超级军网小水线面双体船“海关201”艇
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 20:40:46
我国首制小水线面双体船
“海关201”艇简介
葛纬桢 石理国
（中国船舶科学研究中心）
在中央首长的关怀、国防科工委支持下以及在中船重工集团领导的关怀与支持下，我所同汕头大洋船舶工业总公司合作为中国海关开发的我国首制小水线面船，“海关201” 监管艇已于2月28日至3月2日完成了正式交船航行试验，确定于4月3日举行交船仪式。现就该艇研制情况简介如下：
1 “海关201”监管艇主要特征
·适用海域：珠江口外，深圳、珠海海域
·功能：海关监管、海上交通、缉私
·主尺度：总长34.98m；型宽13.3m；吃水2.5m；排水量227t
·艇体材料：潜体、支柱为钢质/上层建筑为玻璃钢
·主机：大同厂引进德国MTU部件组装的8V165TE92，最高转速2100转／分、最大功率1120千瓦
·传动方式：长斜轴传动
2 试航情况
·航速：在水深14~18m、2级浪、超载3~4吨情况下，实测航速17.4节。经浅水效应的修正，实船航速可达17.8~17.9节，达到了设计航速不小于17.5节的要求。
·耐波性：没有正式进行耐波性试验，耐波性拟在交船后适当时候进行。在调试期间先后约近500人次乘过此船，只发现三例轻微不适现象，一致认为在波浪中航行平稳。2月15日海洋石油公司领导与船员参观考察，遇4级浪，船的纵摇横摇都较小，没有发现晕船现象，表示十分满意，如纵摇能再减小些则更好。2月19日在5级浪上限、6级浪下限（风力7~8级阵风9~10级），海浪象小山一样向船压过来，盖过驾驶室与天线，船在主机1800转／分航行并转弯，仍能平稳航行。在船上的南海渔政领导及有关于人员，深表满意。
小水线面船耐波性的优越性得到较好发挥与验证。
·操纵性：在各航速下回转试验、全速满舵回转试验，都表明操纵性很好。特别在左右主机相反转速下原地回转的试验，回转性能特别出色。
·主机：在各种工况下运转正常，性能良好。
·传动系统：斜长轴传动系统可靠，传递效率达95％以上，无振动，扭振测试达到标准。
·结构：重量控制较好，经大浪考验无损伤，也无明显振动。
·噪音：因主机、辅机均安装在上舷台内，又没有采取消音降噪措施（设计任务书没有噪音控制指标），机舱内噪音达107分贝，有的舱室内75分贝左右，会议室、驾驶室70分贝，都显得高了些。如能稍加治理，舱室噪音可降到65分贝左右。
3 “海关201” 研制进程：
1999年 8月 5日 通过船型方案论证
1999年 10月 2日 完成船型设计与线型生成
1999年 11月 27日 完成首轮船模试验
1999年 12月 25日 通过技术设计评审
2000年 3月 30日 开始建造船体
2000年 10月 27日 船舶下水
2001年 1月 6日 开始全船调试
2001年 3月 2日 完成交船试验
2000年 4月 3日 正式交船
该艇已按期完成建造任务。实船试航表明，性能全面达到设计任务书要求，一次成功。对此，中国海关感到满意，潜在用户表示赞赏，国内外同行给与好评。
4 第二艘艇“海关202”的改进
·总布置适当调整
·降低噪音
·提高舾装水平与质量
·将固定的首鳍改为可液压手控，便于调整航态
·导流板下降100~150mm，进一步改善尾部流态
·通讯及设施的改进
预计“海关202” 艇将于今年8~9月交船。
首制船研制成功证明，我所积二十多年之研究建立的“小水线面船工程技术系统”达到工程化的要求，将科研成果转换成产品，形成了生产力。以后再经完善、拓展将能全面满足各类用户的不同技术要求，建造高水平的小水线面船，并形成产业。
我国首制小水线面双体船
“海关201”艇简介
葛纬桢 石理国
（中国船舶科学研究中心）
在中央首长的关怀、国防科工委支持下以及在中船重工集团领导的关怀与支持下，我所同汕头大洋船舶工业总公司合作为中国海关开发的我国首制小水线面船，“海关201” 监管艇已于2月28日至3月2日完成了正式交船航行试验，确定于4月3日举行交船仪式。现就该艇研制情况简介如下：
1 “海关201”监管艇主要特征
·适用海域：珠江口外，深圳、珠海海域
·功能：海关监管、海上交通、缉私
·主尺度：总长34.98m；型宽13.3m；吃水2.5m；排水量227t
·艇体材料：潜体、支柱为钢质/上层建筑为玻璃钢
·主机：大同厂引进德国MTU部件组装的8V165TE92，最高转速2100转／分、最大功率1120千瓦
·传动方式：长斜轴传动
2 试航情况
·航速：在水深14~18m、2级浪、超载3~4吨情况下，实测航速17.4节。经浅水效应的修正，实船航速可达17.8~17.9节，达到了设计航速不小于17.5节的要求。
·耐波性：没有正式进行耐波性试验，耐波性拟在交船后适当时候进行。在调试期间先后约近500人次乘过此船，只发现三例轻微不适现象，一致认为在波浪中航行平稳。2月15日海洋石油公司领导与船员参观考察，遇4级浪，船的纵摇横摇都较小，没有发现晕船现象，表示十分满意，如纵摇能再减小些则更好。2月19日在5级浪上限、6级浪下限（风力7~8级阵风9~10级），海浪象小山一样向船压过来，盖过驾驶室与天线，船在主机1800转／分航行并转弯，仍能平稳航行。在船上的南海渔政领导及有关于人员，深表满意。
小水线面船耐波性的优越性得到较好发挥与验证。
·操纵性：在各航速下回转试验、全速满舵回转试验，都表明操纵性很好。特别在左右主机相反转速下原地回转的试验，回转性能特别出色。
·主机：在各种工况下运转正常，性能良好。
·传动系统：斜长轴传动系统可靠，传递效率达95％以上，无振动，扭振测试达到标准。
·结构：重量控制较好，经大浪考验无损伤，也无明显振动。
·噪音：因主机、辅机均安装在上舷台内，又没有采取消音降噪措施（设计任务书没有噪音控制指标），机舱内噪音达107分贝，有的舱室内75分贝左右，会议室、驾驶室70分贝，都显得高了些。如能稍加治理，舱室噪音可降到65分贝左右。
