高性能船-普通双体船
高性能小水线面双体船的船型设计及优化
机械化工科技风2019年10月DO#10.19392/k>1671-7341.201928133高性能小水线面双体船的船型设计及优化张旭杰杜友威!张栋楠青岛黄海学院智能制造学院山东青岛266427摘要：小水线面双体船具有推进效率高、耐波性能好、高速航行时阻力小等优点，本文将针对小水线面双体船在波浪中的阻力性能特点进行分析，并根据片体支柱距离的变化设计出优化方案，利用MAXSURF仿真模拟验证设计方案，得到不同支柱间距t 时的兴波阻力系数变化规律,并分析其优化的合理性与实用性。
关键词:小水线面双体船；减阻优化;船型设计ShipDesign and Optimization of High Performance SWATHZhang Xujiz Du Youwei Zhang DongnanQingdao Huanghai University ShandongQingdao266427Abstract:Small waterplane catamaran has the advantages of high propulsion efficiency,good wave resistancc and low resistancc during high-speed navigation.This paper will analyze the resistancc performancc chaocteOstics of small waterplane catamaran in the wave,and ac-ccrding ta the distancc of the strut pilar.The change design is designed ta optimiee the design scheme by using MAXSURF simulation ta obtain the veriation law of the wave-making resistancc coefficient when the distancc between dOferent卩：100is t,and analyee the otionality and peacaicabiaiazooaheopaimieaaion.Key word：SWATH；deg reduction optimization；ship-form design小水线面双体船(small waterplane aree twin-hull ship,简称为SWATH)，又称半潜式双体船，是一种重要的高性能船型，具有推进效率高、耐波性能好、高速航行时阻力小、操作灵活、生存性高等优点⑴⑵#过去人们想尽方法要制造一种具备良好的耐波性能使其满足在恶劣海况下行驶的条件，同时又不能够超出尺度使得建造运营维护成本超额的船舶。
高性能船舶要点
高性能船舶知识概要1绪论1.1什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。
不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。
这样的船舶统称为高性能船舶。
1.2高性能船的特点有哪些？航速高，优良的耐波性能，载运能力较大，经济性好，优美的造型和舒适的舱室空间环境。
1.3什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（▽为排水体积）。
引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。
1.4航速对船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr▽<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。
（2）1.0<Fr▽<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。
（3）Fr▽<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。
1.5根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。
1.7高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。
在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。
双体船的总体性能设计
图3 平均破损吃水和破损舱长度, 它沿船长的位置和 渗透系数的关系
(m )
L 船长 (m )
Λ 破损舱的渗透率 计算步骤: ( 1) 参数
a ′ ′ d = f (X L . Λl L ) →Η d Η B
950 t L B = 1. 961 L b = 5. 12 b T = 1. 79
