多体船及相关技术的发展和展望

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1 水翼船型
水翼船型是利用水翼在水中运动获得升力的原理,将船体托出水面,使阻力降低和少受波浪的影响,从而达到高速和高适航性的目的。虽然目前该形技术已经成熟,但由于高昂的造价和维护费用,以及难以大型化等原因,至今应用还不够普及。
2 气垫船型
气垫船型在民船和舰艇上的应用目前已经十分广泛,已被用于登陆舰艇、导弹舰艇和扫雷舰艇等水面舰艇上。侧壁式气垫船型有望大型化,一些国家正在积极研究,如瑞典的隐身高速攻击艇,排水量达到350吨;挪威的“奥克瑟伊”和“阿尔塔”级扫雷艇的排水量为354吨;俄罗斯的SES型双体气垫导弹艇,其满载排水量已达千吨级,航速达到45节,是目前世界上最大的军用双体气垫水面导弹艇。
3 掠海地效翼船型
掠海地效翼船型在60年代曾出现过研究高潮,但由于稳定性和技术等方面的原因,一些国家在频发的事故面前退出了,而前苏联却取得了重大成果,完成了多种型号的军民实用船艇,成为迄今为止唯一一个达到实用化的国家。其中最大的一艘是著名的“里海怪物”号,重达544吨。此外,还有140吨级的军用两栖攻击运输艇,400吨级的导弹攻击艇和救生艇等等。
美国与前苏联几乎是同时开始研制地效翼船的,但由于种种原因,后来终止了研究工作。但目前美国对俄罗斯的掠海地效翼船表现出了极大的关注,多次组团赴俄进行技术考察,计划将400吨级地效翼船推向实用化,并陆续研制千吨级的越洋掠海地效翼船,以提高海军的快速反应能力。
此外,日本、德国以及我国的台湾省也在从事掠海地效翼船的研制工作,其中台湾1996年下水的“海天一号” 掠海地效翼船,可载8名旅客,排水航速平均为40节,飞行速度达到108节,具有近海高速运输的能力,同时具有潜在的军事价值,值得关注。
4 小水线面船型
小水线面双体船,以深置水下的双下体,小水线面的双支柱和宽敞的上船体三部分组成。这种船型兼容了潜艇、水翼艇和双体船的许多优点,同时又克服了这些船相应的缺陷,成为综合性能比较优秀的新船型。小水线面双体船型的大部分排水体积潜入水下,大部分有效容积升离水面,两者的中间用水线面较小的支柱相连,使它具有象潜艇、水翼艇一样的兴波小,受波浪干扰小的特点,又因其船体分成左右两部分,使它还具有双体船甲板面积大,复原力臂大的特点。这些特点的综合效果就表现在该型船舶具有优良的耐波性、宽敞的甲板面积、较强的生命力和良好的操纵性。这种船型的优良耐波性不仅体现在高海情下的出航率高、晕船率低、失速小,还体现在零航速下的运动响应小,因此许多军用或民用船舶都可以采用这种船型。
1986年美国海军订购了4艘胜利级水声监听船。该船采用了小水线面双体船型,旨在保证高海情恶劣条件下有较高的低速稳性,其宽敞的甲板和充裕的舱室利于布置和使用监视所需的大量仪器设备,以及拖曳线列阵声呐和中央数据采集系统(CDAS)等装备。1991年首船服役,使用情况良好。现4艘船均投入使用,其主要技术数据如下:排水量3396吨,船长71.5米,船宽29.0米,吃水7.6米,主机为卡特波勒3512型柴油机4台,持续功率4000KW,2套首推器,航速16节,乘员36人(其中军人12名)。该级第1艘“胜利”号分别于1991/1992年之冬,在北大西洋,1992/1993之冬,在北太平洋进行了大量试验,并于1993年4月以在夏威夷的标准试验而告结束。
经过试验,产生了大量试验数据,证明“胜利”号是一艘耐波性极好的船,可以在7级海况下,允许工作人员在计算机工作站中很舒适地工作,是一艘真正的“全天候”舰船。同样,美国海军秘密研制,用来探讨未来海军新型水面舰艇的“海影”号隐身试验艇也采用了小水线面双体船型,包括艇的控制、结构、自动化、适航性和信号特性等多方面的先进技术。1997年美国又建成一艘180吨级的小水线面四体船“司莱斯(SLICE)”号。
该船由洛克希德·马丁公司开发,采用模块化设计,主结构中预留有联结基座及标准机电、管系接口。模块根据不同功能设计,可灵活更换。该型船可作为缉私、搜救的公务船;执行观光、油井支援的商务船;执行导弹攻击、警戒巡逻等任务的军用船,为小水线面船的应用开拓了新的思路。
2001年11月17日,美国海军订购的一艘海洋科学考察监测船“基洛·莫纳”号(Kilo Moana,代号AGOR 26)下水,该船由洛克希德·马丁公司海军电子信息系统部(NE&SS)作为总承包商,与佛罗里达州Jacksonville市大西洋海事造船公司及西雅图Guido Peria & Associates Inc设计公司合作开发建造。AGOR26可在六级海况下保持12节航速,并可平稳执行任务,进行精确定位、寻迹机动等深海和近海作业,并能长时间以低速平稳航行。
德海军也一直重视小水线面船的开发应用。1998年,德国海军开始了代号为751的新一代水下武器电子系统试验船的研制,该船船长为73.0米、垂线间长61.0米,船宽72.2米,主甲板宽25.0米,左右两支柱中心线横向间距20米,吃水6.8米;排水量约为3500吨;航速达15节,续航力为15节时5000海里;海上自持时间30昼夜,船员25名,另外可搭载科研试验人员20名。计划1999年完成设计,2000年开工,2002年交船。
日本海上自卫队也希望拥有一支小水线面双体船型的小型监视兵力,最终目标是建造5艘水声监听船。为此,日本从1990年开始与美国同步建造了2艘性能基本相似的 “音响”和“滨名”号水声监听船,其水声监测设备从美国引进。日、美水声监听船的不同之处在于“音响”号设有大型直升机甲板,而胜利级则没有。
近年来国外许多有关的研究机构对小水线面双体船在军事上的应用前景做了专门的分析论证。如北约组织对高性能船长期规划探讨结果认为,小水线面双体船最适用于3000-6000吨左右的反潜护卫舰、6000-12000吨左右的护航航空母舰和12000-24000吨左右的小型航空母舰。此外,也可用于1500-3000吨左右的海洋作战舰艇。
5 穿浪双体船型
穿浪双体船型是吸收常规双体船高速低耗、小水线面船优良耐波性的优点设计的一种新的复合船型,它由左右两个瘦长的主船体、中央船体和上层建筑组成。两个瘦长主船体的艏部非常尖,因而其艏部的贮备浮力很少,加上特殊的船体线型,使船在波浪中航行时能平滑地切入波浪作穿浪运动,使船体的横摇、垂荡和纵摇都大大小于常规船型;在中央船体还有一个中央船艏,静水或小风浪时离开水面,在恶劣海况,特别是有较大随浪的情况下,它能提供足够的贮备浮力,避免出现埋艏现象;中央船体距水面较高,即于舷较高,有效地减少了甲板上浪的次数,甲板面宽敞,便于总体布置。
由于穿浪型船的上述特点,因而其阻力较小、运动响应少,具有较好的快速性、优良的耐波性和在波浪中失速小等优点。实船验证,穿浪船还具有良好的操纵性,在全速航行时,回转直径只有2-4倍船长,惯性距离只有1.5-2倍船长,总体性能优于其他高性能船型。自控水翼艇虽然具有较好的快速性和耐波性,但其性能是靠深浸水翼实现的,调节水翼攻角的自动控制机构(ACS)较复杂,而且价格昂贵,可靠性、费效比及操纵性方面逊于穿浪船;小水线面船由于湿面积大,当航速高于30节时阻力明显增加,不适宜向高速方向发展;气垫船在静水和小风浪情况下具有较好的快速性,全垫升船还具有两栖性,但其在大风浪中升沉和摇动较大,造成失速较大;单体深V型滑行艇快速性较好,但耐波性较差,使用受到了很大的限制。
