[科普中国]-小水线面双体船

简述

小水线面双体船，亦称半潜双体船。20世纪70年代为改善船的耐波性而研制成功的一种新船型。因其水线面积仅相当于排水量相同的普通船只的1/4左右而得名。由水上平台、水下浮体和穿过水面的支柱3部分组成。

小水线面双体船的排水容积大部分深浸于水中，支柱的水线面积很小，可大大减小兴波阻力，并使海浪的干扰作用明显减弱，从而减少船在波浪中的摇荡运动和波浪拍击，其耐渡性优于普通船型和一般双体船。同时具有双体船的各项优点，即甲板面积大；稳性、操纵性、高速时的快速性均优于普通船型。但其低速时的功率消耗较大，吃水较深，为保证其纵向运动稳定性需加装自动控制水平鳍，增加了技术的复杂性和造价。2

发展早在19世纪就有人提出小水线面双体船的设想，而世界上第一艘小水线面双体船直到1973年才建成，即美国“卡玛林诺”(Kaimalino)号海上靶场试验保障船。陔船主要用于监测火箭飞行轨道，打捞和回收返回地球的弹头数据舱等。其使用经验表明，小水线面双体船具有适应恶劣海况的特点。20世纪70年代以后，小水线面双体船在各国得到了迅速发展，使得各种类型和用途的小水线面双体船纷纷问世。2001年4月，我国第一艘小水线面双体船交付使用，该船为一型海关监管船，主要用于珠江口执行反走私任务。

1．世界各国发展小水线面双体船的概况

世界上小水线面双体船自20世纪80年代开始迅速发展，应用繁多。按功能划分，海上作业用得最多；交通客运和油田服务次之；军用靶场保障、水声监听为第三；旅游娱乐为第四；其他用于试验演示。

美国1983年建成的“海影”号，是隐身先进技术演示船，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的重要地位；1991年建成的“胜利”号，是世界上首次成批建造的小水线面双体船；1998年建成的“完美”号，排水量和拖带水声阵的能力都加大，耐波性更好，作为美海军对核潜艇监视的勤务保障船。在高速小水线面发展的过程中还出现了四支柱、四潜体小水线面船“SLICE”号。SLICE的基本设计目标是在保持SWATH原有耐波性能的前提下减小阻力，提高航速。

日本、韩国等国在开发小水线面双体船上的起步时间不同，水平也有差别。日本采取试制、试用、营运，再开发、再推广、再提高完善的技术路线。其海鸥2型高速客运渡船基本上达到全海候运营。从20世纪90年代起，日本还建造了水声监听船，韩国建造了试验保障船，英国建造了军用交通艇，德国建造了水下系统研究试验船，芬兰建造了世界最大的万吨级小水线面双体豪华旅游船。

2．小水线面双体船在我国的应用

我国从20世纪70年代中期开始进行了SWATH船型的研究，并先后由多人对其阻力、耐波性、纵向稳定性进行了研究。中国船舶科学研究中心与大连理工大学借助其试验环境，进行了SWATH船型优化与阻力性能研究、耐波性能以及纵向运动稳定性的研究，并进行了大尺度船模试验。中国舰船研究设计中心、中国船舶科学研究中心和中国船舶及海洋工程设计研究院则开展了军用与民用方案的设汁应用设计研究。2004年，中国舰船研究设计中心与中国船舶科学研究中心联合设计了1500t小水线面双体工作船。该型船潜体为变截面，采用双机、双桨、双舵、前后双鳍，采用电力推进系统，是国内首艘进行电力推进的小水线面双体船。3

构造小水线面双体船的上船体（亦称箱体）的建造材料一般为钢结构、铝合金或玻璃钢。

由于不必过多地考虑阻力性能，上船体通常采取相对容易建造的简单造型，外形一般呈长方形，内部设置舱室，顶部为宽阔的甲板平台，可根据不同的功能要求布置有效载荷这些载荷可以是各种设备、武备、舱室、直升机或集装箱货物等下潜体（又称下船体）为两个彼此平行而且相互对称的流线型箱体结构，尾部装有推进器．正常航行时这两个下潜体没入水中，小水线面双体船的主要浮力由下潜体提供推进器或推进器传动机构、稳定鳍的控制执行机构以及各种油水舱一般也都布置在下潜体内，支柱体横截面为流线型。它从下潜体向上穿过水面与上船体连接、将上船体与下潜体构成了一个整体。支柱体也是上、下船体之间的联系通道。4

优点小水线面双体船的主要优点有：

(1)耐波性好。远离水表面的下潜体占小水线面双体船排水量大部分，当它在波浪中航行时，所受到的波浪扰动力比常规单体船和常规双体船小很多。所以，小水线面双体船的耐波性比同等排水量的单体船好，且横摇周期长，经实船验证小水线面双体船千吨级的横摇周期与万吨级的单体船相当，横向运动小。另外，小水线面双体船的几何形状变化调整空间大，这与单体船是不同的，设计人员可以通过改变下潜体的几何形状、重量分布等多种手段，调整小水线面双体船的垂荡、纵摇和横摇运动固有周期来避开海区中波浪出现频率高的周期，从而降低其在海上的运动响应。

(2)推进效率高。小水线面双体船螺旋桨安装在水下潜体尾部，螺旋桨工作区域伴流均匀，使得船身效率较高。另外，该状态下螺旋桨浸深较大，螺旋桨直径几乎不受限，大直径和低转速螺旋桨的使用提高了推进效率。

(3)宽大的甲板面积。小水线面双体船其甲板面积比同等排水量的单体船要大很多，这有利于设计人员根据需要进行总体布置优化。

(4)操纵性好。小水线面双体船的水下潜体与支柱相连的结构形成，使得水下侧面积大，有效保证了航向稳定性。此外，小水线面双体船一般为双桨船，两个横向距离较远的螺旋桨正反转时产生回转力矩较大，故回转性较好。

(5)横稳性好。尽管小水线面双体船支柱的水线面较小，但由于两支柱体的间距大具有较大的复原力矩，故横稳性很好。3

缺点小水线面双体船的主要缺点有：

(1)纵稳性较差，单体船纵稳心高远远大于横稳心高，而小水线面双体船因支柱断面小其纵倾恢复力矩仅为单体船的10%～20%。所以小水线面双体船的纵稳性也是必须考虑的一个因素。

(2)纵向稳定性较差，小水线面双体船在较高速度航行时，水动力引起的纵向埋首力矩Monk力矩与其纵向恢复力矩不能平衡，故极易产生纵向不稳定，为此必须增加首尾鳍来平衡。

(3)小水线面双体船的空船重量与同等排水量的单体船要大，装载量相对减少。此外，由于水线面面积较小，较小的载荷变化(例如航行中燃油的消耗)会引起吃水的变化较大，这大大增加了技术复杂性和可靠性。

(4)湿面积大，摩擦阻力较大。小水线面双体船的湿表面积与同等排水量的单体船相比增大80%左右。故小水线面双体船低速航行时。由于摩擦阻力所占比例较大，其总阻力也较大。

(5)机器设备布置维护与检修比较困难，主要是因为水下潜体与支柱体内部空间狭小。小型的小水线面双体船由于其下潜体容积小，难于布置主机，故将主机设于上船体内，通过垂直传动来驱动螺旋桨，这增加了技术复杂度。3