K b= 1. 61。
同时测试的海上救助拖船 ( 功率588 kW , 排水 量 880 t ) , 平均横摇角达 18° - 20° , 谐摇时达 27° 30° 。
中国船舶及海洋工程设计研究院双体船模型摇 摆试验[ 7 ] 结果见表2。 双体船横摇自摇周期随间距比 k b 增大而略有减小, k b 愈大, 如 k b> 2. 5时, 不仅 横摇角大大下降, 而且舷边加速度接近于单体船, 这 点尤为人们注意。 表 2
5级海 5级海 况下 Η况下 a 10° 0. 25 g 45° 0. 25 g
2
双体船的横摇特点是: (1) 当波长等于片体间距时, 双体船的两个片 体始终同时处在波峰、 波谷或者其他波浪斜率相同 的位置, 这时双体船只会作升沉运动而不产生横摇。 当波长等于2 ～ 3 倍片体间距时, 一个片体处于 波峰, 另一个片体处于波谷, 这时双体船横摇最激 烈。 我国沿海多此海况, 故旅客对沿海双体船持批评 态度。 (2) 双体船在大风浪中将如小木筏随波面运 动, 这时双体船最大横摇角等于最大波面斜度 180 如长波的 Κ h ≥20, 则双 h Κ( h Κ为波浪的坡度比) 。
《船舶》 1998年第1期
双体船的总体性能设计
双体船的总体性能设计双体船，也称为双体船只，通过采用两个船体并行排列的设计，具有较高的稳定性和良好的操纵性能。
总体性能设计在双体船的设计过程中起着关键的作用，旨在确保船只的运输效率、舒适性、安全性和可靠性。
以下是双体船的总体性能设计的要点和考虑因素。
1.水动力性能：包括船只的阻力、航速、船体稳定性和操纵性能等。
通过对水动力性能的分析和计算，可以确定出船只的最佳尺寸、型线和布局。
双体船的双船体结构使得其具有较低的阻力和较好的航速性能，但也需要确保船体之间的流体动力特性协调一致。
2.结构设计：包括船体强度、船体刚度和船体的耐久性等。
双体船的结构设计需要考虑两个船体之间的连接和相互作用，在保证结构强度的同时，还需要平衡船体的重量和稳定性。
3.载重能力：双体船具有较高的载重能力，可以满足不同的运输需求。
在总体性能设计中，需要对船只的载重能力进行估算和计算，以确保船只能够安全、稳定地携带所需的货物或乘客。
4.舒适性设计：双体船的双船体结构可以提供更好的平稳性和减少颠簸感，从而提高乘坐舒适性。
在总体性能设计中，需要考虑船舶内部的布局设计、客舱的舒适性和设施等，以提供更好的乘坐体验。
5.安全性设计：双体船的设计应确保船只能够在不同的海况条件下保持稳定，并具备良好的自救能力。
在总体性能设计中，需要对船只的稳定性、操纵性和防浸能力等进行评估和优化，从而提高船只的安全性能。
6.可靠性设计：双体船需要具备良好的可靠性，确保在长时间运输过程中能够保持正常的运营状态。
总体性能设计中，需要考虑船只的系统设计、设备选型和维护保养等，以确保船只的可靠性和故障率的控制。
总体性能设计是双体船设计过程中的一个重要环节，需要综合考虑不同的因素并进行优化。
通过合理的总体性能设计，可以使双体船具备较高的运输效率、舒适性、安全性和可靠性，满足不同的航运需求。
穿浪双体船(WPC)
至 真
(4) 首端形状
片体首端通常采用极深V形的横剖面形状，龙骨可以沉到基线
以下，以增加首部横剖面的深V程度。这样设计可以增大艇的纵摇 阻尼，避免艇首底部出水，从而减小波浪的拍击。
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至 善
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(5) 浮心纵向位置
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(6) 干舷与储备浮力 干舷与船舶耐波性的关 系十分密切，因其大小直接 影响到储备浮力的大小及其 沿纵向的分布。与常规双体
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至 真
穿浪双体船的发展
穿浪双体船向大型化和高速化发展是当下的主流趋势。 自1998年澳大利亚Incat公司建造了第一艘长100米近万吨级的 高速穿浪双体船“Cargo cat”号，从此就揭开了穿浪双体船大
型化的序幕。
由于高性能穿浪双体船的这些特点，它适合作为高速车客 渡船、大型豪华游轮、军用各类高性能攻击舰和高性能隐身舰 艇的基础船型，有很大的发展空间。
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美军租借澳Incat公司的 第一艘WPC——HSV-X1
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HSV-2“褐雨燕”号高速穿浪双体船
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我国首艘自主设计穿浪双体船“海峡”号