穿浪型船良好的总体性能,被逐渐得到充分的认识,在近十几年来得到了广的应用。澳大利亚在穿浪型船的研制和应用方面走在各国的前列,率先应用于高速车客渡船,从1985年至今,已建造船长为25米、37米、45米、74米、101米等系列型号的30多艘穿浪船,营运于欧洲、美洲、亚洲和大洋洲等海域。批量建造的海猫级,船长74米,宽26米,正常排水量850吨,采用4台4900马力柴油机和喷水推进,可载旅客450人,装载卧车84辆,最高航速达为43-45节,其首制艇“克雷斯托夫·哥仑布”号进行了横渡大西洋的航行试验,经受了大风浪的考验,并创造了以 79小时横渡大西洋的最短时间记录。
日本川崎重工引进澳大利亚 AMD公司的技术,通过大量的试验研究,建造了AMD1500Ⅱ型穿浪车客渡船,船长达101米,船宽20米,满载排水量近1900吨,载客460人,载车94辆,最大航速36节,该船的成功建造,说明穿浪型船向大型化发展的趋势。
随着穿浪船技术的不断成熟,在军事领域的应用得到了重视。美国海军、陆军、海军陆战队及特种作战司令部和海岸警备队成立了联合试验小组,探索以高速、远距离投送大量部队装备为目标的海运新手段,穿浪型船以高航速、大承载量、优良的适航性能及载运方式的灵活性,被联合试验小组选用作为试验艇型。美军从澳大利亚租借了两艘商用穿浪型船,长96米的“HSV-X1”号和长101米的“西太平洋快递”号。
试验小组首先对两艇的性能进行了测试,驾驶“HSV-X1”号用18天的时间完成了从澳大利亚的塔斯马尼亚到美国维吉尼亚的诺福克的航程,若用现在的支援船只,此次航行需要一个月。美军将对两艇进行适应改装,使其满足运载武装人员和重型装备的要求,改装后能一次运送 400-500名武装人员及一部分M1主战坦克等重型武器装备,货运能力达600吨,还将设直升机甲板,可以搭载SH-60、CH-46等型号的直升机。改装完成后,只需24小时就能运载一个陆战队整营的人员和装备,完成从日本本岛到冲绳之间的运送,比空运的时间还大大缩短。
穿浪型船作为海上军事运输的手段是从民用车客渡船发展而来,其优良的总体性??大了近海作战舰艇的作战区域,提高了使用效率;快速性满足了作为突击兵力的要求;宽敞的甲板面积提高了武备的装载能力,同时为开展隐身性设计提供了足够的空间。美国海军为提高近海作战和控制能力,开始研制近海战的新概念艇,选用的艇型就是穿浪型船,要求能够完成浅水域反潜、防空、反舰和对抗巡航导弹攻击任务并可灵活转换任务角色,采用隐身设计,同时要求具有较好的经济性。
美军提出的研制方案中,该型艇由两艘相同结构的穿浪艇组成,两艇依靠半固定拖带装置连接,前艇为作战艇,装备有传感器、电子对抗和武器控制系统;后艇有多个武器模块空间,可根据任务不同,装载不同的攻击武器。从研制方案来看,该艇具有明显的美国特色。其目标是从作战要求出发,建造任务单一的穿浪型导弹攻击艇,对执行威慑、攻击敌大中型水面舰艇任务,更具有实用价值。
6 多体船型
多体船是指利用间隔一定距离的两个或两个以上的瘦形船体,通过上部的强力构架连成一体的船舶。目前世界上已有的主要是双体船、三体船、四体船和五体船。
同单体船相比,多体船由于具有许多优良性能,在民用领域得到了广泛的应用。近年来,随着新技术、新材料的采用以及创新水平的不断提高,多体船也开始受到世界各国海军、特别是一些军事大国的青睐,出现了一些不同类型、不同用途的军用多体船。
6.1 三体船
三体船由三个船体组成,其中间为主船体,主尺度较大,约占排水体积的90%,两侧并肩各有一个大小相同的辅助船体。三体船是一种非常规的新颖船型,目前仍处于研究试验阶段。其主要特点是中高速阻力性能优于单体船和双体船,适航性优于单体船,甲板面积宽敞,便于舱室布置;由于主船体和两侧辅体的屏蔽,全船具有隐身性和较高的生存能力。其缺点是结构复杂,重量较大,设计难度大,操纵性稍差,建造、下水、锚泊和进坞比较困难。
目前世界上唯一的一艘三体舰是英国海军的“海神” 号试验舰。该舰由沃斯珀·桑尼克罗夫特公司建造,于2000年8月在英国南安普顿下水,2000年10月在英国索伦特海峡开始了为期18个月的试航。试验中,大约有500个传感器用来监测壳体的受力状态和性能。将有12名科学家参与在欧洲和大西洋海域举行的此次严格的试验。
美国海军海上系统司令部也将参与此次试验。沃斯珀·桑尼克罗夫特公司将在整个试验期间提供技术支持。“海神” 号的试验将分为三个阶段。第一阶段试验将检验该舰的总体性能、操作和使用性能,记录结构负载数据和适航性。这一阶段的试验将持续大约18个月。第二阶段试验的时间和内容尚不得而知。第三阶段将在前两次试验的基础上对进行适当改装,以优化其性能,时间在2004年。
依照英国海军的说法,“海神” 号除了作为三体演示舰之外,还将作为下一阶段向全电力推进过渡的平台。在其上将安装永磁主电动机、(可能安装)蓄电池/燃料电池舱、飞行甲板和用来对未来燃气轮机发电机组进行海试的发动机舱室。
“海神” 号的设计参数为:全长98米,吃水线长90米,总宽22.5米,吃水3.2米,排水量1100吨,最大速度20节,航程3000海里,柴电动力装置,单轴,固定距螺旋桨+独立的侧船体推进装置。
“海神” 号是世界第一艘三体舰,它的建成标志着三体战舰可行性研究计划已达到一个新的阶段。虽然只是一型演示舰,但它的出现势必影响未来英国海军水面舰艇的设计模式,同样也引起了世界各国海军的广泛关注。
6.2 四体船
美国海军于20世纪90年代建成的“司莱斯”号多功能研究船是一艘小水线面四体船。该船采用四支柱、四下体式的小水线面船型,各下体都采用球鼻艏和尖锥艉型;前双下体间距小于后双下体间距,这有利于高速航行和保持高耐波性;前后四下体的线型和重量分配均采用优化设计,以减少阻力、提高推进效率和航速、改善运动姿态。该船没有舵,船的转向由左右桨差动实现;下体内侧配有稳定鳍,与压载水舱实现综合控制。
该船采用触屏式船舶运动姿态控制系统,可调节船的重量和浮态,使船在各种海情、航速和工况下均可自动控制,求的最佳舒适和平稳。“司莱斯”号总长31.7米,排水量177吨,航速超过30节。该船的中后部设有一个长17.4米、宽13.1米、重约50吨的功能模块,换上不同功能的模块,该船即可变换成执行缉私、搜救、巡逻、海洋调查、跟踪监测、港监引水、布标供应等任务的公务船;执行观光、娱乐、油井支援、浮油回收、潜水作业、高速客渡等任务的商务船;执行警戒、指挥控制、深潜器母船、特种战、水声监听、导弹攻击、水雷战、直升机两栖战和靶场服务等任务的军用船。
该船由洛克希德·马丁公司按美国海军研究署的先进技术演示开发计划和投资,从1993年开始研制的,由夏威夷太平洋海事服务公司的珍珠港船厂承建。美国海军试用该船作为监测雷达的海上平台,执行跟踪火箭飞行试验任务;海军陆战队试用海上补给作业的海上平台,都取得了圆满成功。美国海军还邀请了31个国家的海军武官在夏威夷参观“司莱斯”号在风浪中航行的演示,声称这是为21世纪军民船舶市场开发出的新一代革命性高技术船,给各国海军代表留下了深刻印象。
针对美国海军从澳大利亚购买或租用穿浪型高速双体船这一计划,洛克希德·马丁公司也作出了反应,公司称将在“司莱斯”号船的基础上开发出适合于美国海军后勤运输需要的新的司莱斯船型。为此,公司制定了分三步走的战略计划。
第一步是将现在的“司莱斯”号研究船改装成能满足未来海军任务的军用运输船;第二步是用两年的时间,投资9000万美元,开发出一艘长60米,航速达到45节,能够装载120吨货物,巡航范围超过4000海里的司莱斯型运输船;第三步也是最后一步是开发出航速达到50节的司莱斯型运输船。完成以上这三个战略步骤至少需要5年的时间。
6.3 五体船型
五体船型是由英国著名船舶设计师Nigel Gee提出的,其结构由一个贯穿全船的主船体和左右两侧前后布置的各2个稳定的较小的侧体组成。同三体船相比,五体船型具有高速阻力小和破舱稳性大的优点,适合作为护卫舰、高速补给舰和航空母舰。
