穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法
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艉扰流板相比水平尾板和楔形板，结构强度容易保证，便于安装，而且由于艉扰流板是沿着片体 尾封板安装，可以设计成可调式，在 40 米级的穿浪双体船上已经采用这种可调式航态控制装置，根据 实船试航结果灵活调整扰流板深度。 从系列模型试验的结果可以得出如下结论：
（1） 艉扰流板可以调整穿浪双体船的航态，达到有效降低阻力的目的，减阻率可达 6%~15%。 （2） 艉扰流板深度对穿浪双体船总阻力的影响较大，对于设计点存在最佳艉扰流板深度 h，如图 2，为模型试验时艉扰流板深度 h 在设计点附近对阻力的影响曲线，从图上可以看出 h 过小，减阻不明 显；h 过大，不仅会引起高速时船体埋艏、阻力增加，而且使减阻范围减少，艉扰流板适宜的深度与艉板 宽度之比约为 1％～2.0％。
1/3
rans (WPC), the influencing factors of residual resistance are presented. L/△ , K/b and the height of stern interceptor are important in these factors for the resistance of WPC and have optimization value for ship design.Some diagrams about residual resistance at different distances of demi -hulls and a prediction method of total resistance about WPC are put forward.The calculation of an example shows that this method can predict the total resistance of WPC exactly and has high efficiency.It is dependable for optimization of influencing factors of residual resistance and prediction of ship speed. Key words: wave piercing catamaran; stern interceptor; residual resistance
图 1 艉扰流板示意图
图 2 艉扰流板深度的影响
Fig.1 Sketch map of stern interceptor
Fig.2 Effect of the height of stern interceptor
1/3
3.8 瘦削系数 L/△ 的影响
瘦削系数是影响穿浪双体船剩余阻力的关键因素之一，瘦削系数越大，剩余阻力系数减小，对于
快速性好，其细长片体、大的间距比和尖削的船艏有利于减少阻力；耐波性好，其 V 型片体线型和 穿浪首的设计，以及中间体的设置使升沉、纵摇和运动加速度减小，波浪中失速减小，中小浪可穿浪而 行；安全性好，大的片体间距，使得横稳性好，抗风能力强；操纵性好，其细长片体和大的间距比加上喷 水推进的应用，使其航行稳定性、回转性能均优于常规单体船舶；此外，宽畅甲板面积和充裕的空间， 有利于布置各种装置、工作和生活设施，以及各种需要空间支持的新技术的应用。 穿浪双体船由于船 型的限制，也有一些不足之处，如船体结构较为复杂、由于纵向和横向摇摆的周期接近，波浪中容易产 成横、纵向摇摆的耦合，纵向运动较大，耐波性受使用海域波长的影响。
1引 言
“海峡号”穿浪双体船的成功研制填补了我国自主研发穿浪双体船的空白，改变了依靠、使用国外 专利技术的局面，取得了良好的经济效益和社会效益，实船使用证明该船的综合性能已达到国际先进 水平。 这种片体艏部呈菱形的穿浪双体船型是我国特有的穿浪双体船型，通过系列模型试验，优化船
收稿日期： 2010-06-25
尾封板浸湿面积和最大横剖面面积比 fT =AT /AM表征片体尾部纵剖线的平直程度和倾斜度， 对穿 浪双体船剩余阻力有重要的影响。 穿浪双体船的片体在整个进流段会激起波浪，所以横剖面面积曲线 应平缓过渡，使排水体积均匀地向船尾分布，但尾部横剖面面积不能收缩过快，在方艉处应保持相当 大的水线宽度和浸湿面积。 尾封板浸湿面积越大，纵向龙骨线与水线的夹角 γ 减小，γ 角一般控制在 2°～4°，这样使得后体水流光顺，减小水流扭转弯曲的程度，减少能量损失，改善阻力性能。 高速时，水 流沿着方尾边缘并延伸到艉后相当长的距离处， 这样在不增加摩擦阻力的情况下增加了船体的有效 长度。 3.6 尾部横向斜升角 β 的影响
1/3
在剩余阻力系数图谱的绘制中，采用 L/△ 作为重要影响的参数之一，随着瘦削系数的增大，片体细
长，剩余阻力系数减小。
文献[4]中排水量长度系数 △/ !0.1L "3与本文的瘦削系数类似，也是表征片体长度与排水量的综合
影响，文献在模型试验的基础上归纳得出高速双体船干扰系数 △Cr/Cr 曲线和出现有利干扰起始傅汝
德数 Fr 随 △/ !0.1L "3和片体间距比 K/b 的变化规律曲线，从曲线中可以看出：随着排水量长度系数的