3 “海关201” 研制进程：
1999年 8月 5日 通过船型方案论证
1999年 10月 2日 完成船型设计与线型生成
1999年 11月 27日 完成首轮船模试验
1999年 12月 25日 通过技术设计评审
2000年 3月 30日 开始建造船体
2000年 10月 27日 船舶下水
2001年 1月 6日 开始全船调试
2001年 3月 2日 完成交船试验
2000年 4月 3日 正式交船
该艇已按期完成建造任务。实船试航表明，性能全面达到设计任务书要求，一次成功。对此，中国海关感到满意，潜在用户表示赞赏，国内外同行给与好评。
4 第二艘艇“海关202”的改进
·总布置适当调整
·降低噪音
·提高舾装水平与质量
·将固定的首鳍改为可液压手控，便于调整航态
·导流板下降100~150mm，进一步改善尾部流态
·通讯及设施的改进
预计“海关202” 艇将于今年8~9月交船。
首制船研制成功证明，我所积二十多年之研究建立的“小水线面船工程技术系统”达到工程化的要求，将科研成果转换成产品，形成了生产力。以后再经完善、拓展将能全面满足各类用户的不同技术要求，建造高水平的小水线面船，并形成产业。
小水线面船开发与应用
葛纬桢 石理国
（中国船舶科学研究中心）
提要：本文首先简述小水线面双体船（SWATH）的原理、特点，然后简介我国首制SWATH实艇，海关监管艇的性能、特点及建造、试航及运营情况。全文着重介绍小水线面双体船的开发与应用。
Summary：The principle of SWATH(Small Water-plane Area Twin Hull) is briefly described in this paper. It is exciting for naval architecture that the first SWATH craft made in China has been completed and the performance of the SWATH craft is perfect. The paper presents technical progress and application in development of SWATH .
关键词：小水线面双体船 海关监管艇
Key words： SWATH , custom supervision craft
小水线面船（简称SWATH）是人们在开发海洋资源与捍卫海上安全的实践中，不断综合各种船型技术优势的基础上持续创新的产物，是用途广泛的高性能船。
自七十年代第一艘典型小水线面船诞生以来，由于优良的航海性能和令人满意的耐波性，受到航运界与军界的注意。近二十年发展迅速，据不完全统计，已有五十多艘投入营运，几乎函盖了除货运以外的所有航海领域。
1 船型特点
小水线面船由水下潜体、水上平台及支柱三部分组成。
1.1 水下潜体
两个平行的类似于鱼雷或小型潜艇的水下船体，它提供约占全船70%以上的浮力。潜体剖面形状多样，有圆形、腰圆形、椭圆形、方形，也有水滴形及其他变形，例如“高尔夫球拍”形，其内布置推进系统（有的包括主机）、鳍的传动机构及其它特种设备，油舱、水舱、压载舱等。
1.2 水上平台
这是一个离开水面有一定距离的扁平箱体结构，包括舷台、甲板、抗扭箱，其上也可布置主机、辅机、特种设备及舱室等。
1.3 支柱
一个较薄的流线型柱体，将水下潜体与水上平台连接成一体。其割划水面的水线面较小，排水体积也较小，仅能提供不到全船30%的浮力。它决定了小水线面船的主要特性。型式有单支柱、双支柱及多支柱等。其内可布置传动机构、管道系统和人行通道等。
2 小水线面船性能
由于小水线面船船型是集中了潜艇、水翼船、双体船和半潜平台等的特点，因此性能上兼容了这些船型的优势，但也有其不足之处。成功的设计就在于能扬长避短且恰如其分。
2.1 运动稳定性
潜体在运动时会产生随速度平方而增长的不稳定力矩，它可能使小水线面船纵向与横侧失稳。优化设计潜体线型，确知临界速度，可以保证动稳性。这在小水线面船设计中是极其重要的。
2.2 耐波性
耐波性好是小水线面船最大的优势。由于潜体在水下，受波浪干扰小；支柱割划水面面积小，因此纵摇、横摇和垂荡等都较常规船有大幅下降，有的甚至可达50%以上。耐波性好，带来了适应海况高、出航率高、作业质量提高、乘员晕船率低，因而比较舒适，并可为特种作业提供高稳定性的海上平台。国外实船的试航结果表明，228t小水线面船的运动性能可与3000t常规单体船相媲美。一艘370t小水线面旅客船全年出航率达94%，晕船率不到1%。
2.3 快速性
由于湿表面积较大，摩擦阻力较大，因此低速时快速性能较常规船差。高速时其兴波阻力相对较小，但因支柱可能出现喷溅，总阻力与常规船相比仍稍高。由于轴系无斜度，伴流大而均匀，推进效率可提高，特别是在波浪中失速率较常规船低得多（常规船30~50%，小水线面船 10%左右），因此综合优势明显。
2.4 操纵性
由于有两个细长的水下潜体与较薄的支柱，其航行稳定性很好。又是双机、双桨、双舵而且相距较大，在低速时可实现原地转弯，操纵灵活。虽在较高航速时相对回转半径较常规船为大，但因常规单体船较长，因此绝对回转半径大致相当。由于操纵性能好，能同各类船舶实现安全靠帮，这对于海上作业来说十分重要。
2.5 稳定性
静稳性自由度较大。改变支柱距离可以调整静稳性，满足规范要求。水上平台是密封结构，可提供较大的稳性储备。
2.6 不沉性
由于可合理布置水密舱，易保持其不沉性。水上平台可提供较大的浮力，即使潜体进水仍有足够的浮力而不会沉没及倾覆。
2.7 隐身性
采用“柴-电”动力装置，可大幅度降低水中噪声，易达到声隐身的要求。支柱斜30~45°，可大幅度降低雷达反射波面积，达到雷达波隐身要求。
2.8 甲板面积
由于是双体，甲板方整面积宽敞，较易布置舱室与装备。而且小型的船（例如，~400吨）就可载直升机，这是常规单体船所无法做到的。
