穿浪船船型及相关研究综述

（b）ONR-TH 图 1 美国海军开发的穿浪单体船 Fig.1 WPM developed by US Navy
起 的 船 底 壳 和 舷 侧 辅 助 单 元 ，获 得 船 体 在 恶 劣 天 气 下 的 良 好 性 能 ；通 过 很 小 的 性 能 损 失 来 获 取 高 载荷；更低的雷达信号特征；同传统滑行艇相比燃 油消耗减少 20%。该设计已被投入到实际应用 中。英国皇家海军特种舟艇中队装备的一艘 VSV 时速超过 60 kn。VSV 设计也被推广到游艇设计 上，Maryslim 号亦采用了 VSV 的设计。
第 11 卷 第 5 期 第2051期6 年 10 月
中国舰船研究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.11 No.5 Oct. 2016
引用格式：魏成柱，李英辉，易宏. 穿浪船船型及相关研究综述［J］. 中国舰船研究，2016，11（5）：1-8. WEI Chengzhu，LI Yinghui，YI Hong. A comprehensive review on hull forms and relevant researches of wave piercing vessel［s J］. Chinese Journal of Ship Research，2016，11（5）：1-8.
穿浪船船型及相关研究综述
魏成柱 1，李英辉 2，易宏 1
1 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240 2 上海交通大学 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240
摘 要：穿浪船属高性能船舶。由于其特殊和针对性的船型设计，穿浪船在波浪中普遍具有优良的快速性和耐
波性。近年来，穿浪船引起了广泛关注并在实际工程中得到推广。比较系统地介绍单体、双体和三体穿浪船船
1.1 穿浪单体船
穿浪单体船早在铁甲舰时代就已经出现。由 于在高速航行时或在恶劣海况下船体容易被淹 湿，并且由于火炮技术的发展，采用内倾式设计的 铁 甲 舰 暂 时 退 出 了 历 史 舞 台 。 近 年 来 ，为 了 获 取 高 海 况 下 优 良 的 快 速 性 和 适 航 性 ，采 用 细 长 船 体 和 瘦 削 船 艏 的 穿 浪 单 体 船 重 新 出 现 。 另 外 ，经 典 的穿浪单体船由于采用了内倾式设计而具备了隐 身特性。随着各国对能够在高海况下执行任务的 高性能船舶需求的增加以及对隐身技术的愈发重 视，穿浪单体船得到愈来愈多的重视和发展，一些 创新的单体穿浪船船型设计陆续问世。
收稿日期：2016 - 02 - 23
网络出版时间：2016-9-21 13:50
基金项目：上海交通大学海洋工程国家重点实验室自主研究课题（GKZD010061）
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中国舰船研究
身影。国内外学者亦对与穿浪船相关的课题进行 了研究，以探索穿浪船的船型特点，改进和完善穿 浪船，并进一步实现穿浪船船型的创新。目前，穿 浪船已发展出多种船体形式。不同船体形式的穿 浪船具有其自身特有的优势。本文将对穿浪船船 型 现 状 、船 体源自文库性 能 及 船 体 性 能 的 预 报 方 法 进 行 适 当的概述和总结。
图 5 X-Bow 船艏 Fig.5 X-Bow
上海交通大学魏成柱所在团队以经典的内倾 式 穿 浪 船 型 为 基 础 船 型 ，通 过 大 量 的 船 型 特 征 对 比 和 优 化 ，设 计 了 高 速 穿 梭 艇［6-9］，并 对 高 速 穿 梭 艇在高速段的性能进行了研究。其所在团队设计 的 高 速 穿 浪 单 体 船 具 有 瘦 削 的 船 艏 、方 艉 及 艏 部 防溅条，采用过渡型船体设计，并进一步将防溅条 发展成压浪干舷来更好地控制船体淹湿。
不同于 AMD 公司设计的穿浪双体船，由大不 列 颠 团 队（Great Britain）设 计 的 穿 浪 双 体 船 采 用 了双体滑行带断阶式设计。在双体断阶滑行艇的 基 础 上 ，该 穿 浪 双 体 船 的 船 艏 被 修 改 为 瘦 长 且 有 一 定 内 倾 角 的 穿 浪 型 船 艏 ，并 且 片 体 连 接 桥 的 船 艏部分被移除，如图 7 所示。其上层建筑采用流 线型设计以减小迎浪的砰击。该穿浪双体船旨在 打破横穿大西洋的速度记录。据英国《每日邮报》 报道：在条件适当的情况下，该穿浪双体船穿越大 西洋仅需 48 h；该船的平均速度将高达 105 km/h， 有 望 于 2018 年 夏 天 打 破 1992 年 创 造 的 2 d 10 h 54 min 横穿大西洋的记录。但该穿浪双体船的实 际使用效果还有待观察。
WEI Chengzhu 1，LI Yinghui 2，YI Hong 1 1 State Key Laboratory of Ocean Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China 2 Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration，Shanghai Jiao Tong University，
图 3 超临界船 Fig.3 Transonic hull
第5期
魏成柱等：穿浪船船型及相关研究综述
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Van diepen 设计了一种平面穿浪船艏（图 4）， 并 申 请 了 专 利［5］。 不 同 于 DDG-1000，VSV 及 TH 所采用的瘦削的穿浪船艏，该船艏比较宽扁，旨在 利用船艏的内倾面来平衡穿浪时波浪浮力所产生 的 抬 升 力 。 根 据 相 关 专 利 的 描 述 可 知 ，该 设 计 能 减 少 甚 至 消 除 纵 摇 运 动 和 砰 击 载 荷 ，减 轻 船 体 结 构重量，改善适航性，减少静水阻力。
美 国 国 防 高 级 研 究 计 划 局（DARPA）和 国 防 部长办公室（OSD）合作开发的 Very Slender Vessel （VSV）是 一 种 细 长 的 高 速 穿 浪 单 体 船（图 2）。 VSV 的设计目标为：减小自身的目标特征，能够直 接穿过波浪而不是像传统深 V 型滑行艇那样在波 浪上跳跃，减少波浪冲击载荷，获取在波浪中优异 的 快 速 性 和 适 航 性 。 根 据 相 关 专 利［2］的 描 述 可 知，VSV 主要具有以下特征和优势：通过使用全凸