减小，剩余阻力干扰系数逐渐减弱，出现有利干扰的傅汝德数增大；在同样的排水量长度系数下，片体
间距比增加，出现有利干扰的傅汝德数减小。 文献[4]中的结论对常规高速双体船有一定的参考价值，
但其排水量长度系数的变化是以船长不变，改变排水量来实现的，没有反映出长度的影响，而且只适
MA Jian, ZHANG Zai-fu, LI Hui-min
(China Ship Development & Design Center, Wuhan 430064, China)
Abstract：Upon series of model test and researching of ship design about 30~60m wave piercing catama-
尾部横向斜升角 β 对阻力的影响与单体船不同， 对于穿浪双体船在不改变船底纵向龙骨线与基 线的夹角，即 γ 不变的情况下，增大 β 角会导致尾封板浸湿面积相比 β=0°时的小，尾流场水流扭曲，导 致能量损失，因此，仅从阻力性能分析 β 角取 0°为宜，关于文献[2]中 “高速穿浪双体船在片体尾端采 用较大横向斜升角时阻力反而小一些” 的说法， 笔者认为确切地讲应该是 γ 角和 β 角共同作用的结 果，从而改善了航态，向其最佳航行纵倾角靠近，最终使得阻力减小。
作者简介： 马 健（1979-），男，中国舰船研究设计中心工程师，E-mail: mj51887@126.com。
第 1-2 期
马 健等： 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析 …
33
型参数、片体间距和底部斜升角，并采用垂直艉扰流板技术来控制船体的航态，明显提高了穿浪双体 船的综合航行性能。
国内外已有过关于常规双体船的阻力计算方法，但对于穿浪双体船的阻力预报资料很少，本文在 30~60 米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上，对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因 素进行分析，并绘制了不同片体间距下的剩余阻力系数图谱，该图谱在设计初期缺少模型试验的情况 下，能够较准确地预报实船的阻力，对穿浪双体船船型参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价 值。
片体宽度 b 通常是在满足机舱布置的前提下尽可能取小值， 以保证最佳片体间距比 K/b 的选取 和片体长宽比 L/b 的加大。 b/T 对阻力影响主要表现在片体的摩擦阻力上，对剩余阻力的影响不大。 3.3 浮心纵向位置的 XB的影响
XB 对穿浪双体船剩余阻力系数的影响和常规单、双体船类似，XB 向船首移动，使首部肥大，对降 低兴波阻力不利，XB 向船尾移动，使尾部肥大，对降低粘压阻力不利。 低速时，兴波阻力在总阻力中占 的比例较小，加上穿浪双体船片体瘦削，粘压阻力也较小。 浮心纵向位置在设计中要与全船的总布置 情况和重量重心的分布一起综合考虑，应控制穿浪双体船静水中的尾倾在 0.5°左右为宜。 3.4 水线首端半进流角 iE的影响
水线首端半流角 iE的影响在形状相似的情况下表征片体长宽比 L/b 的大小。 L/b 愈大，iE愈小，首 部兴波越小。 iE 对穿浪双体船剩余阻力的影响同于常规单体船，主要是影响兴波阻力的大小，iE一般取
34
船舶力学
第 15 卷第 1-2 期
7°～11°为宜。 3.5 尾封板浸湿面积比 fT的影响
2 穿浪双体船船型特点
2.1 穿浪双体船的船型特点 穿浪双体船采用细长片体，片体长宽比 L/b 一般为 9~15；片体线型采用 V 型剖面，首部为尖削的
穿浪首；片体间距较常规双体船大，间距比 K/b 一般为 3~5；连接桥桥底离水面较高；穿浪双体船特有 的中间体为深 V 外飘横剖面形状，静水中处于航行水线以上；没有复杂的水下装置和附体，船体吃水 小，适于浅水航行。 2.2 穿浪双体船性能特点
图谱，提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法，计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验
的情况下，能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力，对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程
实用价值。
关键词： 穿浪双体船； 艉扰流板； 剩余阻力
中图分类号： U661.31+1
文献标识码： A
Influencing factors of residual resistance and a prediction method of total resistance about wave-piercing catamaran
用于圆舭高速双体船。
笔者认为片体长宽比 L/b 在瘦削系数中
第 1-2 期
马 健等： 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析 …
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穿浪双体船一般取