2.9 船体结构
由于是双体船，结构重量较常规船为大，一般占全船重量的40~55%，因此有效载荷相对较小。
结构外载荷与常规船不同的是以横向受力为主，因此支柱与水上平台相连处是结构薄弱点，设计时要小心。
2.10 载荷变动
小水线面船有效载荷相对较小，而且由于支柱水线面小，水线（吃水）对载荷变动较敏感，因此要通过控制压载水舱与鳍来调整浮态和航态。操作上必需有相应的程序。
3 小水线面船的应用
从性能综合分析，小水线面船应用的优势领域就十分清楚了：在海况较高的海域营运与作业。
3.1 客运
短途航线：200~600客，在航区波浪较高的海域，出航率达90%以上，可弥补常规船耐波性差而出航率低、晕船率高的不足。我们有四型方案设计，其中一型为台湾海峡渡船。
3.2 大型车客渡船
千吨级以上，可在高海情下正常营运，出航率90%以上。我们有两型船的方案设计，其中一型为海峡渡船。
3.3 旅游娱乐
大型海上旅游、娱乐、观光、休闲船，可全海候航行。
3.4 海上交通作业船
主要用于对波浪要求更高的海上交通与作业，如海上石油交通船、引航船、边防巡逻艇等。我们有三型设计方案。
3.5 海洋观测船
用于海洋水文、气象、资源探测、监察，开展相应的科学研究。特别是用于水声试验研究等更合适。我们有两型设计方案。
3.6 安全救助
高海情下安全救助将大展身手，它不仅能在高海情下出航，而且可安全靠帮，实施救助。“大舜”号海难事故因海况恶劣、救助困难而损失惨重。若有1000t级小水线面船参与救助，可将损失降低50%以上。
水下救助更是一个重要领域，可作为水下作业的安全保障。
3.7 海关监管船与缉私船
海关监管船要求耐波性好，有效工作日多。小水线面船型就最合适。我们同汕头“大洋”合作建造两艘230t级海关监管艇。第一艘船于4月3日交船。
海上高海情下缉私也是一项具有挑战性任务，小水线面船完全能胜任。
海上安全巡逻、监测、作业等需配备直升机母船，小水线面船是最合适的船型，400吨级就可搭载直升机，这也是常规单体船做不到的。
军事领域用途也是相当广泛。
4 发展回顾
小水线面船的设想产生于20世纪初期，经过不断完善，形成了现在的完整的船型概念。
七十年代美国开始实施小水线面船船型开发计划，首先建造了228t“凯马利诺”号，经过两年多的海上试航，在4.6m波高条件下作业，航行平稳，未出现甲板上浪情况。在7.1~9.2m波高条件下可安全航行，结构无损伤。并在这样小的船上进行了直升机起降试验。这些“奇迹”使人们对小水线面船的优良性能有了深刻的认识，从而引起各国开发各种用途小水线面船的极大关注，使其发展进入了实用性开发的新阶段。
二十多年来，世界各国先后建造了近四十艘小水线面船，包括客船、观光游览船、海洋调查船、油田交通船、水声监听船、引水船、渔政船、潜水作业船、体育运动船及军用船等。其中特别值得提出的是，芬兰建成18400t级豪华海上游船、美国隐身“海影”号及新一代小水线面四体船“司莱斯”等都代表着小水线面船发展的引人瞩目的成就。
美国技术发展最快，建造实船最多，约30艘。特别是冷战期间，水声监听船每年都有1~2艘投入使用。其后是日本急起直追，现已建成约15艘。特点是重视应用市场的开拓，主要用于客运、旅游、水文观测、油田交通船等。在技术上形成了自己的风格。近几年德国发展也很快，开发了油田交通船、引水船等，都具有较高的水平。
世界上大约有十二个国家在开发小水线面船。
附表1 世界现有小水线面船主要特征表
附表2 世界县有小水线面船使用功能表
5 我国小水线面船开发
自七十年代小水线面船诞生以来，以中国船舶科学研究中心为代表的我国从事船舶技术开发的技术人员就开始技术跟踪，并列入国家基础研究计划。经过三个五年计划的技术攻关，已全面掌握了小水线面船技术，取得了具有世界先进水平的科研成果，建立了“小水线面船工程技术系统”形成了一套完整的技术系统，包括主尺度与船型优化、航行性能预报、结构外载荷、结构强度与疲劳分析及总体设计方法及相应实验技术、设计计算软件等。九十年代初开始进入应用开发阶段，利用已取得的技术成果，进行了多型号、多用途船舶概念设计与方案设计，见表3。
1994同汕头“大洋”公司合作为海洋石油总公司开发“800t级油田交通船”。已完成了“扩初设计”评审，因故未建造。
1997年同708所合作为中国科学院完成了3000t级“海上科学考察船”方案评审。
1997年向海关提交了两型缉私艇方案。
1999年同汕头“大洋”公司合作为海关开发230t级“海关监管艇”。首制船制造成功将标志着我国小水线面船应用开发进入实质性发展的新阶段。
最近我们综合分析各方面所需求情况，拟出了200 t级、400 t级、1000 t级、1500 t级、2500 t级的船型方案，可供用户选择的初步参考。
6 “海关监管艇”概况
中国船舶科学研究中心与汕头“大洋船舶工业总公司”合作为中国海关开发小水线面船型海关监管艇为2艘。
现将该艇的简况作一介绍。见照片。
6.1 用途
用于珠江口三门岛和桂山岛海域与泊区附近，在5级海况下能进行海关监管正常作业，并可用作基地与监管海域间的海上交通及缉私。
6.2 船型
为双支柱小水线面双体船船型。
双机、双桨、双舵，高速柴油机斜轴推进系统。
主船体结构系钢质，上层建筑为玻璃钢。
6.3 设计技术要求
① 航区—珠江口海域，5级海况下正常作业。
② 排水量与吃水
正常排水量228t，吃水2.5m。
③ 航速
正常排水量、主机在2100转/分钟条件下最大航速大于17.5节。
④稳性
满足近海航区海船稳性三级要求。
⑤耐波性
在6~7级风，有义波高2.5m时，各航态下有义横摇角小于10°，有义纵摇角小于5°，横摇周期大于10s。
从以上设计技术要求看，制约设计的条件是较严格的：吃水2.5m，较浅；在零航速下与有航速时运动性能都要好；在排水量228t、主机在2100转/分钟下，航速超过17.5节，设计难度很大。
