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1、D e s i g n&D e v e l o p me n t设计开发 高性能船舶的类型及特点 吴 家鸣 f 华南理 大学 土木与交通学院 船舶与海洋工程系，广州 5 1 0 6 4 0) 摘 要 ：高性能船舶是指与常规排水型船有显著差异，以能实现高航速、良好的适航性和相应的经济性 为主要标志的船 舶。除 了高速性这一显著特点外，不同类型的高性能船舶还分别具备 了良好的耐波性和操 纵性 、两栖性 、浅吃水性 、低物理场辐射等特征 。本文对不同类型的高性能船舶的特点作 一简要的介绍与 分析 。 关键词 ：高性能船舶；滑行艇；水翼艇 ；气垫船；地效翼船；小水线面双体船 T y p e s a n
2、 d Ch a r a c t e r i s t i c s o f Hi g h Pe r f o r m a n c e S h i p s W U J i a mi n g ( S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0) Abs t r a c t ：Hi g h p e rfo r ma n c e s h i p i s a k i n d o f s hi p c ha r a c t e r i z e d wi t h hi g h
3、s p e e d， g o od n a v i g a b i l i t y a nd c os t e f f e c t i ve ne s s The s hi p i s o f d i s t i n c t d i f f e r e n c e wi t h s h i ps of n o r ma l d i s pl a c e me n t t y p e Di f f e r e n t t y pe s o f h i gh p e rfo r m a nc e s h i p s p os s e s s d i ffe r e n t f e a t u r
4、e s o f e x c e l l e n t s e a ke e p i n g a n d m a n e u Ve r a bi l i t y， a mp hi b i a n， s ma l l dr a u gh t a n d 1 O W p h ys i c a l fi e l d r a d i a t i o n b e s i d e s i t s hi g h s p e e d p e r f o r ma nc e The c h a r a c t e r i s t i c s o f d i fie r e n t t y p e s o f hi
5、g h p e rfo r ma n c e s h i ps a r e i nt r o d u c e d a nd a n a l y z e d i n t h i s pa pe r K e y wo r ds：Hi g h- p e rfo r ma nc e s h i p； Gl i d i n g bo a t ； Hy d r o f oi l Cr a f t ； Ai r - c u s hi on v e h i c l e； W i n g- i n - g r ou n d- e f f e c t a i r c r a f t ； S H s hi p 1