6～10。 经过量纲分析
1/3
L/△
=
!L/b
"2/3 × !b/T
"1/3
1/3
/CB
，由
此
可见
，瘦
削
系
数
将
片
体
长
宽
比 L/b，片体吃水比 b/T、方型系数 CB的影响融合在一起，因此是影响剩余阻力的关键因素之一，本文
应该指出的是 β 角的存在增加了船体横向运动的阻尼，对航向稳定性有好处，对于 β=0°可以采取 增置呆木和垂直舭板来改善航向稳定性和回转性，但导致附体阻力略增，在航速较宽余的情况下可以 考虑应用。 3.7 艉扰流板的影响
采用如图 1 所示的艉扰流板后穿浪双体船减阻效果较明显， 因此艉扰流板也是影响剩余阻力的 重要因素之一。 穿浪双体船容积傅氏数均小于 3.0，处于排水航行状态，设置艉扰流板后，重心处船体 上抬了，但航行纵倾角减少、艏部下沉；加上艉扰流板尺度很小，船体总的浸湿面积变化不大，引起摩 擦阻力的变化不大，主要是使得剩余阻力明显减小。 当然，艉扰流板与螺旋桨或喷水推进装置一起将 引起尾部流场的变化，对形状阻力会有所影响，有待于精确的流场测量及进一步研究。
3 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析
3.1 棱形系数 CP的影响 棱形系数 CP 表征排水量沿船长的分布情况，穿浪双体船与常规单体船类似，其棱形系数的大小
影响船体的首尾肥瘦程度不同，船体表面的水压力大小不同，导致波峰、波谷的位置不同，不同航速下 的兴波情况不同。 穿浪双体船纵向棱形系数 CP 一般取 0.65～0.75。 3.2 片体宽度吃水比 b/T 的影响
第 15 卷第 1-2 期 2011 年 2 月
船舶力学 Journal of Ship Mechanics
Vol.15 No.1-2 Feb. 2011
文章编号： 1007-7294（2011）01-0032-08
穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及 总阻力预报方法
马 健， 张再夫， 李惠敏
（中国舰船研究设计中心， 武汉 430064）
摘要： 文章在 30~60 米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上，对影响穿浪双 体船剩余阻力的相
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1/3
关因素进行分析。 其中片体瘦削系数 L/△ 、片体间距比 K/b 和艉扰流板深度 h 对于穿浪双体船的剩余阻力影响
显著，实船设计中存在最佳状态。 文中对模型试验数据进行分析整理，绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数
（1） 艉扰流板可以调整穿浪双体船的航态，达到有效降低阻力的目的，减阻率可达 6%~15%。 （2） 艉扰流板深度对穿浪双体船总阻力的影响较大，对于设计点存在最佳艉扰流板深度 h，如图 2，为模型试验时艉扰流板深度 h 在设计点附近对阻力的影响曲线，从图上可以看出 h 过小，减阻不明 显；h 过大，不仅会引起高速时船体埋艏、阻力增加，而且使减阻范围减少，艉扰流板适宜的深度与艉板 宽度之比约为 1％～2.0％。
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rans (WPC), the influencing factors of residual resistance are presented. L/△ , K/b and the height of stern interceptor are important in these factors for the resistance of WPC and have optimization value for ship design.Some diagrams about residual resistance at different distances of demi -hulls and a prediction method of total resistance about WPC are put forward.The calculation of an example shows that this method can predict the total resistance of WPC exactly and has high efficiency.It is dependable for optimization of influencing factors of residual resistance and prediction of ship speed. Key words: wave piercing catamaran; stern interceptor; residual resistance
图 1 艉扰流板示意图
图 2 艉扰流板深度的影响
Fig.1 Sketch map of stern interceptor
Fig.2 Effect of the height of stern interceptor