我们充分利用已取得的科研成果，不断解决工程应用相关技术问题，最终取得了满意的结果。
6.4 主尺度与船体线型
根据设计技术要求，充分运用我们的优化设计技术，在允许的范围内，以满足了快速性与耐波性要求为目标，优选了主尺度并考虑到制造工艺确定线型。
海关监管艇主要技术参数
总 长 Loa 34.95m 水线间长 Lwl 29.03m
型 宽 B 13.30m 型 深 H 4.50m
正常吃水 T 2.50m 满载排水量 Dmax 234t
正常排水量 D 228t 续航力 500海里
主 机 8V165TE92 2100转/分钟 功率1120千瓦
6.5 航速
通过计算与模型试验，该船在排水量228t、吃水2.5m时、主机转速2100转/分，最大航速不低于17.5节。
实船测试航速为17.66节。经过综合分析，实际航速可达18节。所有数据表明，理论预报，模型试验预报与实船测试结果相吻合。
6.6 耐波性
零航速及波高2.5m/周期6.1s条件下，迎浪与首斜浪时，有义横摇角不超过5.0°~5.5°，有义纵摇角不超过5.5°，垂向加速度0.07~0.17g（从船中到船首），14节航速及波高1.25m/周期6.1s条件下，有义横摇角不超过6.°，有义纵摇角不超过2.5°，垂向加速度0.06~0.15g。
横摇周期为13.0s，纵摇周期为8.1s。
计算结果与试验结果均表明运动性能满足了技术要求。
实船耐波性试验尚未进行。在调试期间1月15日，遇到4极浪，横摇、纵摇、升、沉及加速度都比较小。2月19日，遇到5级上限，6级下线大限，海浪像小山一样压过来，盖过驾驶室，打过天线，船仍航行平稳。调试与试航期间，有近五百人次乘坐此船，只发现三例轻微晕船现象。可见，耐波性能之好。
6.7 操纵性
交船试航试验时，做了充分的检测：不同转速下迴转；不同转速下满舵迴转；正车、倒车及单车航行；航行稳定性；惯性；正倒车原地迴转等。检测数据表明，操纵性良好，原地迴转十分方便。
6.8 推进系统
主机位于舷台内，以斜长轴方式，通过支柱到下潜体，总斜度为160。到下潜体后，呈直线传动，经推力轴承与螺旋浆相连，实船试验证明，此系统稳定可靠，轴承温度远低于标准值，扭振满足要求，传动效率达92%以上。
实船试验表明：船、机、轴、浆匹配是成功的。
6.9 外载荷与结构
为了提供结构设计的外载荷，我们用现有的计算软件进行计算，同时做了外载荷模型试验。
结构特点是以抗扭箱为主要受力构件，经计算，满足强度要求。
经过五5级以上大浪的考验，未发现损伤，总体结构，局部结构，未出现明显振动。
下潜体强度裕度较大。
7 研制进展及当前状况
1999年7月调研立项，1999年8月通过方案评审，1999年12月通过技术设计评审，2000年3月30日开工建造，10月27日下水，2001年1月完成调试，2001年3月2日完成交船试航，2001年4月3日正式交船。第二艘船（姐妹船）于2001年10月交船。
·运行情况
交船后在深圳海关投入使用，现已运行5个月，约2000人次乘过此船，未发现晕船现象，中国海关极为满意，并打算再造新小水线面双体型监管缉私船。此船在深圳由于其良好的耐波性而争相借用作为接待交通船，受到有关方面的好评。
8 结论
8.1中国船舶科学研究中心建立的“水小线面船工程技术系统”已达到了工程应用的要求，可成功地转化为产品，并将逐步完善、拓展，满足不同用途的需要，为实现产业化打下基础。
8.2我国已具备了设计、建造小水线面船的能力，除个别设备绝大部分设备均可国产化配套，从而我国进入了全面开发小水线面船国家的行列。
8.3我们开发的小水线面船是从我国港口与近海海域特点出发的，在技术上千方面计满足用户严刻的使用要求，而且造价低廉，形成了中国的特色，创造了自主的知识产权，具有国际竞争能力。
8.4研究、设计、制造与用户紧密配合，通力合作是小水线面船开发与推广应用的重要条件。中国海关远见卓识的决策与具体支持是首制小水线面船顺利开发成功的有力保证。
8.5当前要抓住首制船开发成功的契机，着力将潜在用户转化为现实用户，拓展应用领域，参与国际竞争，走向广阔的市场。
9 展望
我国首制小水线面船成功投入使用，将开创小水线面船在我国应用的新局面。我们将根据需要和可能，希望在海上油田交通、引港作业、海洋试验、海上救助及海峡通航等领域推广应用小水线面船。一如既往，我们将竭诚与各方配合，开发出适合我国国情的高水平的小水线面船，为发展航运事业、开发与保护海洋资源，捍卫蓝色国土，作出应有的贡献。
参考文献
①吴有生，葛纬桢，益其乐，石理国等，“我国首制小水线面双体船－海关监管艇的船型研究与设计”，全国高性能船舶会议论文集，汕头，2000
②郑明，张鑫，“世界各国发展小水线面双体船的概况与分析——经历‘百花齐放’，走向市场、战场”，世界小水线面双体船发展动向及我国开发对策文集，1999
表1 世界上现有小水线面双体船主要特征分析表
国别 分 类
美
日
其它国家
小 计
年
代
七十年代
八十年代
九十年代
1
9
16
2
6
6
1
9
4
15
31
排
水
量
100t以下
100—250t
300—600t
1000t左右
2000吨以上
9
9
3
5
6
3
2
3
3
3
1
2
1
18
15
6
2
9
推
进
动
力
汽油机
柴油机
柴油机电力推进
燃气轮机
16
7
3
1
10
3
9
1
1
35
10
4
功
率
(千瓦)
>5000
2000—4900
1000—1900
<1000
4
9
6
7
2
6
6
1
4
2
3
7
19
8
16
船
体
材
料
钢质
混合
铝质
玻璃钢
8
1
17
3
2
7
2
2
8
13
3
32
2
航
速
30节以上
25—29节
20—24节
15—19节
小于14节
3
5
5
10
3
1
1
6
3
3
2
4
1
1
2
6
10
12
14
8
合 计
26
14
10
50
表2 世界上现有小水线面双体船使命功能分析表