目前美国有试验型短剑1 水翼船型
水翼船型是利用水翼在水中运动获得升力的原理,将船体托出水面,使阻力降低和少受波浪的影响,从而达到高速和高适航性的目的。虽然目前该形技术已经成熟,但由于高昂的造价和维护费用,以及难以大型化等原因,至今应用还不够普及。
2 气垫船型
气垫船型在民船和舰艇上的应用目前已经十分广泛,已被用于登陆舰艇、导弹舰艇和扫雷舰艇等水面舰艇上。侧壁式气垫船型有望大型化,一些国家正在积极研究,如瑞典的隐身高速攻击艇,排水量达到350吨;挪威的“奥克瑟伊”和“阿尔塔”级扫雷艇的排水量为354吨;俄罗斯的SES型双体气垫导弹艇,其满载排水量已达千吨级,航速达到45节,是目前世界上最大的军用双体气垫水面导弹艇。
3 掠海地效翼船型
掠海地效翼船型在60年代曾出现过研究高潮,但由于稳定性和技术等方面的原因,一些国家在频发的事故面前退出了,而前苏联却取得了重大成果,完成了多种型号的军民实用船艇,成为迄今为止唯一一个达到实用化的国家。其中最大的一艘是著名的“里海怪物”号,重达544吨。此外,还有140吨级的军用两栖攻击运输艇,400吨级的导弹攻击艇和救生艇等等。
美国与前苏联几乎是同时开始研制地效翼船的,但由于种种原因,后来终止了研究工作。但目前美国对俄罗斯的掠海地效翼船表现出了极大的关注,多次组团赴俄进行技术考察,计划将400吨级地效翼船推向实用化,并陆续研制千吨级的越洋掠海地效翼船,以提高海军的快速反应能力。
此外,日本、德国以及我国的台湾省也在从事掠海地效翼船的研制工作,其中台湾1996年下水的“海天一号” 掠海地效翼船,可载8名旅客,排水航速平均为40节,飞行速度达到108节,具有近海高速运输的能力,同时具有潜在的军事价值,值得关注。
4 小水线面船型
小水线面双体船,以深置水下的双下体,小水线面的双支柱和宽敞的上船体三部分组成。这种船型兼容了潜艇、水翼艇和双体船的许多优点,同时又克服了这些船相应的缺陷,成为综合性能比较优秀的新船型。小水线面双体船型的大部分排水体积潜入水下,大部分有效容积升离水面,两者的中间用水线面较小的支柱相连,使它具有象潜艇、水翼艇一样的兴波小,受波浪干扰小的特点,又因其船体分成左右两部分,使它还具有双体船甲板面积大,复原力臂大的特点。这些特点的综合效果就表现在该型船舶具有优良的耐波性、宽敞的甲板面积、较强的生命力和良好的操纵性。这种船型的优良耐波性不仅体现在高海情下的出航率高、晕船率低、失速小,还体现在零航速下的运动响应小,因此许多军用或民用船舶都可以采用这种船型。
1986年美国海军订购了4艘胜利级水声监听船。该船采用了小水线面双体船型,旨在保证高海情恶劣条件下有较高的低速稳性,其宽敞的甲板和充裕的舱室利于布置和使用监视所需的大量仪器设备,以及拖曳线列阵声呐和中央数据采集系统(CDAS)等装备。1991年首船服役,使用情况良好。现4艘船均投入使用,其主要技术数据如下:排水量3396吨,船长71.5米,船宽29.0米,吃水7.6米,主机为卡特波勒3512型柴油机4台,持续功率4000KW,2套首推器,航速16节,乘员36人(其中军人12名)。该级第1艘“胜利”号分别于1991/1992年之冬,在北大西洋,1992/1993之冬,在北太平洋进行了大量试验,并于1993年4月以在夏威夷的标准试验而告结束。
经过试验,产生了大量试验数据,证明“胜利”号是一艘耐波性极好的船,可以在7级海况下,允许工作人员在计算机工作站中很舒适地工作,是一艘真正的“全天候”舰船。同样,美国海军秘密研制,用来探讨未来海军新型水面舰艇的“海影”号隐身试验艇也采用了小水线面双体船型,包括艇的控制、结构、自动化、适航性和信号特性等多方面的先进技术。1997年美国又建成一艘180吨级的小水线面四体船“司莱斯(SLICE)”号。
该船由洛克希德·马丁公司开发,采用模块化设计,主结构中预留有联结基座及标准机电、管系接口。模块根据不同功能设计,可灵活更换。该型船可作为缉私、搜救的公务船;执行观光、油井支援的商务船;执行导弹攻击、警戒巡逻等任务的军用船,为小水线面船的应用开拓了新的思路。
2001年11月17日,美国海军订购的一艘海洋科学考察监测船“基洛·莫纳”号(Kilo Moana,代号AGOR 26)下水,该船由洛克希德·马丁公司海军电子信息系统部(NE&SS)作为总承包商,与佛罗里达州Jacksonville市大西洋海事造船公司及西雅图Guido Peria & Associates Inc设计公司合作开发建造。AGOR26可在六级海况下保持12节航速,并可平稳执行任务,进行精确定位、寻迹机动等深海和近海作业,并能长时间以低速平稳航行。
德海军也一直重视小水线面船的开发应用。1998年,德国海军开始了代号为751的新一代水下武器电子系统试验船的研制,该船船长为73.0米、垂线间长61.0米,船宽72.2米,主甲板宽25.0米,左右两支柱中心线横向间距20米,吃水6.8米;排水量约为3500吨;航速达15节,续航力为15节时5000海里;海上自持时间30昼夜,船员25名,另外可搭载科研试验人员20名。计划1999年完成设计,2000年开工,2002年交船。
日本海上自卫队也希望拥有一支小水线面双体船型的小型监视兵力,最终目标是建造5艘水声监听船。为此,日本从1990年开始与美国同步建造了2艘性能基本相似的 “音响”和“滨名”号水声监听船,其水声监测设备从美国引进。日、美水声监听船的不同之处在于“音响”号设有大型直升机甲板,而胜利级则没有。
近年来国外许多有关的研究机构对小水线面双体船在军事上的应用前景做了专门的分析论证。如北约组织对高性能船长期规划探讨结果认为,小水线面双体船最适用于3000-6000吨左右的反潜护卫舰、6000-12000吨左右的护航航空母舰和12000-24000吨左右的小型航空母舰。此外,也可用于1500-3000吨左右的海洋作战舰艇。
5 穿浪双体船型
穿浪双体船型是吸收常规双体船高速低耗、小水线面船优良耐波性的优点设计的一种新的复合船型,它由左右两个瘦长的主船体、中央船体和上层建筑组成。两个瘦长主船体的艏部非常尖,因而其艏部的贮备浮力很少,加上特殊的船体线型,使船在波浪中航行时能平滑地切入波浪作穿浪运动,使船体的横摇、垂荡和纵摇都大大小于常规船型;在中央船体还有一个中央船艏,静水或小风浪时离开水面,在恶劣海况,特别是有较大随浪的情况下,它能提供足够的贮备浮力,避免出现埋艏现象;中央船体距水面较高,即于舷较高,有效地减少了甲板上浪的次数,甲板面宽敞,便于总体布置。
由于穿浪型船的上述特点,因而其阻力较小、运动响应少,具有较好的快速性、优良的耐波性和在波浪中失速小等优点。实船验证,穿浪船还具有良好的操纵性,在全速航行时,回转直径只有2-4倍船长,惯性距离只有1.5-2倍船长,总体性能优于其他高性能船型。自控水翼艇虽然具有较好的快速性和耐波性,但其性能是靠深浸水翼实现的,调节水翼攻角的自动控制机构(ACS)较复杂,而且价格昂贵,可靠性、费效比及操纵性方面逊于穿浪船;小水线面船由于湿面积大,当航速高于30节时阻力明显增加,不适宜向高速方向发展;气垫船在静水和小风浪情况下具有较好的快速性,全垫升船还具有两栖性,但其在大风浪中升沉和摇动较大,造成失速较大;单体深V型滑行艇快速性较好,但耐波性较差,使用受到了很大的限制。