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3.8 瘦削系数 L/△ 的影响
瘦削系数是影响穿浪双体船剩余阻力的关键因素之一，瘦削系数越大，剩余阻力系数减小，对于
快速性好，其细长片体、大的间距比和尖削的船艏有利于减少阻力；耐波性好，其 V 型片体线型和 穿浪首的设计，以及中间体的设置使升沉、纵摇和运动加速度减小，波浪中失速减小，中小浪可穿浪而 行；安全性好，大的片体间距，使得横稳性好，抗风能力强；操纵性好，其细长片体和大的间距比加上喷 水推进的应用，使其航行稳定性、回转性能均优于常规单体船舶；此外，宽畅甲板面积和充裕的空间， 有利于布置各种装置、工作和生活设施，以及各种需要空间支持的新技术的应用。 穿浪双体船由于船 型的限制，也有一些不足之处，如船体结构较为复杂、由于纵向和横向摇摆的周期接近，波浪中容易产 成横、纵向摇摆的耦合，纵向运动较大，耐波性受使用海域波长的影响。
1引 言
“海峡号”穿浪双体船的成功研制填补了我国自主研发穿浪双体船的空白，改变了依靠、使用国外 专利技术的局面，取得了良好的经济效益和社会效益，实船使用证明该船的综合性能已达到国际先进 水平。 这种片体艏部呈菱形的穿浪双体船型是我国特有的穿浪双体船型，通过系列模型试验，优化船
收稿日期： 2010-06-25
尾封板浸湿面积和最大横剖面面积比 fT =AT /AM表征片体尾部纵剖线的平直程度和倾斜度， 对穿 浪双体船剩余阻力有重要的影响。 穿浪双体船的片体在整个进流段会激起波浪，所以横剖面面积曲线 应平缓过渡，使排水体积均匀地向船尾分布，但尾部横剖面面积不能收缩过快，在方艉处应保持相当 大的水线宽度和浸湿面积。 尾封板浸湿面积越大，纵向龙骨线与水线的夹角 γ 减小，γ 角一般控制在 2°～4°，这样使得后体水流光顺，减小水流扭转弯曲的程度，减少能量损失，改善阻力性能。 高速时，水 流沿着方尾边缘并延伸到艉后相当长的距离处， 这样在不增加摩擦阻力的情况下增加了船体的有效 长度。 3.6 尾部横向斜升角 β 的影响
1/3
在剩余阻力系数图谱的绘制中，采用 L/△ 作为重要影响的参数之一，随着瘦削系数的增大，片体细
长，剩余阻力系数减小。
文献[4]中排水量长度系数 △/ !0.1L "3与本文的瘦削系数类似，也是表征片体长度与排水量的综合
影响，文献在模型试验的基础上归纳得出高速双体船干扰系数 △Cr/Cr 曲线和出现有利干扰起始傅汝
德数 Fr 随 △/ !0.1L "3和片体间距比 K/b 的变化规律曲线，从曲线中可以看出：随着排水量长度系数的
减小，剩余阻力干扰系数逐渐减弱，出现有利干扰的傅汝德数增大；在同样的排水量长度系数下，片体
间距比增加，出现有利干扰的傅汝德数减小。 文献[4]中的结论对常规高速双体船有一定的参考价值，
但其排水量长度系数的变化是以船长不变，改变排水量来实现的，没有反映出长度的影响，而且只适
MA Jian, ZHANG Zai-fu, LI Hui-min
(China Ship Development & Design Center, Wuhan 430064, China)
Abstract：Upon series of model test and researching of ship design about 30~60m wave piercing catama-
尾部横向斜升角 β 对阻力的影响与单体船不同， 对于穿浪双体船在不改变船底纵向龙骨线与基 线的夹角，即 γ 不变的情况下，增大 β 角会导致尾封板浸湿面积相比 β=0°时的小，尾流场水流扭曲，导 致能量损失，因此，仅从阻力性能分析 β 角取 0°为宜，关于文献[2]中 “高速穿浪双体船在片体尾端采 用较大横向斜升角时阻力反而小一些” 的说法， 笔者认为确切地讲应该是 γ 角和 β 角共同作用的结 果，从而改善了航态，向其最佳航行纵倾角靠近，最终使得阻力减小。
作者简介： 马 健（1979-），男，中国舰船研究设计中心工程师，E-mail: mj51887@126.com。
第 1-2 期
马 健等： 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析 …
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型参数、片体间距和底部斜升角，并采用垂直艉扰流板技术来控制船体的航态，明显提高了穿浪双体 船的综合航行性能。
国内外已有过关于常规双体船的阻力计算方法，但对于穿浪双体船的阻力预报资料很少，本文在 30~60 米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上，对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因 素进行分析，并绘制了不同片体间距下的剩余阻力系数图谱，该图谱在设计初期缺少模型试验的情况 下，能够较准确地预报实船的阻力，对穿浪双体船船型参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价 值。
片体宽度 b 通常是在满足机舱布置的前提下尽可能取小值， 以保证最佳片体间距比 K/b 的选取 和片体长宽比 L/b 的加大。 b/T 对阻力影响主要表现在片体的摩擦阻力上，对剩余阻力的影响不大。 3.3 浮心纵向位置的 XB的影响
