新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

收稿日期：2016-09-07

网络出版时间：2017-3-1316:17

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）

作者简介：魏成柱，男，1987年生，博士生。研究方向：新船型开发，智能水面无人平台研发与数值仿真计算。

易宏（通信作者），男，1962年生，教授，博士生导师。研究方向：潜器与特种船舶开发，海上装置与系统开发设计，系统可靠性与人因工程。

李英辉，男，1973年生，博士，讲师。研究方向：新型船舶开发和数值计算

0引言

高性能船舶的发展围绕着不断提高快速性和

耐波性展开。自上世纪40年代开始，出现了多种经典的高性能船型，其中的典型代表有水翼艇、气垫船、深V 型船、滑行艇、多体船、穿浪双体船、槽

新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

魏成柱1，2，易宏1，2

，李英辉1

1上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海2002402高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240

摘要：［目的］为了将高速与高耐波性能相结合，上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型，目前已发展

出单体、双体和三体船型。［方法］介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点，并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS 方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。［结果］数值水池实验结果表明，高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态，船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。［结论］展示了多种创新的船舶设计方案，可为研究人员提供定量和定性的参考。

关键词：高速穿梭艇；船型开发；高性能船舶；直航性能；数值仿真中图分类号：U661.3，U662.2

文献标志码：A

DOI ：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.002

Hull forms and straight forward CFD free running trials of high-speed shuttle vessels

WEI Chengzhu 1，2，YI Hong 1，2

，LI Yinghui 1

1State Key Laboratory of Ocean Engineering ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China

2Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration ，Shanghai 200240，China Abstract ：SV-SJTU high-speed shuttle vessels are developed by Shanghai Jiao Tong University for fine seakeeping and high speed purposes.A series of SV-SJTUs have been developed,and are introduced in this paper.Straight forward CFD free running trials were conducted and the results are also presented.Hull resistance and motions are predicted by solving URANS equations and adopting the overset mesh method.The results of the straight forward CFD free running trials prove that SV-SJTUs have little resistance and fine hull motion in calm water,and their wave-making and splashing differ with different hull forms.This

paper presents the designs of a variety of high performance ships,thereby providing quantitative and quali⁃tative references for researchers.

Key words ：high-speed shuttle vessel ；hull form development ；high-performance ships ；straight forward CFD free running trials ；numerical simulations

引用格式：魏成柱，易宏，李英辉.新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能［J ］.中国舰船研究，2017，12（2）：12-21.

WEI C Z ，YI H ，LI Y H.Hull forms and straight forward CFD free running trials of high-speed shuttle vessels ［J ］.Chinese Journal of Ship Research ，2017，12（2）：12-21.

第2期

道滑行艇、小水线面双体船等，大体上可以分为双（多）体船型、动力增升船型和复合式船型。这些船型的出现促进了舰船的发展，在船舶发展史上占有重要的位置。包括上海交通大学在内的众多科研机构正致力于开发更多高性能船舶以满足各领域的需求。

高速穿梭艇（High speed shuttle vessel of SJTU，SV-SJTU）是上海交通大学开发的高速高耐波系列船型，属于中小型快艇，目前已发展出高速穿梭艇单体船型（High speed monohull shuttle vessel of SJTU，SV-SJTU-M）、高速穿梭艇双体船型（High speed catamaran shuttle vessel of SJTU，SV-SJTU-C）和高速穿梭艇三体船型（High speed trimaran shuttle vessel of SJTU，SV-SJTU-T）。高速穿梭艇属于复合船型，设计上吸收了多种船型的特点。例如：高速穿梭艇单体船型融合了穿浪船型、深V船型、滑行（半滑行）船型的船型特征；

双体船型融合了双体滑行艇、双体穿浪船、单体穿浪船的船型特征；三体船型融合了穿浪船型、深V 船型、滑行（半滑行）船型、三体船型的船型特征。不同的船型方案具有不同的静水力和水动力特性。穿梭艇追求船体良好的快速性、耐波性和良好的航行姿态，并兼顾船体的隐身特性。高速穿梭艇船型设计家族化，船型方案具有继承性，造型设计脸谱化。

本文是高速穿梭艇系列船型研究中的一部分。拟介绍高速穿梭艇不同系列船型的最新研究进展和船型设计特点，并基于数值水池实验对高速穿梭艇系列船型静水中的直航性能进行研究，揭示不同穿梭艇船型静水中的船体直航水动力特性。本文将展示和对比多种形式高性能船舶的船型设计和水动力特点，以便为研究人员提供定量和定性的参考。

1穿梭艇系列船型介绍

高速穿梭艇属于中小型快艇，其主要设计思想为：采取适当设计，在获得良好的纵向姿态的前提下获得船体平稳抬升，减小船体静水阻力；采取适当设计，保证良好的船体破浪姿态，实现波浪中的缓和运动和优良的快速性。高速穿梭艇在单体船型的基础上，吸收新的船型特征，衍生出了双体、三体船型。双体和三体船型相比单体船型，船型特征既有继承性又融合了新的设计元素。表1为穿梭艇典型参考方案的部分船体主尺度。

1.1高速穿梭艇单体船型

高速穿梭艇单体船型最先得到开发，先后进行了概念设计［1］和船型特征研究［2］。图1所示为

2个早期的高速穿梭艇单体船型原型设计。在原型设计的基础上，进一步开发了新一代高速穿梭艇单体船型。原型方案主船体采用多折角式设计，新一代的高速穿梭艇单体船型包括尖舭（Hard chine）方案和圆舭（Soft chine）方案。图2所示为单体船型的船体轮廓和3D渲染图。

新一代高速穿梭艇单体船型融合了穿浪船型、深V船型、滑行（半滑行）船型的船型特点。

穿梭艇单体船型尖舭方案使用瘦削的穿浪船艏设计，以减小波浪对船体的扰动，减小波浪砰击、船体加速度和波浪中的阻力。干舷和船艏内倾，

具有隐身特性。船艏和上层建筑采用一体融表1穿梭艇系列船型典型方案船体主尺度

Table1Hull principal particulars of SV-SJTU

图1高速穿梭艇原型

Fig.1Prototypes of SV-SJTU

（b）原型2

（a）原型1

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