6、高性能船舶的类型及特点 【 1 】 高性能船舶是指 ：与常规排水量型船有显著差 异，以能实现高航速 、良好的适航性和相应的经济性 为主要 目标的船舶。高性能船舶在高速航行时全部或 部分脱 离水 面 ，以减小水 的阻力 ，尤其是 兴波 阻力 ， 同时大 幅度 地减轻 由波浪 造成 的船 体 的摇 摆 ，从 而能 有效提高船舶的航速和耐波性。这类船舶在高速航行 时 ，船体所受的浮力很多时候已经不作为支承船舶重 量 的主要 因素。一般认 为 ，高性能船舶包括以下类 型：滑行艇 、水翼艇 、气垫船 、掠海地效翼船 、小水 线 面双体 船等 ，以下对 这几种类 型高性 能船舶 的 主要 特点进行简要 的
7、介 绍和分析 。 1 1滑行艇 引 1 1 1常规滑 行艇 ( 无断级滑行艇 ) 常规滑行艇的特点是在高速航行时 ，仅部分船底 与水面接触。滑行艇的船型与一般的船不一样，它的 底部 比较平坦 ，当船高速前进 时由于艇底向前挤压 作者简介 ：吴家 鸣 ( 1 9 5 7 一 )，男 ，教授 ，博 士。 收稿 日期 ：2 0 1 2 水 ，从而使底部的水压力升高，形成水动升力 ，艇体 的重量主要是靠所形成 的水动升力支承 。这种艇在 纵长方向没有设置断级 ，所以也称为“ 无断级滑行 艇 ” 。这种 艇一般 采用 舭部 带折 角 的v 型线 型 ，艇底 与舷侧 以折角线连 接 ，以使艇底 水流在 舷
8、侧 处抛 出 ， 从 而使艇体 表面湿 表面积 减少 。同 时 ，艇底 也成为 一 个滑行面，所产生的升力将艇体大部分托离水面 ，从 而达到减少水阻力 的目的。为了改善滑行艇的喷溅性 能 ，增加艇底 升力 ，滑行艇舭部一般都装有防溅 板 条一舭板 。当滑行艇的航速达到某个临界值时，艇体 在 水动 升力 的作 用下从 水 中被 托起 ，达到全 滑行速 度 后 ，艇 的浸水 长度 和湿面积 大为减 少 ，较大 幅度地 降 低摩擦阻力从而实现其高速航行。常规滑行艇的航速 可达4 J D6 0 节 。 常规滑 行艇 的主要 缺点 是耐波 性较 差 ，不适 于存 大风浪中航行 ，滑行状态时波浪对艇体产生
9、很大的砰 击力 。因此需要对艇体结构强度提 出较高 的要求 。 1 1 l 2 断级滑行艇 常规滑行艇高速航行时经常会由于艇体重心与水 动力 中心 的纵 向位置不 重合 ，引起 较大 的纵摇 运动 。 同时 ，因为 浸水 长度过 长而使 滑行 艇摩擦 阻力 较小 的 特 长未 得到充 分发 挥 。为此 ，对于 超高速 滑行艇 ，通 常可以在艇底肿部沿纵向设置一个或多个横向断级 ， 这样 可 以增加 艇底 与水体 之 间的气 隙空 间 ，利用 空气 润滑减阻原理 ，降低艇的滑行摩擦阻力，从而实现进 一步 提 高其滑行 效率 和减 少其纵 摇运 动 的 目的 ，这 种 艇称为 断级 滑行艇 。 断
10、级 滑行 艇与无 断 级滑 行艇 的差别 在 于它 是 由两 个或多个滑行面支持 ，由于断级的存在 ，艇底浸湿表 面积 比无 断级滑 行艇少 ，因而阻力 减少 ，升 阻 比大 ， 断级滑行艇适用于较高航速的要求 。但断级滑行艇的 耐 波 能不如无 断级 滑行 艇 。 1 1 3 槽道 滑行艇 槽 道 滑 行 艇 是 7 0 年 代 末 期 出现 的一 种 新 型 滑 行 艇。槽道滑行艇的主要特征是 ：主船体底部有一条对 称 于纵 中剖 面并纵 向贯通 艏艉 的槽道 ，该槽 道将 艇体 分成左右两个片体。这种槽道滑行艇 ，既不 同于常规 滑行艇 ，也有别于常规双体船。常规双体船没有滑行 面 ，无
11、论是 静 浮状态 还是航 行状 态 ，槽 道顶部 均处 于 通气状态 ，而槽道滑行艇在静浮或低速航行时，槽道 内充满了水 。当高速滑行时，槽道顶部的艇体和水体 之 间形成一种空气隔层效应 ，避免 了槽道顶部与水的 接 触 ，发挥 了空 气 的减 阻作用 ，从 而进 一步减少 了水 的摩擦 阻力 ；由于槽道 左右 两个 片体 的端 板作用 ，阻 止 了空气隔层 中气体的从艇体二侧溢出，使其有较高 的滑行效率 ；此外 ，空气隔层有一定吸收能量的作 用 ，可减缓艇体在波浪 中所受到的拍击 ，槽道中所形 成的空气隔层具有 显著的缓冲、减振 、减少砰击 的作 用 ；槽 道 中的水 流在尾 部 以喷 柱形