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穿浪双体船船型参数对性能的影响
(1) 片体的长度系数和长宽比 (2) 横剖面的选择 (3) 尾端形状 (4) 首端形状 (5) 浮心纵向位置 (6) 干舷与储备浮力 (7) 连接桥和中央船体的形状 (8) 片体间距对性能的影响
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双体船
双体船定义具有两个相互平行的船体，其上部用强力构架联成一个整体的船。
英文名称：catamaran;twin hull ship双体船简介双体船顾名思义，人们一般把由两个单船体横向固联在一起而构成的船称为双体船。
双体船是指主船体由两个独立的船体联成为一个整体的船。
双体船的每个单体称为片体，连接两个片体的强力构架称为连接桥。
在同等排水量下，双体船的有效甲板面积比单体船大50%～60%左右。
反之，相同的甲板面积，双体船的长度可比单体船短25%～30%。
因整个船宽较大，故稳性好、操纵灵活。
如两个片体设计、布置得当，还可城小兴波和兴波阻力。
但双体船结构较复杂；机舱分成2个，增加操作管理上的困难。
其纵摇和垂荡大于同等长度的单体船，横摇周期又短，故横摇加速度较大。
当横摇周期与纵摇周期相近时易生螺旋运动，极易引起晕船。
通常仅在内河或沿海作短途的客船、渡船、甲板货船、浮油回收船、炸礁船、火箭发射船等有采用双体船型的。
典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。
高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。
人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。
在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。
20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。
高性能船舶船型介绍
高性能船舶船型介绍发布: 2010-3-11 18:07 | 作者: lowellzhu | 来源: 龙de船人[i=s] 本帖最后由lowellzhu 于2010-3-11 18:27 编辑接触高性能船舶时一直不太理解什么是高性能船以及高性能船舶船型的分类，经过翻阅各类书籍及论文，总结一下，供船人参考，并希望专业人士斧正！当前，高性能船舶的研发与推广应用备受国内外造船界的青睐，其船型更是国际著名学者机构研究的热点。
这类船舶种类繁多，新船型层出不穷，日新月异，在各类船舶中是新思想最丰富、最有创新、也最有活力的领域；其高航性、优良的耐波性、低物理场辐射特征、舒适安全性、良好的经济性等性能受到军事和民用领域的极大关注，拥有良好的发展前景依据支持船重的方式和作用原理的差异对高性能船舶船型进行分类，并分别介绍各类船型。
1高性能船舶的分类高性能船舶按其特性可分为气垫船，水翼船，小水线面双体船，多体船，地效翼船，高速单体船等各式各样的显著不同于常规船舶的船型。
而按照支承船重的方式和作用原理差异，把高性能船舶分为：浮力支承型、静态气垫升力支承型、动态升力支承型、复合型。
本文将按照后者分类方式分别对各种高性能船舶的船型进行介绍。
2船型介绍2.1浮力支承型1)高速深V型船船首部横剖面呈深V形，并突出到船体基线的下方，其V形断面比U形断面的船体可以更好的满足适航性的要求。
深V船型具有两种基本的舯剖面形式，即单折角线或双折角线（见下图）。
当要求设计艇有较大内部容积和较低的相对航行速度（低傅氏数）时采用双折线型，而单折角线型的艇则更适合于要求较低的排水量和较高的相对航行速度（较高傅氏数）的情况。
然而，对船舯剖面形式的选择不存在确定性的规则，因为其它的参数也起重要作用。
所以双折角线型也可以应用于快艇，反之亦然。
1.jpg2) 小水线面双体船小水线面双体船基本上由三大部分组成，即水下体(提供浮力)、桥体结构(生活与工作平台)、支柱(星双凸流线形截面，作为前二者之联结体)。
【视频】盘点高性能船舶
【视频】盘点高性能船舶点击上方蓝色小字“宁波海事”关注我们致力于提供更高效的海事服务；更便捷的沟通渠道；更专业的航运、海事资讯。
微信公共平台帐号：nbmsa01小编穿浪双体船、多体船、气垫船、水翼艇、滑行艇、地效翼船...听着名字就很酷炫有木有？！作为华丽丽的高性能船舶，它们不仅名字亮，更重要有实力。
超赞的高性能船舶穿浪双体船高速穿浪双体船是在继承传统型双体船的基础上加以改进，同时又吸收了小水线面双体船耐波性能良好的优点以及当今世界上一些优秀科技成果而产生出来的一种优良的高性能船。
20世纪80年代首先由澳大利亚的赫可斯和克里福得提出。