国别 分 类
美 日
英 荷 挪 芬
韩 丹 德 荷
小 计
海上
作业
海洋考察
水文调查
潜水作业
渔政管理
港监引水
8 3
1
1
13
客运
交通渡船
油田服务
3 3
3 1
1 1
12
军用
靶场保障
水声监听
8 2
1
11
旅游
观光餐饮
娱乐休闲
体育运动
4 5
1
10
试验演示
3 1
4
合 计
26 14
3 1 1 1
1 1 1 1
50
表3 七0二所研设的几例典型SWATH一览
船舶类型
排水量
t
主尺度
主机型号
台数×功率/转速
kW/r/min
推进
形式
服务航速
kn
备 注
船长
m
船宽
m
吃水
m
小型测量船
30
16.5
7.8
1.6
MTU8V183TE62
2×365/2000
直角
25.0
海关缉私艇
180
32.0
11.5
2.7
MWMTBD234V12
2×605/2200
直角
18.0
四级海情，海上值勤
五级海情，安全航行
海关缉私艇
400
42.0
16.5
3.5
MTU12V396TB94
4×1920/2100
直角
30.0
五级海情，海上值勤
六级海情，安全航行
400客位
海峡渡船
370
36.0
15.5
3.4
MTU16V396TE74L
2×2000/1900
直角
19.0
全年出航率94％
潜水作业船
220
29.0
12.0
2.65
轻-180V-2
2×480/1400
直角
≮14.0
三级海情正常作业；四级海情
部分作业；五级海情安全航行
潜水作业船
450
40.5
15.8
3.7
MTU16V396TE74L
2×2000/1900
直线
18.0
有义波高2.5米时，航行性能仍颇佳。五级海情，安全航行
800吨级
油田交通船
800
56.0
17.2
4.0
Pielstick 16PA4
2×1963/1500
直线
18.0
5～6级风时，安全靠离码头
7～8级风时，安全航行
沿海环卫
监察船
85
25.5
9.3
2.1
6135ACaf
2×110/1500
Z推
12.0
横摇运动幅值降到1/5～1/8,
周期增大3倍
100吨级
油田交通船
95
28.7
9.4
2.1
WD615.68C18
2×181/1800
Z推
12.0
横摇运动幅值降到1/5～1/8,
周期增大3倍
200吨级
油田交通船
190
32.0
11.5
2.4
Cummins
KTA-38-M940
637/1744
直角
16.0
准备与潜在业主合作
技术细则待探讨
400吨级
油田交通船
400
40.5
15.8
3.1
Cummins KTA-50-M1380
939/1882
直角
16.0
准备与潜在业主合作
技术细则待探讨
反潜艇
405
(正常)
35.0
16.0
4.12
MTU16V396TB93
2×1920/1975
直线
20.0
5级海情，海上值勤
6海情，安全航行
巡逻艇
710
(正常)
45.0
18.0
4.72
Pielstick 16PA4V
2×1963/1500
直线
18.0
5～6级风时，安全靠离码头
7～8级风时，安全航行
新型海洋考察船
2500
61.5
28.0
6.7/5.1
Pielstick 16PA4
2×1963/1500
柴电
11.0
I类航区；5级海情纵横摇
都小于2°
技术细则待探讨
760试验船
2870
65
27.4
6.5
Mak 8M453C
2×2490/600
柴电
16.0
初步方案
葛纬桢 石理国
（中国船舶科学研究中心）
提要：本文首先简述小水线面双体船（SWATH）的原理、特点，然后简介我国首制SWATH实艇，海关监管艇的性能、特点及建造、试航及运营情况。全文着重介绍小水线面双体船的开发与应用。
Summary：The principle of SWATH(Small Water-plane Area Twin Hull) is briefly described in this paper. It is exciting for naval architecture that the first SWATH craft made in China has been completed and the performance of the SWATH craft is perfect. The paper presents technical progress and application in development of SWATH .
关键词：小水线面双体船 海关监管艇
Key words： SWATH , custom supervision craft
小水线面船（简称SWATH）是人们在开发海洋资源与捍卫海上安全的实践中，不断综合各种船型技术优势的基础上持续创新的产物，是用途广泛的高性能船。
自七十年代第一艘典型小水线面船诞生以来，由于优良的航海性能和令人满意的耐波性，受到航运界与军界的注意。近二十年发展迅速，据不完全统计，已有五十多艘投入营运，几乎函盖了除货运以外的所有航海领域。
1 船型特点
小水线面船由水下潜体、水上平台及支柱三部分组成。
1.1 水下潜体
两个平行的类似于鱼雷或小型潜艇的水下船体，它提供约占全船70%以上的浮力。潜体剖面形状多样，有圆形、腰圆形、椭圆形、方形，也有水滴形及其他变形，例如“高尔夫球拍”形，其内布置推进系统（有的包括主机）、鳍的传动机构及其它特种设备，油舱、水舱、压载舱等。
1.2 水上平台
这是一个离开水面有一定距离的扁平箱体结构，包括舷台、甲板、抗扭箱，其上也可布置主机、辅机、特种设备及舱室等。
1.3 支柱
一个较薄的流线型柱体，将水下潜体与水上平台连接成一体。其割划水面的水线面较小，排水体积也较小，仅能提供不到全船30%的浮力。它决定了小水线面船的主要特性。型式有单支柱、双支柱及多支柱等。其内可布置传动机构、管道系统和人行通道等。