穿浪型船良好的总体性能,被逐渐得到充分的认识,在近十几年来得到了广的应用。澳大利亚在穿浪型船的研制和应用方面走在各国的前列,率先应用于高速车客渡船,从1985年至今,已建造船长为25米、37米、45米、74米、101米等系列型号的30多艘穿浪船,营运于欧洲、美洲、亚洲和大洋洲等海域。批量建造的海猫级,船长74米,宽26米,正常排水量850吨,采用4台4900马力柴油机和喷水推进,可载旅客450人,装载卧车84辆,最高航速达为43-45节,其首制艇“克雷斯托夫·哥仑布”号进行了横渡大西洋的航行试验,经受了大风浪的考验,并创造了以 79小时横渡大西洋的最短时间记录。
日本川崎重工引进澳大利亚 AMD公司的技术,通过大量的试验研究,建造了AMD1500Ⅱ型穿浪车客渡船,船长达101米,船宽20米,满载排水量近1900吨,载客460人,载车94辆,最大航速36节,该船的成功建造,说明穿浪型船向大型化发展的趋势。
随着穿浪船技术的不断成熟,在军事领域的应用得到了重视。美国海军、陆军、海军陆战队及特种作战司令部和海岸警备队成立了联合试验小组,探索以高速、远距离投送大量部队装备为目标的海运新手段,穿浪型船以高航速、大承载量、优良的适航性能及载运方式的灵活性,被联合试验小组选用作为试验艇型。美军从澳大利亚租借了两艘商用穿浪型船,长96米的“HSV-X1”号和长101米的“西太平洋快递”号。
试验小组首先对两艇的性能进行了测试,驾驶“HSV-X1”号用18天的时间完成了从澳大利亚的塔斯马尼亚到美国维吉尼亚的诺福克的航程,若用现在的支援船只,此次航行需要一个月。美军将对两艇进行适应改装,使其满足运载武装人员和重型装备的要求,改装后能一次运送 400-500名武装人员及一部分M1主战坦克等重型武器装备,货运能力达600吨,还将设直升机甲板,可以搭载SH-60、CH-46等型号的直升机。改装完成后,只需24小时就能运载一个陆战队整营的人员和装备,完成从日本本岛到冲绳之间的运送,比空运的时间还大大缩短。
穿浪型船作为海上军事运输的手段是从民用车客渡船发展而来,其优良的总体性??大了近海作战舰艇的作战区域,提高了使用效率;快速性满足了作为突击兵力的要求;宽敞的甲板面积提高了武备的装载能力,同时为开展隐身性设计提供了足够的空间。美国海军为提高近海作战和控制能力,开始研制近海战的新概念艇,选用的艇型就是穿浪型船,要求能够完成浅水域反潜、防空、反舰和对抗巡航导弹攻击任务并可灵活转换任务角色,采用隐身设计,同时要求具有较好的经济性。
美军提出的研制方案中,该型艇由两艘相同结构的穿浪艇组成,两艇依靠半固定拖带装置连接,前艇为作战艇,装备有传感器、电子对抗和武器控制系统;后艇有多个武器模块空间,可根据任务不同,装载不同的攻击武器。从研制方案来看,该艇具有明显的美国特色。其目标是从作战要求出发,建造任务单一的穿浪型导弹攻击艇,对执行威慑、攻击敌大中型水面舰艇任务,更具有实用价值。
6 多体船型
多体船是指利用间隔一定距离的两个或两个以上的瘦形船体,通过上部的强力构架连成一体的船舶。目前世界上已有的主要是双体船、三体船、四体船和五体船。
同单体船相比,多体船由于具有许多优良性能,在民用领域得到了广泛的应用。近年来,随着新技术、新材料的采用以及创新水平的不断提高,多体船也开始受到世界各国海军、特别是一些军事大国的青睐,出现了一些不同类型、不同用途的军用多体船。
6.1 三体船
三体船由三个船体组成,其中间为主船体,主尺度较大,约占排水体积的90%,两侧并肩各有一个大小相同的辅助船体。三体船是一种非常规的新颖船型,目前仍处于研究试验阶段。其主要特点是中高速阻力性能优于单体船和双体船,适航性优于单体船,甲板面积宽敞,便于舱室布置;由于主船体和两侧辅体的屏蔽,全船具有隐身性和较高的生存能力。其缺点是结构复杂,重量较大,设计难度大,操纵性稍差,建造、下水、锚泊和进坞比较困难。
目前世界上唯一的一艘三体舰是英国海军的“海神” 号试验舰。该舰由沃斯珀·桑尼克罗夫特公司建造,于2000年8月在英国南安普顿下水,2000年10月在英国索伦特海峡开始了为期18个月的试航。试验中,大约有500个传感器用来监测壳体的受力状态和性能。将有12名科学家参与在欧洲和大西洋海域举行的此次严格的试验。
美国海军海上系统司令部也将参与此次试验。沃斯珀·桑尼克罗夫特公司将在整个试验期间提供技术支持。“海神” 号的试验将分为三个阶段。第一阶段试验将检验该舰的总体性能、操作和使用性能,记录结构负载数据和适航性。这一阶段的试验将持续大约18个月。第二阶段试验的时间和内容尚不得而知。第三阶段将在前两次试验的基础上对进行适当改装,以优化其性能,时间在2004年。
依照英国海军的说法,“海神” 号除了作为三体演示舰之外,还将作为下一阶段向全电力推进过渡的平台。在其上将安装永磁主电动机、(可能安装)蓄电池/燃料电池舱、飞行甲板和用来对未来燃气轮机发电机组进行海试的发动机舱室。
“海神” 号的设计参数为:全长98米,吃水线长90米,总宽22.5米,吃水3.2米,排水量1100吨,最大速度20节,航程3000海里,柴电动力装置,单轴,固定距螺旋桨+独立的侧船体推进装置。
“海神” 号是世界第一艘三体舰,它的建成标志着三体战舰可行性研究计划已达到一个新的阶段。虽然只是一型演示舰,但它的出现势必影响未来英国海军水面舰艇的设计模式,同样也引起了世界各国海军的广泛关注。
6.2 四体船
美国海军于20世纪90年代建成的“司莱斯”号多功能研究船是一艘小水线面四体船。该船采用四支柱、四下体式的小水线面船型,各下体都采用球鼻艏和尖锥艉型;前双下体间距小于后双下体间距,这有利于高速航行和保持高耐波性;前后四下体的线型和重量分配均采用优化设计,以减少阻力、提高推进效率和航速、改善运动姿态。该船没有舵,船的转向由左右桨差动实现;下体内侧配有稳定鳍,与压载水舱实现综合控制。
该船采用触屏式船舶运动姿态控制系统,可调节船的重量和浮态,使船在各种海情、航速和工况下均可自动控制,求的最佳舒适和平稳。“司莱斯”号总长31.7米,排水量177吨,航速超过30节。该船的中后部设有一个长17.4米、宽13.1米、重约50吨的功能模块,换上不同功能的模块,该船即可变换成执行缉私、搜救、巡逻、海洋调查、跟踪监测、港监引水、布标供应等任务的公务船;执行观光、娱乐、油井支援、浮油回收、潜水作业、高速客渡等任务的商务船;执行警戒、指挥控制、深潜器母船、特种战、水声监听、导弹攻击、水雷战、直升机两栖战和靶场服务等任务的军用船。
该船由洛克希德·马丁公司按美国海军研究署的先进技术演示开发计划和投资,从1993年开始研制的,由夏威夷太平洋海事服务公司的珍珠港船厂承建。美国海军试用该船作为监测雷达的海上平台,执行跟踪火箭飞行试验任务;海军陆战队试用海上补给作业的海上平台,都取得了圆满成功。美国海军还邀请了31个国家的海军武官在夏威夷参观“司莱斯”号在风浪中航行的演示,声称这是为21世纪军民船舶市场开发出的新一代革命性高技术船,给各国海军代表留下了深刻印象。
针对美国海军从澳大利亚购买或租用穿浪型高速双体船这一计划,洛克希德·马丁公司也作出了反应,公司称将在“司莱斯”号船的基础上开发出适合于美国海军后勤运输需要的新的司莱斯船型。为此,公司制定了分三步走的战略计划。
第一步是将现在的“司莱斯”号研究船改装成能满足未来海军任务的军用运输船;第二步是用两年的时间,投资9000万美元,开发出一艘长60米,航速达到45节,能够装载120吨货物,巡航范围超过4000海里的司莱斯型运输船;第三步也是最后一步是开发出航速达到50节的司莱斯型运输船。完成以上这三个战略步骤至少需要5年的时间。
6.3 五体船型
五体船型是由英国著名船舶设计师Nigel Gee提出的,其结构由一个贯穿全船的主船体和左右两侧前后布置的各2个稳定的较小的侧体组成。同三体船相比,五体船型具有高速阻力小和破舱稳性大的优点,适合作为护卫舰、高速补给舰和航空母舰。
目前美国有试验型短剑
小水线面双体船简要发展史


