结构外载荷主要是下部船体在波浪中所受到的横向力和由此产生的支柱上部连接点处的弯矩。小水线面双体船横向波浪载荷成为主要载荷，总纵波浪载荷下降为校核载荷，合理确定横向波浪载荷是其结构设计和校核的关键之一。横向波浪载荷的量值大小主要取决于船的排水量、吃水、支柱的长度和波浪的波高、周期、浪向以及航速。由小水线面双体船模型试验和理论计算结果的总结:

a横向波浪力与浪向的关系

横向波浪力和力矩的最大值发生在零航速横浪工况，并按横浪—顺斜浪—顶斜浪—迎浪/顺浪顺序递减。在顺斜浪/顶斜浪时其量值知识横浪时的一半左右，而顺浪/迎浪时其量值降到不到横浪时的10%。

b横向波浪力与浪级关系

在低浪级时(有义波高小于2.5m)，横向波浪力与波高基本上呈线性递增关系，随着浪级增大，长波长的波浪成分所占的比例也越来越大，横向波浪力不再随波高线性递增，而是呈缓慢上升趋势，并且在有义波高为(5m~6m)时出现横向波浪力的峰值，在这之后随波高增加，小水线面双体船手到的横向波浪力和力矩反而呈下降趋势。

c横向波浪力与航速的关系

不管是什么浪向，零航速时的横向波浪力均大于有航速时该行向角下的横向波浪力。

d横向波浪力合力位置

横浪时横向波浪力合力位置大约在一半吃水位置;并假定横向波浪力从船基线至吃水呈均匀分布。

e横向波浪力沿船长分布

横向波浪力沿船长并非均匀分布，因此首尾连接桥受到的横向波浪力并不相等，它们之差构成了水平扭转力矩，即首分离力矩，其量值可表达成:

Mxy=1/2(首尾连接桥受到的横向波浪力时域之差)X(首尾连接桥中心矩)