2 小水线面船性能
由于小水线面船船型是集中了潜艇、水翼船、双体船和半潜平台等的特点，因此性能上兼容了这些船型的优势，但也有其不足之处。成功的设计就在于能扬长避短且恰如其分。
2.1 运动稳定性
潜体在运动时会产生随速度平方而增长的不稳定力矩，它可能使小水线面船纵向与横侧失稳。优化设计潜体线型，确知临界速度，可以保证动稳性。这在小水线面船设计中是极其重要的。
2.2 耐波性
耐波性好是小水线面船最大的优势。由于潜体在水下，受波浪干扰小；支柱割划水面面积小，因此纵摇、横摇和垂荡等都较常规船有大幅下降，有的甚至可达50%以上。耐波性好，带来了适应海况高、出航率高、作业质量提高、乘员晕船率低，因而比较舒适，并可为特种作业提供高稳定性的海上平台。国外实船的试航结果表明，228t小水线面船的运动性能可与3000t常规单体船相媲美。一艘370t小水线面旅客船全年出航率达94%，晕船率不到1%。
2.3 快速性
由于湿表面积较大，摩擦阻力较大，因此低速时快速性能较常规船差。高速时其兴波阻力相对较小，但因支柱可能出现喷溅，总阻力与常规船相比仍稍高。由于轴系无斜度，伴流大而均匀，推进效率可提高，特别是在波浪中失速率较常规船低得多（常规船30~50%，小水线面船 10%左右），因此综合优势明显。
2.4 操纵性
由于有两个细长的水下潜体与较薄的支柱，其航行稳定性很好。又是双机、双桨、双舵而且相距较大，在低速时可实现原地转弯，操纵灵活。虽在较高航速时相对回转半径较常规船为大，但因常规单体船较长，因此绝对回转半径大致相当。由于操纵性能好，能同各类船舶实现安全靠帮，这对于海上作业来说十分重要。
2.5 稳定性
静稳性自由度较大。改变支柱距离可以调整静稳性，满足规范要求。水上平台是密封结构，可提供较大的稳性储备。
2.6 不沉性
由于可合理布置水密舱，易保持其不沉性。水上平台可提供较大的浮力，即使潜体进水仍有足够的浮力而不会沉没及倾覆。
2.7 隐身性
采用“柴-电”动力装置，可大幅度降低水中噪声，易达到声隐身的要求。支柱斜30~45°，可大幅度降低雷达反射波面积，达到雷达波隐身要求。
2.8 甲板面积
由于是双体，甲板方整面积宽敞，较易布置舱室与装备。而且小型的船（例如，~400吨）就可载直升机，这是常规单体船所无法做到的。
2.9 船体结构
由于是双体船，结构重量较常规船为大，一般占全船重量的40~55%，因此有效载荷相对较小。
结构外载荷与常规船不同的是以横向受力为主，因此支柱与水上平台相连处是结构薄弱点，设计时要小心。
2.10 载荷变动
小水线面船有效载荷相对较小，而且由于支柱水线面小，水线（吃水）对载荷变动较敏感，因此要通过控制压载水舱与鳍来调整浮态和航态。操作上必需有相应的程序。
3 小水线面船的应用
从性能综合分析，小水线面船应用的优势领域就十分清楚了：在海况较高的海域营运与作业。
3.1 客运
短途航线：200~600客，在航区波浪较高的海域，出航率达90%以上，可弥补常规船耐波性差而出航率低、晕船率高的不足。我们有四型方案设计，其中一型为台湾海峡渡船。
3.2 大型车客渡船
千吨级以上，可在高海情下正常营运，出航率90%以上。我们有两型船的方案设计，其中一型为海峡渡船。
3.3 旅游娱乐
大型海上旅游、娱乐、观光、休闲船，可全海候航行。
3.4 海上交通作业船
主要用于对波浪要求更高的海上交通与作业，如海上石油交通船、引航船、边防巡逻艇等。我们有三型设计方案。
3.5 海洋观测船
用于海洋水文、气象、资源探测、监察，开展相应的科学研究。特别是用于水声试验研究等更合适。我们有两型设计方案。
3.6 安全救助
高海情下安全救助将大展身手，它不仅能在高海情下出航，而且可安全靠帮，实施救助。“大舜”号海难事故因海况恶劣、救助困难而损失惨重。若有1000t级小水线面船参与救助，可将损失降低50%以上。
水下救助更是一个重要领域，可作为水下作业的安全保障。
3.7 海关监管船与缉私船
海关监管船要求耐波性好，有效工作日多。小水线面船型就最合适。我们同汕头“大洋”合作建造两艘230t级海关监管艇。第一艘船于4月3日交船。
海上高海情下缉私也是一项具有挑战性任务，小水线面船完全能胜任。
海上安全巡逻、监测、作业等需配备直升机母船，小水线面船是最合适的船型，400吨级就可搭载直升机，这也是常规单体船做不到的。
军事领域用途也是相当广泛。
4 发展回顾
小水线面船的设想产生于20世纪初期，经过不断完善，形成了现在的完整的船型概念。
七十年代美国开始实施小水线面船船型开发计划，首先建造了228t“凯马利诺”号，经过两年多的海上试航，在4.6m波高条件下作业，航行平稳，未出现甲板上浪情况。在7.1~9.2m波高条件下可安全航行，结构无损伤。并在这样小的船上进行了直升机起降试验。这些“奇迹”使人们对小水线面船的优良性能有了深刻的认识，从而引起各国开发各种用途小水线面船的极大关注，使其发展进入了实用性开发的新阶段。
二十多年来，世界各国先后建造了近四十艘小水线面船，包括客船、观光游览船、海洋调查船、油田交通船、水声监听船、引水船、渔政船、潜水作业船、体育运动船及军用船等。其中特别值得提出的是，芬兰建成18400t级豪华海上游船、美国隐身“海影”号及新一代小水线面四体船“司莱斯”等都代表着小水线面船发展的引人瞩目的成就。
美国技术发展最快，建造实船最多，约30艘。特别是冷战期间，水声监听船每年都有1~2艘投入使用。其后是日本急起直追，现已建成约15艘。特点是重视应用市场的开拓，主要用于客运、旅游、水文观测、油田交通船等。在技术上形成了自己的风格。近几年德国发展也很快，开发了油田交通船、引水船等，都具有较高的水平。
世界上大约有十二个国家在开发小水线面船。
附表1 世界现有小水线面船主要特征表
附表2 世界县有小水线面船使用功能表
5 我国小水线面船开发