1880年

兰德堡(C.G.Lundburg)以其首次提出单体半潜船概念获专利

1938年

柯立德(Frederick G.Creed)加拿大人向英国海军部提出小水线面双体航空母舰的设想,几年后,被允许转交给美国海军,但他们都未注意这一新概念。

1946年

柯立德,获得英国专利

1959年

波瑞克(H.Boericke)建议的流线型鲨鱼状单体船,启动了美国海军改进高速半潜船的活动

1965年

麦克考勤(Alan Mcclure)于休斯敦提出海中深钻平台设想建议“莫霍”(MOHOLE),做为可移式钻井平台,其构成与布雷尔(Blair)的方案相似。

1967年

里奥波德博士(Dr.Reuven Leopold)在利登公司向美国海军提出改进高速三体船(TRISEC)概念,建造了12吨的半潜双体载人自航试验艇,长7.6米,采用8.84千瓦挂机为动力,航速8节。他为此于1969年6月获得专利。

1968年

麻雀理工学院学生提出将“莫霍”平台发展为流线型的改进型设计万案,并开展了模型试验,被称为半潜双体船(SSC)。

1969年

美圣迪哥海军水下中心(NUC)的朗博士(Dr Tom Lang)对一种高速半潜双体船概念在阻力、稳性及动力响应方面开始集中研究开发,并于1971年获得美国专利。此概念的关键技术是在船的重心以后的双体内侧,设置了可调正的水平鳍,使船的纵倾与高速时纵摇运动得以稳定。1969年做了近500次水池船模试验,而1970年又做了敝水船模试验。

1970年

日本三井工程与造船公司,开始半潜双体船的基础研究。

1971年

荷兰包耶尔船厂试制的“杜普鲁斯”号(Duplus)世界首创低速小水线面双体船下水,1971年建成。该船长40米,排水量1200吨。其设计师也是荷兰造船工程师斯坦格尔(J.J.Stenger),他以自航油井探测供应船为母型,又参照潜艇在潜望镜深度时波浪干扰影响较小的经验,完成了新设计。该船用于大陆架海区钻探和潜水工作。在两个下潜体之间设有连接翼板,在翼上设有4个直翼推进器以供定位操控。

1972年

美海军水下中心的工程师们在经过18个月的研究和约30个月的设计和船模验证试验,1972年6月开工建造190吨级“卡玛利诺”号小水线面双体靶场保障船,终于在1973年3月下水,10月开始试航,随后经过20个月238个航次的全面科研考核性试验,既证实了优秀的耐波性,又积累了大量实测数据,为今后小水线面双体船发展打下技术基础,并成为世界上首艘实用小水线面海洋工作船,至今仍在出色的营运。

1973年

SWATH做为小水线面双体船的缩略语,被美海军权威技术人士肯定,并认为这一称谓比“半潜双体船”(SSC),更利于推广应用,也从概念上有别于常规双体船。

1979年

三井工程与造船公司在1976年建成18吨、载20客试验艇“海上能手”号后,1979年建成世界上第一艘商用MESA80型陆岛间小水线面双体客渡船“海鸥”号,载客446位,航速26.5节。采用左右单支柱,共有4个水平稳定鳍。营运海况达到有义波高3.5米,4级海况时失速仅2%。10年后1989年交付的“海鸥-2号”航速提高到30节以上,仍作陆岛间客渡用。

1980年

70年代末日本运输省考虑新建一艘高性能海上测量船,要求高耐波性、高适居性、高操纵性、宽敞的甲板面积及舱容等。三井工程与造船公司,推荐小水线面双体船型获准,并以钢铝混合结构方案中选,1980年12月建成“轻骑”号小水线面双体水文观测船。1981年三菱造船公司也建造l艘基本同型的“大鸟”号水文观测船,分别服务于日本沿海。

1985年

日本三井建成3500吨级“海洋”号潜水作业兼海洋考察船,隶属曰本海洋科学技术中心,成为世界上第一艘大型小水线面船。

1989-1990年

从1977年起美塞德博士(Dr.Ludwig Seidi)开始与太平洋海事服务公司合作开发小水线面双体船商用方案,1980-87年做研究试验和设计,1987年筹资开工建造“纳瓦台克I”号(NAVATEK-I)观光游览船,1989年2月下水,1989年4月起试航。随后经常在平均波高3.65米条件下航行和试营运。1990年获美国海岸井备队颁发的可跨洋运载400名旅客的证书,成为美国和世界上首艘获准商业性海洋客运的小水线面双体船。

1991年

“胜利”级小水线面双体水声监听井戒船,从1986年起设计建造,1991年建成,由美海军组织开发。该船长71.5米,排水量约3396吨,是共建4艘中的首制船,交付给美军事海上运输司令部。在1991-92年冬季北大西洋和北太平洋试航中证明在有义波高5.4米时可100%正常作业而同级单体船只能10%。6级海况时最大横摇角(单幅)小于5.8°,最大纵摇角(单幅)小于3°。

1992年

芬兰造船厂向钻石旅游公司交付世界上第一艘“雷迪逊钻石”号小水线面双体豪华旅游客船,船长131米,达到18000总吨,是至今为止世界上最大的小水线面船。

1993年

世界上第l艘所谓隐身船“海幽灵”号,是美海军一艘A形框架、50米长的小水线面双体船,由洛克希德导弹与宇航公司在80年代中期开发建成。它在“大众机械”月刊1993年7月号的封面上出现,才算部分解密,并向公众透露。

1994年

美国海军委托海事应用物理公司开始研制单支柱单下体带可控水翼的小水线面试验艇"搜寻"(QUEST)号,1995年进入海上试验,1996-1997年在大西洋做扩大鉴定试验,该艇为铝质,实测浮航排水量12.2吨,最大航速35节,在4级海况下有很好适航性,5级海况(浪高2.44米)时,仍能保持30节以上航速。美国海军旨在探索小水线面船高速化的新途径。为此,该公司已于1999年末推出800吨级45节和300吨级36节两种军、民用艇的设计方案。

1995年

日本三井公司开工建造"宇宙"(cosMos)号小水线面双体油田交通船,载客100位,排水量近155吨,航速20节,当年10月交船。由日本汽船公司组织营运,开创出在太平洋为近海石油产业服务的小水线面倒班交通专用船的先例。美国随后也为大西洋美国与巴西之间的近海石油产业开发了"静水河"(STILLWATER RIVER)号小水线面双体油田交通船,载客250位,排水量约200吨,用燃气轮机为主机,航速达29节,已于1999年交付美国路易斯安那州坎可海事服务公司组织营运。以上两艇均为铝质,营运中证实可全海侯保证稳定航班,保障近海油田生产。

1997年

丹麦与澳大利亚合作开发了Mai Mols号半小水线面高速车客渡船,适应于中低海况下使用,把中型小水线面船航速提高到40节以上。

1998年

美国洛克希德·马丁公司在美海军投资领导下,开发出“斯菜司”号(SLICE)小水线面四体多功能试验艇,确保艇速在5级海况下,任意航向仍达到30节,比设计最高航速31节,最多降低l节,开创了高速高适航小水线面船的新路。

1999-2000年

德国A&R造船公司1993年开始研究开发小水线面双体船并把应用目标投向港监引水,1996年被德国交通港务部门认可,开始设计建造被称为“2000年引水系统”,包括50米长的引水母船和25米长的引水交通艇,均采用小水线面双体船型,并要求确保在北海3.5米有义波高条件下正常作业,现“多塞”号、“易北”号两型都已成功地在营运中。
世界各国发展小水线面双体船的基本概况与趋势

从70年代初至2000年末,世界上有12个国家已经开发和拥有小水线面双体船共57艘。其中美国有26艘,倭国有14艘,是开发最早、拥有量最多、技术水平最高的两个国家。德国有4艘、英国有3艘。荷兰、挪威、芬兰、韩国、丹麦、瑞典和俄国7个国家各有1艘。到2000年末中国引进、自制各1艘,2001年还能完成自制1艘,将共拥有3艘。

世界上小水线面双体船按开发应用年代划分,70年代仅有4艘,80年代有15艘,90年代骤增为38艘。有9个国家都是到90年代才投入开发或完成建造的。世界上小水线面双体船按排水量、航速等主要特征划分的统计情况见表1。从中可以看出,排水量在250吨以下的有36艘,占63%;航速19节以下的有29艘,占51%。

世界上小水线面双体船按使命功能分析,客运观光旅游、油田交通服务占第一,共23艘;海洋考察、潜水、搜救、渔政、缉私、引水等海上特种作业用占第二,共18艘;靶场保障、水声监听、巡逻警戒等军用占第三,共12艘,其它是试验演示用的,约有4艘,参见表2。

小水线面双体船的发展历史可以追溯到19世纪,1880年兰德堡(G.G.Lundburg)以其首次提出单体半潜船概念即获专利。进入20世纪加拿大的柯立德(Frederick G.Creed)向英国海军部提出小水线面双体航空母舰的设想,几年后,被允许转交给美国海军,但两国军方都未注意这一新概念。在40-60年代间波瑞克(H.Boericke)、麦克考勒(Alan Mcclure)、里奥波德博士(Dr.Reuven Leopold)、斯坦格尔(J.J.Stenger)、朗博士(Dr Tom Lang)等不少科学家在不同国家,以不同方式,开展了多种理论和试验研究工作,才使70年代初美、日两国有条件集中力量组织小水线面双体船应用研究设计与实艇试制工程。在20年代后期的三十多年,经历12个标志性的发展达到现代先进成熟的水平。