图 4 平面穿浪船艏 Fig.4 Flat wave piercing bow
Ulstein 开发了 X-Bow 船艏（图 5）用来改善在 高海况下的船体操作。该设计主要被应用于海洋 工程领域。X-Bow 的概念于 2005 年提出。截止 到 2016 年，采用 X-Bow 的船舶订单已经超过 100 艘。广东中远船务承接建造的 Vos Partner 号就是 一种采用了 X-Bow 船艏的中型海洋平台供应船。
图 2 VSV Fig.2 VSV
Transonic Hull Company（THC）公司开发并申 请专利 的 ［3-4］ 超临界船（Transonic Hull，TH）具有细 长的三角形船体，如图 3 所示。该船型的干舷几 乎垂直于水面。THC 宣称：与 3 种传统船相比，不 论在静水还是波浪中，TH 在相同马力下的速度可 提升 17%；耐波性试验表明，TH 在全航速和各种 波浪状况下都能保持零纵倾角并有效避免砰击载 荷，加速度小。
1.2 穿浪双体船
广义的穿浪双体船是指采用穿浪设计的双体 船 ，狭 义 的 穿 浪 双 体 船 是 指 最 早 由 澳 大 利 亚 提 出 的 一 种 穿 浪 双 体 船 ，下 文 将 采 用 WPC-AU 来 标
图 6 HSV 穿浪双体船 Fig.6 HSV wave piercing catamaran
（a）DDG-1000
第 11 卷
1 穿浪船船型现状
穿浪船从船体（片体）数量上可以分为穿浪单 体 船（Wave Piercing Monohull，WPM）和 穿 浪 多 体 船 。 穿 浪 多 体 船 主 要 包 括 穿 浪 双 体 船（Wave Piercing Catamaran，WPC）和 穿 浪 三 体 船（Wave Piercing Trimaran，WPT）。穿浪船的船型主要由 2 种 途径产生：第 1 种是由传统船型修改而来；第 2 种 是采用创新性的船型设计。
Shanghai 200240，China
Abstract：Wave piercing vessels have special hull shapes and behaved softly in waves. In recent years， more attention has been paid on wave piercing vessels，and the wave piercing design is becoming popular among practical applications. More innovations related to wave piercing vessels have appeared and more re⁃ searches on wave piercing vessels are available. Therefore，a comprehensive review on hull forms and rele⁃ vant researches of wave piercing vessels is presented，which is a good reference for researches related with wave piercing vessels. Moreover，some promising research related to wave piercing vessels areas are pro⁃ vided. Key words：wave piercing vessels；hull forms；hull performance；high performance ships
作 为 目 前 最 先 进 的 驱 逐 舰 ，美 国 的 DDG-1000 为 了 达 到 船 体 隐 身 的 目 的 ，采 用 了 经 典的单体内倾式穿浪型设计。该舰也是目前最为 人们所熟知的穿浪船之一。美国海军研究局 （Office of Naval Research，ONR）公 开 了 一 种 与 DDG-1000 非 常 类 似 的 穿 浪 单 体 船 ONR-TH （图 1［1］）以供研究人员进行该类型船舶的探索研 究。已公开的与穿浪单体船相关的研究大多以 ONR-TH 为研究对象。
记。这种由澳大利亚提出的穿浪双体船方案结合 了小水线面双体船的低阻力、高耐波性的优势，并 通过使用深 V 船型来克服小水线面双体船的片体 储 备 浮 力 不 足 、空 间 较 为 狭 小 的 缺 点 。 该 穿 浪 双 体船设计方案因其优良的快速性和耐波性受到了 大量的关注和赞扬。目前对穿浪双体船的研究和 应用大多以该方案为基础。图 6 所示为 AMD 公 司为澳大利亚海军建造的 HSV。中国海军 022 型 导弹艇采用了类似的设计方案。中国舰船研究设 计 中 心 对 类 似 的 穿 浪 双 体 船 进 行 了 深 入 研 究 ，已 形成系列设计。
型的现状，从快速性、耐波性及安全性等方面概述穿浪船船体性能研究的进展，评述穿浪船船体性能的预报方
法，提出了若干与穿浪船有关的潜在研究方向。
关键词：穿浪船；船型；船体性能；高性能船舶
中图分类号：U661.3
文献标志码：A
DOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2016.05.001
A comprehensive review on hull forms and relevant researches of wave piercing vessels
0引言
穿浪船是具有穿浪特性的船舶的统称。作为 高性能船舶，穿浪船最主要的特点是，通过采用合 理 的 穿 浪 设 计 ，减 小 甚 至 消 除 船 体 在 波 浪 中 所 受
到 的 砰 击 载 荷 ，减 小 船 体 在 波 浪 中 的 加 速 度 和 运 动 幅 值 ，使 船 体 在 波 浪 中 获 得 优 异 的 快 速 性 和 适 航 性 。 由 于 各 国 经 济 和 军 事 的 需 求 ，穿 浪 船 型 近 年来得到了愈来愈多的发展和应用。在军事领 域 、游 艇 设 计 领 域 和 运 输 领 域 都 能 看 到 穿 浪 船 的