穿浪双体船保留了小水线面双体船的低阻、高耐波性及常规双体船甲板宽敞的优点，同时融汇了深V船型的特点，克服了小水线面双体船片体无储备浮力、空间狭小和要求复杂的航态控制系统和传动系统等缺点，也克服了常规双体船连接桥离水高度小，片体干舷高储备浮力过大，对波浪影响敏感，易于出现“螺旋状”摇摆等缺点。
高速穿浪双体船特点：1.常规双体船的片体宽度是船宽的30～35% , 而穿浪型更小, 为15～ 20% , 这更利于船的高速。
2.穿浪型有两个更狭长的片体, 两个浮体采用前后变化的深V 型, 近乎超细长的线型。
船首尖削, 使浮体的储备浮力沿船长有较合理的分布, 以减少船体对波浪运动的响应, 使船在波浪中航行时, 能平滑地切入浪中, 使浮体基本上沿着波浪的中线穿越航行, 因而船体的横摇、垂荡和纵摇都大大小于常规双体船。
3.穿浪型除了两个片体的尖细穿浪船首外,在船首25% 左右的船长范围内生成一个完整的中央船首, 这使得在恶劣海况下, 特别是在较大的随浪情况下, 不会导致船体产生埋首现象, 缓解波浪的砰击并托起船首, 减缓摇摆。
4.高速穿浪双体船是一种集优良的耐波性、快速性、稳性和回转性等各种航海性能于一身的高性能船型。
其优良的航行性能使其具有重要的经济意义和长远的战略意义。
超赞的高性能船舶多体船印度尼西亚人为了提高独木舟的稳性，把两个浮体安装在独木舟两侧，这是三体船的雏形。
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四、高速双体船 耐波性近 似计算
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1、与耐波性有关的基本概念
波形及几何特征 有效波面、有效波面角和有效波幅 船舶摇荡运动微分方程式
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公式推导
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船舶在波浪上运动的受力分析
(1)船舶运动引起的各种力(或力矩)
◦
a．恢复力(矩)
◦
b．阻尼力(矩) 兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼 c. 惯性力(矩)
高性能船舶水动力学
第三章 普通高速双体船
高速双体船的特征 高速双体船的阻力特征及临界速度概念 高速双体船阻力计算 高速双体船耐波性近似计算
2
一、高速双体船 船型特征
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较单体船瘦长
同 船 长 内 河 船 阻 力 系 数
推驳 货船 单体客船
双体船
双体船的优点
良好的居住条件和特别宽敞的甲板 良好的稳性和耐波性 良好的操纵性和机动性 在侧向受风时，双体船比相同受风面积的 单体船横漂要小 装卸货物容易
圆舭高速双体船的剩余阻力系数曲线
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圆舭高速双体船的干扰系数kr＝∆Cr／Cr曲线 圆舭高速双体船的干扰系数kr＝∆Cr／Cr曲线 kr
21力的影响
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临界干扰片体中心距
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片体横剖面形状对阻力的影响
圆舭双体船横剖面
圆舭双体船横剖面
不对称片体双体船横剖面形状
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兴波干扰因子τ 兴波干扰因子τ与船型参数的关系
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临界速度Fr 与无效扰速度Fr 临界速度Frc与无效扰速度Fr0
临界速度Frc=0.5 无效扰速度
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双体船各种间距下的兴波比阻力曲线
理论计算
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双体船的剩余阻力曲线
模型试验
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修长系数ψ 和长宽比L 修长系数ψ＝L／▽1/3和长宽比L／B对阻力的影响
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- =2C /B的关系 粘性干扰因子β与片体间距C /B的关系 粘性干扰因子β与片体间距C
0 0
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特征参数与阻力的关系