第一、 美国海军水下中心在经过18个月的研究和约30个月的设计和船模验证试验,于1972年6月开工建造"卡玛利诺"号小水线面双体海洋靶场勤务保障工作船,1973年3月下水,10月开始试航。随后经过20个月238个航次的全面科研考核性试验,可在2米浪高条件下,顺利起降直升机,既证实了优秀的耐波性和全海候、多功能的特色,又积累了大量实测数据为以后小水线面双体船发展打下技术基础。从那时起,SWATH作为小水线面双体船的缩略语,被美海军权威技术人士肯定,并认为这一称谓比"半潜双体船"(SSC)更利于推广应用,也从概念上有别于常规双体船。

第二、 倭国1976年建成18吨、载20客的试验艇"海上能手"号。1979年建成世界上第一艘商用MESA80型陆岛间小水线面双体客渡船"海鸥"号,载客446位,航速26.5节。采用左右单支柱,共有4个可控水平稳定鳍。稳定高速营运海况达到有义波高3.5米,4级海况时失速仅2%。十年后1989年交付更加完善成熟的"海鸥-2号",航速提高到30节以上,仍采用可控鳍,开创了稳定高速高耐波的陆岛间客渡航线,已持续经营十余年。与之同期英国在1989年造成的"帕特里亚"号高速小水线面双体客船,以不采用鳍翼控制装置能在30节条件下稳定航行而著称,但据说因为出现艇体振动等情况,使营运不够正常。

第三、 70年代末倭国运输省考虑新建一艘高性能海上测量船,要求高耐波性、高适居性、高操纵性,宽敞的甲板面积及舱容等。三井工程与造船公司,推荐小水线面双体船型获准,并以钢铝混合结构方案中选,1980年和1981年与三菱造船公司分别先后建成"琴崎"号及"大鸟"号小水线面双体水文观测船一直分别服务于倭国沿海,证实小水线面双体船适用于近海水文调查观测作业。三井工程与造船公司在此基础上1985年建成3500吨级"海洋"号潜水作业兼海洋考察船,隶属倭国海洋科学技术中心,成为世界上第一艘大型小水线面双体海上作业船。船上配有深海(500米)潜水系统、动力定位系统、精确综合导航系统、海洋调查测深系统等,可保障在远海大洋进行综合科学考察及潜水作业。

第四、 美海军委托洛克希德导弹与宇航公司从80年代初起开发世界上第1艘隐身小水线面双体船"海幽灵"号。它在"大众机械月刊"1993年7月号的封面上出现,才使公众获悉这个试制隐身先进技术演示船的意图。其排水量为569吨,航速报道为13或15节,有效负载51.8吨。有独特的A型结构与水上、水下隐身船体外形和材料。着重控制改善船舶运动姿态,提高平稳性;开辟出宽敞的体积和面积为总布置优化提供条件;使全船综合性能产生质的飞跃,也发现了新的问题,在80年代已做系统的海上试验基础上,90年代初期和末期都曾进入新一轮扩大的海上试验,显示出小水线面双体船在未来高性能船和水面舰艇发展中潜在的重要地位。

第五、 芬兰造船厂于1992年向钻石旅游公司交付"雷迪逊钻石"号小水线面双体豪华旅游客船,船长131米,船宽32米,总吨达到18400吨,可载客354位,是至今为止世界上最大的小水线面船。其水下潜体呈扁平椭园状,而支柱由中部移向外侧组成L形剖面也称高尔夫球杆式,以适当减小吃水。当时造价约1.7亿美元,并被誉为具有安静、舒适、优美条件,而在风浪中也不会使游客晕船的超级豪华游船。

第六、 在1986-98年间美国和倭国先后开发美国称为T-AGOS型"胜利"级和倭国称为AOS型"音响"级的小水线面双体水声监听警戒船,并都安排小批生产,从1986年起设计建造,1991年先后建成各自的首艘。船长分别为71.5和67.0米,排水量分别约3396和3750吨。美国到1993年共建4艘。首制船交付给美军事海上运输司令部,在1991-1992年冬季北大西洋和北太平洋试航中证明在有义波高高5.4米时,可100%正常作业,而同级单体船只能达到10%;6级海况时最大横摇角(单幅)小于5.8°,最大纵摇角(单幅)小于3°。倭国共建2艘。这两型船均被明确安排在7级海情下保证可在大洋中对核潜艇实施跟踪、监视、侦听任务。美在1998年又建成的"完美"号,是"胜利"级的改进型,排水量达5370吨,航速虽只有12节,已满足使用需求,而拖带水声阵的能力更加大,耐波性更好,不仅采用3730千瓦的电力推进,还加配1340千瓦的全向喷水推进器。虽然是作为对核潜艇监视的勤务保障船编入序列,实际上已为21世纪水面舰艇采用大型化、高隐身、全海侯小水线面双体船作为先进实用平台,提供了技术储备。

第七、 从1977年起美国赛德博士(Dr.Ludwig Seidl)建立海洋工程咨询工程(OEC)与太平洋海事服务公司合作开发观光用小水线面双体船。1989年建成"纳瓦台克1号"观光船,随后经常在夏威夷海域平均波高3.65米条件下,以15-18节速度出航观浪,营运效益很好。随后于1994年又建成"纳瓦台克2号"观光船,排水量和载客量适当减少,航速提高为23节。两艘艇双双获得美国海岸警备队颁发的可跨洋运载旅客的证书,成为美国和世界上首艘获准商业性海洋旅游观光的小水线面双体船。而且在投资费效比指标(平均载游客数与航速的乘积和消耗功率的比值)上表现十分经济,达到并保持小水线面双体船经济性的较高水平。

第八、 为适应北欧海峡与陆岛频繁的旅客及车辆的海上交通需求,尽管海情不算太高,却希望为旅客提供舒适的旅途条件及方便的船车联运,于是半小水线面双体船应运而生,在1996-1997年间由瑞典和丹麦先后开发出HSS-1500号和"麦毛尔斯"号中型半小水线面高速车客渡船,分别可载1500-450位客人及375-120辆汽车,采用燃气轮机、喷水推进,航速都在40节以上。为便于在潜体内直接布置安装大功率大尺寸主机以及减小湿表面积,以提高航速,在保留潜体横剖面首部典型小水线面形状基础上,从船舯开始,将后半潜体的吃水递减,横剖面向常规双体船演化,形成一种前潜体支柱小水线面,后潜体与支柱成正体常规双体化的半小水线面混合船型。据称由于其耐波性优于澳大利亚首创的双体穿浪船,而快速性又优于一般小水线面双体船,以致把澳大利有关造船企业也吸收来合作开发半小水线面双体船,更加强了复合多种高性能船技术,来取得综合优化成果的美好前景。

第九、 为适应海洋油气平台交通守护作业的需求,倭国三井工程与造船公司率先于1995年建成"宇宙"号小水线面双体交通船,载客和船员共100位,排水量约155吨,航速20节。由倭国汽船公司组织营运。为关门港白岛区与若松区之间的海洋石油产业职工通勤服务。美国从80年代起就酝酿,到1999年才由东方造船厂为TRICO海事服务公司交付"静水河"号,供巴西在大西洋的坎波斯盆地(Campos Basin)海上油井员工倒班交通船。船长36 58米,可载客250位,配2台4600千瓦燃气轮机,航速超过25节。这两型艇均为铝质,营运中证实可全海侯保持稳定航班,保障近海油田持续正常生产。

第十、 德国A&R造船公司引进美国技术,1993年开始研究开发小水线面双体船,把应用目标投向港监引水。1996年被德国交通港务部门认可,开始设计建造被称为"2000年引水系统",包括50米长的引水母船和25米长的引水交通艇,均采用水小线面双体船型。要求确保在易北河口和北海海域3.5米有义波高条件下正常作业。2000年"多塞"号、"易北"号引水交通艇及母船,都已经过与常规搜救巡逻艇对比海上试航并成功地在营运中充分显示出小水线面双体船在港监引水,海关缉私、海监渔政、海事搜救、潜水打捞、海洋调查、水文观测等方面会有广泛应用前景。