自七十年代小水线面船诞生以来，以中国船舶科学研究中心为代表的我国从事船舶技术开发的技术人员就开始技术跟踪，并列入国家基础研究计划。经过三个五年计划的技术攻关，已全面掌握了小水线面船技术，取得了具有世界先进水平的科研成果，建立了“小水线面船工程技术系统”形成了一套完整的技术系统，包括主尺度与船型优化、航行性能预报、结构外载荷、结构强度与疲劳分析及总体设计方法及相应实验技术、设计计算软件等。九十年代初开始进入应用开发阶段，利用已取得的技术成果，进行了多型号、多用途船舶概念设计与方案设计，见表3。
1994同汕头“大洋”公司合作为海洋石油总公司开发“800t级油田交通船”。已完成了“扩初设计”评审，因故未建造。
1997年同708所合作为中国科学院完成了3000t级“海上科学考察船”方案评审。
1997年向海关提交了两型缉私艇方案。
1999年同汕头“大洋”公司合作为海关开发230t级“海关监管艇”。首制船制造成功将标志着我国小水线面船应用开发进入实质性发展的新阶段。
最近我们综合分析各方面所需求情况，拟出了200 t级、400 t级、1000 t级、1500 t级、2500 t级的船型方案，可供用户选择的初步参考。
6 “海关监管艇”概况
中国船舶科学研究中心与汕头“大洋船舶工业总公司”合作为中国海关开发小水线面船型海关监管艇为2艘。
现将该艇的简况作一介绍。见照片。
6.1 用途
用于珠江口三门岛和桂山岛海域与泊区附近，在5级海况下能进行海关监管正常作业，并可用作基地与监管海域间的海上交通及缉私。
6.2 船型
为双支柱小水线面双体船船型。
双机、双桨、双舵，高速柴油机斜轴推进系统。
主船体结构系钢质，上层建筑为玻璃钢。
6.3 设计技术要求
① 航区—珠江口海域，5级海况下正常作业。
② 排水量与吃水
正常排水量228t，吃水2.5m。
③ 航速
正常排水量、主机在2100转/分钟条件下最大航速大于17.5节。
④稳性
满足近海航区海船稳性三级要求。
⑤耐波性
在6~7级风，有义波高2.5m时，各航态下有义横摇角小于10°，有义纵摇角小于5°，横摇周期大于10s。
从以上设计技术要求看，制约设计的条件是较严格的：吃水2.5m，较浅；在零航速下与有航速时运动性能都要好；在排水量228t、主机在2100转/分钟下，航速超过17.5节，设计难度很大。
我们充分利用已取得的科研成果，不断解决工程应用相关技术问题，最终取得了满意的结果。
6.4 主尺度与船体线型
根据设计技术要求，充分运用我们的优化设计技术，在允许的范围内，以满足了快速性与耐波性要求为目标，优选了主尺度并考虑到制造工艺确定线型。
海关监管艇主要技术参数
总 长 Loa 34.95m 水线间长 Lwl 29.03m
型 宽 B 13.30m 型 深 H 4.50m
正常吃水 T 2.50m 满载排水量 Dmax 234t
正常排水量 D 228t 续航力 500海里
主 机 8V165TE92 2100转/分钟 功率1120千瓦
6.5 航速
通过计算与模型试验，该船在排水量228t、吃水2.5m时、主机转速2100转/分，最大航速不低于17.5节。
实船测试航速为17.66节。经过综合分析，实际航速可达18节。所有数据表明，理论预报，模型试验预报与实船测试结果相吻合。
6.6 耐波性
零航速及波高2.5m/周期6.1s条件下，迎浪与首斜浪时，有义横摇角不超过5.0°~5.5°，有义纵摇角不超过5.5°，垂向加速度0.07~0.17g（从船中到船首），14节航速及波高1.25m/周期6.1s条件下，有义横摇角不超过6.°，有义纵摇角不超过2.5°，垂向加速度0.06~0.15g。
横摇周期为13.0s，纵摇周期为8.1s。
计算结果与试验结果均表明运动性能满足了技术要求。
实船耐波性试验尚未进行。在调试期间1月15日，遇到4极浪，横摇、纵摇、升、沉及加速度都比较小。2月19日，遇到5级上限，6级下线大限，海浪像小山一样压过来，盖过驾驶室，打过天线，船仍航行平稳。调试与试航期间，有近五百人次乘坐此船，只发现三例轻微晕船现象。可见，耐波性能之好。
6.7 操纵性
交船试航试验时，做了充分的检测：不同转速下迴转；不同转速下满舵迴转；正车、倒车及单车航行；航行稳定性；惯性；正倒车原地迴转等。检测数据表明，操纵性良好，原地迴转十分方便。
6.8 推进系统
主机位于舷台内，以斜长轴方式，通过支柱到下潜体，总斜度为160。到下潜体后，呈直线传动，经推力轴承与螺旋浆相连，实船试验证明，此系统稳定可靠，轴承温度远低于标准值，扭振满足要求，传动效率达92%以上。
实船试验表明：船、机、轴、浆匹配是成功的。
6.9 外载荷与结构
为了提供结构设计的外载荷，我们用现有的计算软件进行计算，同时做了外载荷模型试验。
结构特点是以抗扭箱为主要受力构件，经计算，满足强度要求。
经过五5级以上大浪的考验，未发现损伤，总体结构，局部结构，未出现明显振动。
下潜体强度裕度较大。
7 研制进展及当前状况
1999年7月调研立项，1999年8月通过方案评审，1999年12月通过技术设计评审，2000年3月30日开工建造，10月27日下水，2001年1月完成调试，2001年3月2日完成交船试航，2001年4月3日正式交船。第二艘船（姐妹船）于2001年10月交船。
·运行情况
交船后在深圳海关投入使用，现已运行5个月，约2000人次乘过此船，未发现晕船现象，中国海关极为满意，并打算再造新小水线面双体型监管缉私船。此船在深圳由于其良好的耐波性而争相借用作为接待交通船，受到有关方面的好评。
8 结论
8.1中国船舶科学研究中心建立的“水小线面船工程技术系统”已达到了工程应用的要求，可成功地转化为产品，并将逐步完善、拓展，满足不同用途的需要，为实现产业化打下基础。
8.2我国已具备了设计、建造小水线面船的能力，除个别设备绝大部分设备均可国产化配套，从而我国进入了全面开发小水线面船国家的行列。
8.3我们开发的小水线面船是从我国港口与近海海域特点出发的，在技术上千方面计满足用户严刻的使用要求，而且造价低廉，形成了中国的特色，创造了自主的知识产权，具有国际竞争能力。