其粘性干扰因子β与形状因子(1+k)与航速无关。 β主要取决于L／B 。对于片体为水下侧投影面积较大的wigley数学船型来说，β随C0的 增大而减小。 当片体间距保持不变，兴波干扰相位和幅值随片体的长宽比(L／B)的 变化而变化，(L／B)越小兴波干扰效应越大，峰谷点的位置趋向更高 的Fr数。 在Fr＝0.35—0.42范围附近通常可以获得有利的兴被干扰结果。 将Fr=0.5作为区分高速双体船和低速双体船的临界速度是适当的。 在超过某一速度Fr。(称谓无效干扰速度)之后，片体间的兴波干扰与 片体间距C0和长宽比L／B无关并且完全可以忽略。
1：B/T=1.87 2-3：B/T=3.45 4-5：B/T=3.28
片体船型与宽吃水比（B/T）对剩余阻力的影响
不同 横剖 面片 形状 对总 阻力 的影 响
1：非对称横剖面 ： 2：圆舭横剖面 ： 3：尖舭横剖面 ：
不同横剖面形状对双体船阻力干扰系数的影响
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双体船航行升沉与纵倾变化特点
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2、利用母型资料和影响系数估算双体船阻力
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片体内侧 片体内侧 片体内侧 片体内侧 间距对 间距对 间距对 间距对 剩余阻力 剩余阻力 剩余阻力 剩余阻力 的影响 的影响 的影响 的影响
L/B对双体船剩 L/B对双体船剩 余阻力影响函数
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3、利用单体母型船资料和图谱估算双体船的阻力
将双体船阻力分解为单个孤立片体的阻力与片 体间的干扰分别求解； 单片体阻力可利用单体船的所有资料进行计算； 片体干扰可用理论方法或其他资料进行计算。
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双体船的缺点
双体船片体间存在兴波干扰，一般来说这 将增加一种附加的干扰阻力。 双体船的排水量与单体船相同时，其湿面 积大为增加。此外，双体船两个片体之间 的绕流速度显著提高，片体间的边界层相 互影响大大增加。因此双体船的摩擦阻力 大于单体船。 双体船船壳面积大，双体之间有连接桥， 因而同单体船比较，在载重量相同时，其 排水量较单体船大．从而使阻力增加。
7
二、高速双体船 阻力特征及临界航速
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斯列金斯基和伦德兴波阻力积分
基本假设
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高速双体船的阻力特性
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干扰阻力
单片体波形干扰 两片体间波系干扰 非对称流动造成粘性流动的非对称性，产生的粘性干扰
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M.Insel计及干扰的总阻力系数表达式 M.Insel计及干扰的总阻力系数表达式
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兴波阻力系数C 兴波阻力系数Cw
纵倾曲线 纵倾曲线
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三、高速双体船 阻力计算
1、阿尔费里耶夫高速双体船剩余阻力图谱
阿尔费里耶夫图谱的标准片体模型线型
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标准型线L/B剩余 阻力图谱
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片体b/t对剩余阻力 的影响系数Χb/T
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片体CB对剩余阻力的影响系数ΧCB
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阿尔费里耶夫计算方法
在给定的L/B条件下分别查表得不同Fr下的阻力 （不计间距的影响）； 查表得不同B/T和CB时，不同Fr下的影响系数XCb、 XB/T； 利用作图法，求得给定间距下标准的剩余阻力系 数、影响系数XCb、XB/T； 将标准剩余阻力系数乘以相应的影响系数，即可 得到计算船舶的生于阻力； 按照单体船常规方法计算出该船的总阻力。
◦
(2)波浪扰动力(矩)
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高速双体船在规则波浪上的横摇方程
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结束