第十一、 美国洛克希德·马丁公司在美海军投资和组织领导下,1997-1998年,开发出"斯莱司"号小水线面四体高速多功能试验艇。该艇采用四支柱、四?海情时,任意航向可保持30节,有效负载50吨。应用鳍与压载水综合自控自稳系统,使船从零速到全速的运动姿态都得以控制改善;将主机全部下放在前下体中,直线式传动,提高推进效率;取消舵,后下体间距大于前下体,用前后下体科学布局,改善流场及水流干扰抑制船舶运动获得成功;采用有效负载模块化设计,开创了第二代高机动性、高耐波性的小水线面多体船,作为全海候、多功能的模块化平台。1999-2001年美海军和海军陆战队、海岸警备队都利用它在太平洋广阔海域进行了大量战术功能的演示试验。值得注意是从1995年起在美海军投资和组织领导下海事应用物理公司也开发出HYSWAS-27型"搜索"号小型演示艇,排水量只有12.2吨,艇壳是铝质,它独辟新径,采用单支柱、单下体前后水翼。1996-97年在大西洋做扩大鉴定试航,创造了复合技术小水线面船艇最高速度达35节,并在浪高2.44米时,仍能保持30节以上的航速,足可为进一步高海情下的高速化探索技术途径。该公司已于1999年末推出800吨级45节和300吨级36节两种军民用艇的设计方案。上述两型小水线面演示试验船分别采用单体和四体,并在实验室中继续探索三体、五体的规律,引发出所谓小水线面多体船SWAMH的概念。连同半小水线面双体船、小水线面双体水翼船等复合船型,预测在21世纪还会有新的创造。

第十二、 美海洋科学家在使用"卡玛利诺"号之后多年来都呼吁海洋调查作业船以选用小水线面双体船为宜。1990-96年美国蒙特雷湾(Montery)海洋生物研究所要求加州斯沃司大洋系统公司开发了"西方飞人号"小水线面双体海洋调查遥控潜器母船。投入使用后证明能在25节风速、2节洋流和5级海况下保持收放深潜器及已在水下的深潜器稳定工作。该船长37.6米,配有首侧推进器、前后翼鳍稳定装置,实现动力定位和稳定操船,航速定为14.5节,可获得2300海里的续航力和22昼夜的自持力,而0-3节工作航速也得到保证。1998-99年美海军系统司令部又委托洛克希德马丁公司和大西洋造船工业公司设计建造AGOR-26型小水线面双体海洋综合科学考察船,船长55.5米,排水量约2540吨,航速12节,而续航力要求6000-10000海里,配有供31名科学家及相应试验室的工作条件。将配置在夏威夷,充分利用其全海候能力,广泛承担军内外和国际的有关海洋科考任务。该船预计于2002年交付使用。

前述12项标志中包含了20余型有很大实用价值,又能反映船舶技术发展水平的小水线面船。连同其它也较有名的船,一并分别列入百吨级和千吨级典型小水线面双体船一览表的表3和表4中。可以更清晰的看出,小水线面船发展是应用需求主导牵引的,又是依靠科技创新推动的,更是军民交替发展互相促进的。排水量有小有大,航速有低有高,在下体、支柱的数量、线型、布局及推进、动力、传动、船体结构和材料方面都覆盖了多种形式,在发挥小水线面双体船运动响应特征、提高耐波性上,除在总体线型、流体原理上优化设计外,更注意应用前后稳定鳍、水翼、压载水舱等的高水平自动控制和对波浪运动的预报与协调来实现动、静态条件下改善船舶运动姿态、降低运动辐值的效果,使小水线面船的设计中可以实现耐波性、快速性、操纵性、平稳性、隐身性、经济性等兼优。总之,小水线面双体船经历20世纪建造40多型、50多艘的"百花齐放",正走向21世纪的市场、战场,人类为了征服海洋、保护海洋,使小水线面双体船的军民应用前景都非常广阔。
我国的舰艇研究设计单位、高等院校以中国船舶科学研究中心、上海船舶与海洋工程研究设计院,上海船舶设计研究院、武汉船舶设计研究所、上海交通大学、大连理工大学、海军工程大学等为代表,从70年代初期先后开始对小水线面双体船技术做跟踪研究,对基础理论作了广泛并有相当深度的探索。80年代中期开始向研制实用船型过渡,开发出多种实用设计计算办法。形成系统的工程应用软件包,有一些创见的理论还在国外小水线面船发展中得到应用。在90年代初已提出过450吨级潜水作业船等小水线面双体船方案建议,只是受经费的限制,并未正式展开实船研制。

1994年汕头大洋船舶工业总公司与中国船舶科学研究中心合作,采取市场经济模式,充分利用已有科研技术储备,自筹资金,主动为用户提出800吨级小水线面双体型渤海油田交通艇方案,并与当时海洋石油产业船队中采用的丹麦、倭国的三用拖船等常规型中的优秀船舶做了船模水池的性能效益对比试验分析,证明采用小水线面双体船型作交通艇性能优越,综合效益好。尽管一时未获订货,却进一步验证了工程技术系统的有效性。

1998年末汕头大洋船舶工业总公司在中国造船工程学会专家配合下开始向国家海关总署介绍小水线面双体船特点及其在反走私斗争中能发挥的作用,得到有关领导和国内知名专家的支持,国家海关总署确定订造2艘小水线面双体海关监管艇。经论证定为220吨级,并于1999年底签订建造合同,要求在2000年完成建造。该艇试制不仅时间紧迫,经费有限,而且制约设计的条件较严,如受深圳海关基地码头水深限制,吃水不能超过2.5米,根据任务性质要求在零航速与有航速时运动性能都要平稳等,设计难度不小。为此,汕头大洋船舶工业总公司和中国船舶科学研究中心充分利用已有工程技术系统,不断解决相应技术问题,并邀请国内有关专家参加论证和设计评审,针对不同的方案,反复多次进行了优化设计计算和试验验证,又委托海军工程大学对结构强度进行有限元计算验证,先后解决了双支柱船型的线型及主尺度优化,耐波性、快速性设计预报,采用左右不对称外拱后支柱,潜体尾部流态调正,抗扭箱设计等关键技术;还处理了由于吃水限制,潜体直径较小,而把主柴油机布置在上船体形成的加长型、大斜度、带折角的推进动力传动形式与轴系统的难题;并且首次选用我国自行组装生产的德国MTU高速柴油机为主动力,协调了机桨功率与操控的匹配性,提高全艇国产化程度;施工中严格控制船体和设备重量,保证全船重量、重心符合设计要求。由于及时介决现场施工质量与技术协调,使该船于2000年3月30日正式开工后,于10月27日下水(参见图四)。经过对接联调、系泊试验,出海试航,已于2001年4月3日交付使用。该艇在我国为海关监管作业反走私斗争提供了高科技装备,为中国高性能新船型科学技术填补了空白,在世界百吨级小水线面双体船结构上开创了采用钢和玻璃钢混合结构与材质的先例,体现出国产公务作业船经济实用和耐碰撞特色。

这期间,为在中国开拓民用小水线面船市场,美、日、德等外国开发建造民用小水线面船的公司,都曾派人来华介绍其小水线面双体船技术,并在不同程度上向中国用户表示开放,也有与中国造船界合作开拓中国及亚洲市场的初步意向。这都为中国推广应用及尽快掌握小水线面船最先进技术提供了机遇,明显地推动了中国海事用户对小水线面船应用价值的认识。

中国建造的首艘小水线面双体船被命名为"海关201"号海关监管艇。使命是在南海珠江口海域执行海关监管作业,并可兼用执行交通、缉私任务。该艇为双支柱半潜小水线面双体船型,潜体为变截面。采用双机、双桨、双舵、前后双鳍,高速柴油机驱动斜轴传递推进系统。钢质艇体与玻璃钢上层建筑混合结构。单层连续甲板,甲板室带后平台。全船总长35.0米,水线长29.04米,型宽13.3米,型深4 5米,片体中心间距10.3米,设计吃水2.5米,正常排水量227吨。艇员及工作人员编制16名。在正常排水量,主机2100转/分。1120千瓦条件下,静水最高航速大于17.5节。可载燃油13.0吨,滑油0.3吨,淡水14吨,续航力在巡航速14节为500海里,自持力为7昼夜。设计要求稳性满足近海航区海船稳性三级。耐波性要求为6-7级风,有义波高2 .5米时,各航态有义横摇角小于10°,有义纵摇角小于5°,横摇周期大于10秒。并要求保证一舱进水不沉性、灵活操纵性和良好航向稳定性等。

该艇配有2台国内组装生产的8V165TE9型(即MTU8V369TE9型)高速柴油机,每台最大功率1120千瓦,转速2100/分,ZF/BW446型齿轮箱,减速比5 .04:1,带动定距螺旋桨2个。另配2台美国康明斯100MXDGEA型柴油机发电机组,各为100千瓦、400伏、1500转/分。轴系为"斜轴-折线"传动型式,即主机、联轴器、减速齿轮箱在上船体,通过在支柱的艏万向轴、艏中间轴传动艉中间轴、艉万向轴到下潜体的推力轴及轴承、水平螺桨轴、螺旋桨。中间轴各长4 .56米,中间轴倾斜角达16°,万向轴长各1 .22米,由于对轴承型式、数量、布置位置上采取了特殊设计,保证了稳定可靠工作,又控制了振动与噪音。螺旋桨设计、功率预报以及实船试验证明:船、机、轴、桨的配套是成功的。