XB 对穿浪双体船剩余阻力系数的影响和常规单、双体船类似，XB 向船首移动，使首部肥大，对降 低兴波阻力不利，XB 向船尾移动，使尾部肥大，对降低粘压阻力不利。 低速时，兴波阻力在总阻力中占 的比例较小，加上穿浪双体船片体瘦削，粘压阻力也较小。 浮心纵向位置在设计中要与全船的总布置 情况和重量重心的分布一起综合考虑，应控制穿浪双体船静水中的尾倾在 0.5°左右为宜。 3.4 水线首端半进流角 iE的影响
水线首端半流角 iE的影响在形状相似的情况下表征片体长宽比 L/b 的大小。 L/b 愈大，iE愈小，首 部兴波越小。 iE 对穿浪双体船剩余阻力的影响同于常规单体船，主要是影响兴波阻力的大小，iE一般取
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船舶力学
第 15 卷第 1-2 期
7°～11°为宜。 3.5 尾封板浸湿面积比 fT的影响
2 穿浪双体船船型特点
2.1 穿浪双体船的船型特点 穿浪双体船采用细长片体，片体长宽比 L/b 一般为 9~15；片体线型采用 V 型剖面，首部为尖削的
穿浪首；片体间距较常规双体船大，间距比 K/b 一般为 3~5；连接桥桥底离水面较高；穿浪双体船特有 的中间体为深 V 外飘横剖面形状，静水中处于航行水线以上；没有复杂的水下装置和附体，船体吃水 小，适于浅水航行。 2.2 穿浪双体船性能特点
图谱，提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法，计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验
的情况下，能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力，对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程
实用价值。
关键词： 穿浪双体船； 艉扰流板； 剩余阻力
中图分类号： U661.31+1
文献标识码： A
Influencing factors of residual resistance and a prediction method of total resistance about wave-piercing catamaran
用于圆舭高速双体船。
笔者认为片体长宽比 L/b 在瘦削系数中
第 1-2 期
马 健等： 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析 …
35
穿浪双体船一般取
6～10。 经过量纲分析
1/3
L/△
=
!L/b
"2/3 × !b/T
"1/3
1/3
/CB
，由
此
可见
，瘦
削
系
数
将
片
体
长
宽
比 L/b，片体吃水比 b/T、方型系数 CB的影响融合在一起，因此是影响剩余阻力的关键因素之一，本文
应该指出的是 β 角的存在增加了船体横向运动的阻尼，对航向稳定性有好处，对于 β=0°可以采取 增置呆木和垂直舭板来改善航向稳定性和回转性，但导致附体阻力略增，在航速较宽余的情况下可以 考虑应用。 3.7 艉扰流板的影响
采用如图 1 所示的艉扰流板后穿浪双体船减阻效果较明显， 因此艉扰流板也是影响剩余阻力的 重要因素之一。 穿浪双体船容积傅氏数均小于 3.0，处于排水航行状态，设置艉扰流板后，重心处船体 上抬了，但航行纵倾角减少、艏部下沉；加上艉扰流板尺度很小，船体总的浸湿面积变化不大，引起摩 擦阻力的变化不大，主要是使得剩余阻力明显减小。 当然，艉扰流板与螺旋桨或喷水推进装置一起将 引起尾部流场的变化，对形状阻力会有所影响，有待于精确的流场测量及进一步研究。
3 穿浪双体船剩余阻力影响因素分析
3.1 棱形系数 CP的影响 棱形系数 CP 表征排水量沿船长的分布情况，穿浪双体船与常规单体船类似，其棱形系数的大小
影响船体的首尾肥瘦程度不同，船体表面的水压力大小不同，导致波峰、波谷的位置不同，不同航速下 的兴波情况不同。 穿浪双体船纵向棱形系数 CP 一般取 0.65～0.75。 3.2 片体宽度吃水比 b/T 的影响
第 15 卷第 1-2 期 2011 年 2 月
船舶力学 Journal of Ship Mechanics
Vol.15 No.1-2 Feb. 2011
文章编号： 1007-7294（2011）01-0032-08
穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及 总阻力预报方法
马 健， 张再夫， 李惠敏
（中国舰船研究设计中心， 武汉 430064）
摘要： 文章在 30~60 米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上，对影响穿浪双 体船剩余阻力的相
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1/3
关因素进行分析。 其中片体瘦削系数 L/△ 、片体间距比 K/b 和艉扰流板深度 h 对于穿浪双体船的剩余阻力影响
显著，实船设计中存在最佳状态。 文中对模型试验数据进行分析整理，绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数