薛智友

江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江212000

0 引言

近年來,人們對(duì)高性能船舶越來越重視,多體船無不是高性能船舶的新寵。其中,多體船型包括雙體船、三體船、五體船及各種多體小水線面水翼復(fù)合船型。多體船憑借著優(yōu)良的穩(wěn)定性、較小的航行阻力及廣泛的上甲板布置面積等優(yōu)勢(shì),一度成為目前性能船舶研究的熱點(diǎn)。

1 發(fā)展概況

1.1 發(fā)展歷史 三體船(Tri maran)是世界各國對(duì)船舶的航行效益及性能的更高追求,是人們對(duì)高性能船型探索的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)物。三體船的研究最早起于20世紀(jì)90年代,至今也僅僅30年有余。在海上軍備實(shí)力的不斷發(fā)展中,諸多艦艇巡航設(shè)備及現(xiàn)代化武器不斷顯現(xiàn),以及海上直升機(jī)為了能夠在船舶上實(shí)現(xiàn)升起降落,就必須具有廣闊的升降面積和安全距離,這就導(dǎo)致船舶對(duì)上甲板布置面積的需求不斷增加。但是在單體船舶中,要想實(shí)現(xiàn)上甲板布置面積的增大,就務(wù)必要增加船舶的體積和長(zhǎng)寬比。所以單體船型在滿足較大軍事裝備安裝空間的同時(shí),要付出航行阻力的增加和航速性能的丟失,并且還要伴隨著更高的制造成本。對(duì)此,三體船的概念也由此產(chǎn)生。

20世紀(jì)90年代英國、美國、日本等軍事強(qiáng)國陸續(xù)展開對(duì)三體船船型的研究。90年代末,英國投入巨資參與三體船在軍艦領(lǐng)域的研究,于2000年8月“海神”號(hào)(RV Triton)由沃斯珀·桑尼克羅夫特公司建造,在英國南安普敦下水試航?！昂Ｉ瘛碧?hào)的建成將是三體船研究的重大里程碑。此后,美國除與英國共同研究三體船船型的同時(shí),自主設(shè)計(jì)研發(fā)出三體戰(zhàn)艦“獨(dú)立”號(hào)瀕海戰(zhàn)斗艦(LCS2),也是世界上第一艘真正意義上具有實(shí)戰(zhàn)效益的三體軍艦。2013年,被稱為全世界最驚艷游艇的“阿達(dá)斯特拉”號(hào)(Adastra)問世,從軍事到商業(yè)化豪華游艇的跨越無不體現(xiàn)出三體船型的舒適性、穩(wěn)定性、實(shí)用性等性能被世界認(rèn)可,未來無疑擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 復(fù)合船型研究 對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)合船來說,首先要在多種船型中選擇一種最適合的船型,就要運(yùn)用船型評(píng)級(jí)的問題,目前常用的主要有層次分析法和模糊綜合評(píng)判法兩種船型評(píng)級(jí)方法,還有將兩者結(jié)合得到的模糊層次分析法等。

其中模糊綜合評(píng)判法(Fuzzy comprehensive evaluation method)的特點(diǎn)是能夠使人類在思維的判斷時(shí)起到相對(duì)自然的主動(dòng)性和模糊性。這種方法能將諸多不確定性因素進(jìn)行綜合后做出更為合理的評(píng)價(jià)。因此選用模糊綜合評(píng)判法來進(jìn)行船型選型。

表2.1高性能船各影響因素隸屬度

設(shè)船型優(yōu)劣程度為C,其計(jì)算公式如下:

C=a1η(u1)+a2η(u2)+a3η(u3)+…+a9η(u9)

上述船型經(jīng)過該計(jì)算公式最終計(jì)算后可得,小水線面三體船相比其他船型是得到更高的得分最優(yōu)船型,這也就引發(fā)出一種新型高速三體船型——小水線面中體三體船(TRISWACH)。它具有和細(xì)長(zhǎng)型三體船相似的三潛體排列構(gòu)造,但區(qū)別在于小水線面中體三體船的兩側(cè)潛體為細(xì)且長(zhǎng)的小潛體,而中部潛體采用由一個(gè)扁薄立柱與一橢圓狀潛體相連,并且將提供主要浮力的橢圓形潛體藏在水面之下,僅令扁薄立柱與水面相互接觸,從而有效減小興波阻力和濕表面積。與細(xì)長(zhǎng)型三體船相比,可以在提供更多有效載荷的前提下,提高航行效率和上甲板布置面積。是世界當(dāng)前對(duì)高效復(fù)合船型探索的熱門。

2.2 船體性能研究 自20世紀(jì)90年代三體船問世以來,人們不斷的對(duì)三體船的各方面性能進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化。在英國“海神”號(hào)三體試驗(yàn)艦正式下水后,于21世紀(jì)初在英國索倫特海峽試航長(zhǎng)達(dá)一年半。試驗(yàn)中,數(shù)百個(gè)傳感器用來測(cè)量船殼各部位的受力情況和性能狀況。意大利對(duì)高速三體船采用系統(tǒng)化的船舶水動(dòng)力理論計(jì)算和轉(zhuǎn)化模型試驗(yàn)研究。

國內(nèi)對(duì)三體船的性能研究中,王中等根據(jù)薄船理論和線性興波阻力柯欽函數(shù)的線性疊加原理,推導(dǎo)出了三體船的線性興波阻力薄船理論公式。伊木蘭等以某復(fù)合小水線面三體船為例進(jìn)行了研究,在粘流理論的基礎(chǔ)上,利用CFD技術(shù),探討了該類船型的阻力和波浪中運(yùn)動(dòng)性能理論預(yù)報(bào)方法。關(guān)于三體船的快速性中現(xiàn)存文獻(xiàn)較少,側(cè)面體現(xiàn)出國內(nèi)對(duì)于三體船快速性理論研究中略顯欠缺,因此對(duì)三體船快速性的設(shè)計(jì)試驗(yàn)在以后研究中是一個(gè)需要更深入研究的課題。

3 發(fā)展趨勢(shì)

水動(dòng)力性能優(yōu)越、興波阻力小、穩(wěn)定性強(qiáng)、上甲板布置面積大等特點(diǎn),無疑是三體船船型在未來能有更遙遠(yuǎn)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)支柱。隨著現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展,國內(nèi)外對(duì)船舶的船型設(shè)計(jì)和性能研究技術(shù)也走上成熟,在未來三體船將會(huì)伴隨時(shí)代成為海洋產(chǎn)業(yè)較完善的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)物。復(fù)合船型的研究及無人艇技術(shù)的充分應(yīng)用,智能化和自主化程度不斷提高,長(zhǎng)時(shí)間的自主航行且執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)的課題現(xiàn)已突破。對(duì)今后在軍事領(lǐng)域包括偵查,巡邏,反潛,信息搜集等,民用領(lǐng)域的水文信息,水質(zhì)監(jiān)測(cè)等方面三體船船型都表現(xiàn)出龐大的潛力。