8.4研究、设计、制造与用户紧密配合，通力合作是小水线面船开发与推广应用的重要条件。中国海关远见卓识的决策与具体支持是首制小水线面船顺利开发成功的有力保证。
8.5当前要抓住首制船开发成功的契机，着力将潜在用户转化为现实用户，拓展应用领域，参与国际竞争，走向广阔的市场。
9 展望
我国首制小水线面船成功投入使用，将开创小水线面船在我国应用的新局面。我们将根据需要和可能，希望在海上油田交通、引港作业、海洋试验、海上救助及海峡通航等领域推广应用小水线面船。一如既往，我们将竭诚与各方配合，开发出适合我国国情的高水平的小水线面船，为发展航运事业、开发与保护海洋资源，捍卫蓝色国土，作出应有的贡献。
参考文献
①吴有生，葛纬桢，益其乐，石理国等，“我国首制小水线面双体船－海关监管艇的船型研究与设计”，全国高性能船舶会议论文集，汕头，2000
②郑明，张鑫，“世界各国发展小水线面双体船的概况与分析——经历‘百花齐放’，走向市场、战场”，世界小水线面双体船发展动向及我国开发对策文集，1999
表1 世界上现有小水线面双体船主要特征分析表
国别 分 类
美
日
其它国家
小 计
年
代
七十年代
八十年代
九十年代
1
9
16
2
6
6
1
9
4
15
31
排
水
量
100t以下
100—250t
300—600t
1000t左右
2000吨以上
9
9
3
5
6
3
2
3
3
3
1
2
1
18
15
6
2
9
推
进
动
力
汽油机
柴油机
柴油机电力推进
燃气轮机
16
7
3
1
10
3
9
1
1
35
10
4
功
率
(千瓦)
>5000
2000—4900
1000—1900
<1000
4
9
6
7
2
6
6
1
4
2
3
7
19
8
16
船
体
材
料
钢质
混合
铝质
玻璃钢
8
1
17
3
2
7
2
2
8
13
3
32
2
航
速
30节以上
25—29节
20—24节
15—19节
小于14节
3
5
5
10
3
1
1
6
3
3
2
4
1
1
2
6
10
12
14
8
合 计
26
14
10
50
表2 世界上现有小水线面双体船使命功能分析表
国别 分 类
美 日
英 荷 挪 芬
韩 丹 德 荷
小 计
海上
作业
海洋考察
水文调查
潜水作业
渔政管理
港监引水
8 3
1
1
13
客运
交通渡船
油田服务
3 3
3 1
1 1
12
军用
靶场保障
水声监听
8 2
1
11
旅游
观光餐饮
娱乐休闲
体育运动
4 5
1
10
试验演示
3 1
4
合 计
26 14
3 1 1 1
1 1 1 1
50
表3 七0二所研设的几例典型SWATH一览
船舶类型
排水量
t
主尺度
主机型号
台数×功率/转速
kW/r/min
推进
形式
服务航速
kn
备 注
船长
m
船宽
m
吃水
m
小型测量船
30
16.5
7.8
1.6
MTU8V183TE62
2×365/2000
直角
25.0
海关缉私艇
180
32.0
11.5
2.7
MWMTBD234V12
2×605/2200
直角
18.0
四级海情，海上值勤
五级海情，安全航行
海关缉私艇
400
42.0
16.5
3.5
MTU12V396TB94
4×1920/2100
直角
30.0
五级海情，海上值勤
六级海情，安全航行
400客位
海峡渡船
370
36.0
15.5
3.4
MTU16V396TE74L
2×2000/1900
直角
19.0
全年出航率94％
潜水作业船
220
29.0
12.0
2.65
轻-180V-2
2×480/1400
直角
≮14.0
三级海情正常作业；四级海情
部分作业；五级海情安全航行
潜水作业船
450
40.5
15.8
3.7
MTU16V396TE74L
2×2000/1900
直线
18.0
有义波高2.5米时，航行性能仍颇佳。五级海情，安全航行
800吨级
油田交通船
800
56.0
17.2
4.0
Pielstick 16PA4
2×1963/1500
直线
18.0
5～6级风时，安全靠离码头
7～8级风时，安全航行
沿海环卫
监察船
85
25.5
9.3
2.1
6135ACaf
2×110/1500
Z推
12.0
横摇运动幅值降到1/5～1/8,
周期增大3倍
100吨级
油田交通船
95
28.7
9.4
2.1
WD615.68C18
2×181/1800
Z推
12.0
横摇运动幅值降到1/5～1/8,
周期增大3倍
200吨级
油田交通船
190
32.0
11.5
2.4
Cummins
KTA-38-M940
637/1744
直角
16.0
准备与潜在业主合作
技术细则待探讨
400吨级
油田交通船
400
40.5
15.8
3.1
Cummins KTA-50-M1380
939/1882
直角
16.0
准备与潜在业主合作
技术细则待探讨
反潜艇
405
(正常)
35.0
16.0
4.12
MTU16V396TB93
2×1920/1975
直线
20.0
5级海情，海上值勤
6海情，安全航行
巡逻艇
710
(正常)
45.0
18.0
4.72
Pielstick 16PA4V
2×1963/1500
直线
18.0
5～6级风时，安全靠离码头
7～8级风时，安全航行
新型海洋考察船
2500
61.5
28.0
6.7/5.1
Pielstick 16PA4
2×1963/1500
柴电
11.0
I类航区；5级海情纵横摇
都小于2°
技术细则待探讨
760试验船
2870
65
27.4
6.5
Mak 8M453C
2×2490/600
柴电
16.0
初步方案
好乱，大家到这看吧
http://www.oec-csname.org/2-5.htm
http://www.oec-csname.org/2-5.htm
希望能继续发展~