12、式 射 出 ，减少 了艇 的升沉和纵摇 。因此，在降低了滑行艇高速航行时阻 力 的 同时 ，槽 道 的作 用也 提高 了滑行 艇 的耐波性 和航 向稳定性 。 1 1 4 槽道水 翼滑行艇 槽 道 水翼 滑行 艇是 在槽 道 滑行艇 的基 础上 ，加 装 具 有 升 力 效 应 的槽 道水 翼 和 压 浪 板 所形 成 。槽 道 水 翼 滑 行 艇 的 支 持力 主要 是 来 自于 槽 道 滑行 面所 产 生 的 流 体 动 升 力 ，其 次来 源 于 槽 道 水翼 的升 力 。滑 行 艇的尾板处安装压 浪板 ，对降低滑行艇 的峰 阻有较 大 的作用 。 1 _ 2 水翼艇 幅 。 。 】 D
13、 e s i g n &D e v e l o p me n t设计开发 水翼艇 是从 滑行 艇演 变和 发展 而来 的一种 船型 。 它是 在 常规 滑行艇 的底 部加装水 翼变化 而成 ，水翼 的 横截 面呈机 翼形状 。水翼 艇在 高速航行 时 ，利 用艇底 设置的水翼所产生的升力将艇体托起。当水翼所产生 的升力与排水量相等时 ，水翼将艇体托离水面 ，只有 水 翼 、推进器 和支架 与水接 触 ，这 种状态称 为翼航 状 态 。翼 航状态 下 ，水 翼艇所受 的阻力特别 是兴波 阻力 以及波浪对艇体运动的扰动都将大大降低 ，从而使水 翼艇获得较高的航速和良好的耐波性。水翼所产生的 升力
14、随航 速 的不 同而 改变 ，航 速越高 ，升力也 越大 。 当水翼艇低速航行或静止时，它和排水型船一样，艇 体所受 的浮力与重力平衡 ，这种状态称 为浮航状态 。 水翼艇按水翼数量 的多少 ，分为单水翼艇 ( 只有 前水翼 ，又 称翼滑艇 )和双水翼艇 ( 前后 水翼 )，单 水翼艇 艏部 一般通过 浅浸水 翼支撑 艇体 ，尾部为 滑行 面 ，双水翼艇 则利用 前 、后 二个水翼 支撑艇 体航行 ， 双水翼艇可以实现翼航状态 ；按翼航时水翼是否穿越 水 面 ，分为割 划式 、全浸式 ；按水翼 攻角可 否调节 ， 可 分为 自控和非 自控 ( 固定 )两种 。 水 面 割 划 式 水 翼 在
15、航 行 时 有 一 部 分 露 在水 面之 上 ，仅部分面积浸没在水中，它依靠改变水翼浸水状 况来调节水翼升力 ，而不需要其他附属设备。因此结 构简单 ，使用可靠 。水面割划式水翼艇的优点是 自稳 性好 、储备水翼面积大 、进入翼航状态速度低等。它 的缺 点是对 波浪扰 动 比较 敏感 ，在波浪 中不容 易维持 稳定 的升力 ，不适宜在风浪较大 的海域高速航行 。 全浸式水翼艇 的结构特点是水翼全部浸沉在水 中，艇体 由连接水翼 的垂直支柱支撑。全浸式水翼 艇按照水翼浸深的不 同，可分为浅浸式和深浸式 。 水 翼 浸 水 深 度 小 于水 翼 弦 长 的称 为 浅 浸 式 ，深 于 弦 长 的
16、 为深 浸 式 。 浅浸 式 水 翼 艇利 用 水 翼 浸水 深 度 的 变化 来 控 制 艇 体 的稳 定 ，因 为水 翼 浸 水 深度 不 大 ， 当艇 体 发 生倾 斜 时 ，一 侧 水翼 可 能 被 抬 出水 面 ，产 生 的升力减小 ；而浸水深度大的一侧水翼则产生 比 另 一侧 更大 的升力 ，以这一 方式所 形成 的回复力矩 将 倾斜的艇体扶正。割划式水翼的平衡原理与浅浸水翼 大 致相 同 ，都是 利用两 侧水翼 的升力 差异产生 的 回复 力 矩来扶 正艇体 ，浅浸 式水翼 艇和 割划式水翼 艇都具 有 自稳性。而深浸式水翼艇的水翼所产生的升力不会 因为水翼 浸水深 度 的改 变而改 变 ，这个 特性使得 深浸 式水翼艇能在一定风浪条件下平稳高速航行时不具备 自稳性 的功能 。深浸