该艇在海上试航(参见图五),在浅水区(约7-10米水深),2级海情以上时,最高航速已超过17节,静水水深20米时可达17.7节,航速的理论预报、模型试验、实船测试结果相符。在漂泊零航速和各种工作航速条件下,耐波性达到设计要求,明显优于排水量相当甚至更大的常规船艇。横摇周期13秒,纵摇周期8 .1秒。耐波性设计计算结果与模型水池试验结果表明,该艇运动性能满足了使用技术要求;零航速及波高2 .5米/周期6.1秒条件下,迎浪与首斜浪时,有义横摇角不超过5°-5 .5°,有义纵摇角不超过5.5°,垂向加速度0.07-0.179(从船中到船首);14节航速及波高2 .5米/周期6 .1秒条件下,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 .015g。虽然笔者交付论文时,正式的实船耐波性试验尚未完成,但在海上试验期间已遭遇5级海况,9级阵风,浪高3米,波浪越过驾驶台,仍能在1小时以上时间的保持平稳航行。在3-4级海况下,先后已约有600人次乘坐出海,仅个别人次有短时间晕船现象,其它人都认为十分平稳舒适。2001年4月份交船后在一次约有2米浪高的海上演示活动中参加配合保障的有汕头港务局的拖船、汕头水产部门的渔政船、汕头海关的快速缉私艇,这三艘常规艇排水量与海关201号小水线面艇基本相当,但当天摇摆都较大,约为±15-35°,因此在三艇上的不少参演人员都发生晕船呕吐现象,唯有"海关201"号船上人员,因为摇摆始终小于±3°,无1人晕船,反而觉得当日海情不足以考核其耐波性。

该船造价与相当排水量的常规船差不多,比进口的同吨位小水线面双体船价格低几倍,而其适于在复杂海情条件下作业的全海候、不晕船、宽敝布局等特性又远超过相当或更大排水量常规船艇,使中国海事用户对这一新型船发生了极大的兴趣、南海、东海、渤海的潜在用户都纷纷派专家来汕头参观考察,并表示相当满意。

海关201号监管艇工程的完成证明:

1、 中国船舶科学研究中心建立的"小水线面船工程技术系统"在和汕头大洋船舶工业总公司的实船设计建造的结合实践中,已达到了工程应用的要求,科技成果已成功转化为高科技产品,并将逐步完善拓展,以满足不同用户的各种需要,为实现船舶高科技产业化创造有利条件。

2、 中国已具备独立自主开发小水线面双体船的设计建造能力,且配套的机电设备、材料等国产化程度高,从而将进入小水线面双体船全面开发的国家行列。

3、 中国的造船界能从中国的港口及中、近海海域特点出发,在技术性能上满足用户严格的使用要求,能控制合理造价,开发高技术附加值船形成鲜明的中国风格。同时创造了自主的技术产权,为我国造船科技界赢得荣誉。

4、 中国海关总署作为中国海事用户的典型代表,其远见卓识与果断决策,是诞生我国首制小水线面双体船的前提条件。今后我国船舶研究、设计、建造单位仍将与本国的海事用户紧密配合,通力协作,在开发与推广应用小水线面双体船上争取更大成果。 目前中国交通航运系统的港监引水船、搜寻救生船、潜水作业船、海峡车客渡船,旅游系统的海上观光游览船,海洋开发管理系统的海洋综合科学考察船、海事巡视船、环卫监管船,海洋油气产业系统的近海油田服务船,交通倒班船、守护船,渔业水产系统的渔政海监船,海关系统的监管船、快速缉私船等都开始考虑采用小水线面双体船型。有的已列入"十五"规划,正在认真对国内外小水线面船技术状况进行调研。中国造船工程学会科技咨询工作委员会已明确将推广开发和应用小水线面双体船做为近期重点工作,根据初步掌握的市场信息推出一份"潜在用户对小水线面双体船系列的需求预测表"共有9种系列,其中,4种在25节以上,5种在20节以下,排水量复盖100-3000吨,详见表5,可供国内外造船开发单位和海事用户单位参考,如能集中力量针对市场逐型开发,将大有可为。希望提出指正,并加强相互联系。
M 船型介绍


M船型是圣地亚哥M船舶公司已经申请了专利的创新性船型设计。之所以称为M船型,


主要是字母M形象地表示出了这种新船型的船体结构。它主要由三部分组成。字母M的中间部分是主船体部分,主要用来排水,为船体提供浮力。字母M的两个脚则是船体的两个围壁,其主要作用有些类似于气垫登陆艇的围裙,起着密封的作用。字母M的中间空白部分则是空气通道。

  

在M船型高速航行时,主船体的艇首部分,也就是字母M中间的尖头部分产生的首波能量可以将空气通道中的空气进行压缩,鼓入两个通道中间。由于通道已经密封,通道中的空气在压力作用下,由艇首至艇尾产生螺旋式的运动,形成了一个封闭式的空气气垫.从而将船体进行抬升,减少了舰艇的尾迹,使得舰艇能够快速平滑地航行。

  
从船体结构上看,M船型与三体船型有些相似。两者都由三部分组成,因而相对于单体排水船型,M船型的稳定性更好。M船型和三体船的主船体部分都是用来排水,提供浮力,两侧的片体能为船体提供一定的平衡力,不同的是,M船型的围壁还能起到密封的作用。

  

从原理上看,M船型的原理跟侧壁式气垫船有些类似。但M 船型充分利用了舰艇高速航行时艇首产生的能量,形成气垫,对船体进行抬升,减少了侧壁式气垫船所需的气垫风扇系统,从而减少了舰艇的自重,增加了舰艇的有效载荷,使得其有效载荷能够占到排水量的43%。同时M船型利用船型结构自然形成了密封的气垫,减少了气垫船对围裙的需要,从而免除了气垫船经常需要更换围裙的麻烦。

  

俗话说,任何事物都有两面性。M船型由于形成的不是真正的气垫,不像全垫升气垫船具有软性的气垫,因而它和侧壁式气垫船一样,不具有两栖性。

  

一般来说,舰艇在航行时船首产生的波浪是不可避免的,而这种波浪产生的兴波阻力是船舶阻力的主要组成部分。人们在设计船舶时,都会尽量减少船首的波浪,以减少阻力。M船型则另辟蹊径,充分利用了船首产生波浪能量,将波浪能量转化为一种空气压力,类似于鼓风机的作用,在围壁的密封下,形成一个气垫,从而抬升船体。

  

M船型形成的气垫,使得船体部分脱离水面,船体与水的接触部分就减少,船体的粘性阻力也因此减少,增加了舰艇的推进效率。

  

传统单体排水船型都会存在一个阻力峰值,也就是在速度达到某一定值后,无论功率怎么增加,舰艇的速度也不会再增加了。M船型融合了气垫船的原理,不完全依靠排水来航行,因而它可以较为容易地突破阻力峰值,不受排水船型速度的限制,速度能够达到50节以上。

  

M船型还有一大优点就是具有良好的适航性。坐过高速快艇的人可能都有体会,快艇在起伏不定的波浪中航行时,容易产生垂直加速度,形成较强震动,一般很难承受,容易造成人员受伤。在美国海军中,因快艇受伤或者致残的事件也屡见不鲜。M 船型则能减少在恶劣海情下高速航行时50%的航行震动,从而大大改善了船员乘坐的舒适性。

  

M船舶公司在M船型的基础上,进一步发展了双M船型。双M船型的结构类似于两个M字母组合在一起,其原理与M船型基本相同。双M船型或者多M船型主要适合于大型的舰艇,使得M船型的应用范围不再仅仅局限于小型快艇。M船舶公司进行的测试表明,采用多M船型产生的抬升力可以抬升船长为45.7米,船宽为27.4米的大型舰艇。

  

最早的M型船是专为在威尼斯的水道上航行设计的、长19.8米的“水上的士”,主要是减少高速航行产生的波浪对威尼斯水上建筑的侵蚀破坏。由于它既能高速航行,又可减少航行时带来的波浪影响,引起军方对这种新船型的兴趣。当然,新船型从民用转为军用,不是一个简单的过程,也并不是任何新船型都适合作为军用。为了减少新船型的应用带来的技术风险,美国军方一般会选择建造较小的舰艇,比如这次出资建造的“短剑”号,长为24.4米,宽为12.1米。对新船型不断进行投资,探索这种新船型的军事用途,不仅为美国未来的舰船发展储备了技术,同时也推动了新船型技术的发展。
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