2014-学生-船舶工程概论2-2

近二十多年各种交通工具不断地向高速化发展,而现在一般商船:15~20节,高速大型客船33~35节。速度提不高的原因:（1)水具有比空气大800多倍的密度。（2)要提高航速,主机功率就会急剧增加（而当船航速超过一定范围时）。2.4高性能船舶与船型发展

减少船与水的阻力(包括兴波阻力,摩擦阻力)以期获得较高航速，仍在如下一些方面进行不断探索：

（1）改进船体线型或提高推进效率。（2）在船与水之间形成一个空气隔层。（3）把主船体抬出水。（4）主体完全沉入水下。2.4高性能船舶与船型发展

高性能船舶：以现代流体力学理论为基础，采用先进的推进、传动、控制、新型材料等多方面高新技术、有别于常规排水船型，并以高速度、高适航性、高效费比为只要标志的特种船艇。2.4高性能船舶与船型发展

高性能船舶（按其不同船舶原理）分：

以机翼理论为基础的水翼艇、以气垫理论为基础的气垫船，以机翼贴近地面或水面运动产生增压效应理论为基础的地效翼船、以流体动压力理论为基础的滑行艇、以耐波理论发展起来的小水面船，以及双体、多体船排水型船和复合型船。2.4高性能船舶与船型发展

一、高性能包括多种船型：1．静水力支撑a)高速单体船（含深V型等型）

b)高速双体船（含穿浪型）

c)小水线面双体船

2、水动力支撑型（滑行艇、水翼艇）

3．空气静力支撑：气垫船（全浮，侧壁）

4．空气动力支撑型：地效应船2.4高性能船舶与船型发展

二、性能包括：１．机动性（快速性、操纵性等）2．两栖性（空海、陆海、越障能力等）

３．适居性（平台的稳定性、摇摆的缓和性等）４．经济性(效费比高、军民兼容、寿命长）5．安全性（生命力强、抗沉性能好、防火、救援等）6．可用性(可靠性高、维修简便、支援保障容易)

7．隐身性(形隐身、声隐身、光隐身、电磁场隐身、电磁波隐身等）2.4高性能船舶与船型发展

滑行艇:航行速度在，艇体重量几乎全由作用在艇底的流体动升力所支持的高速艇。这种艇与过渡型快艇相比，航速范围更高。滑行艇具有尖舭的特殊形状，使艇进入滑行状态比较容易。2.4.1滑行艇

滑行艇艇体所获得的流体动支持力与艇体尺度的平方成正比，而艇重则与尺度的立方成正比。因此只能限于小型的“艇”上，即长度不大于40~50米的船。2.4.1滑行艇

滑行艇海军用作鱼雷艇、导弹艇、侦察艇、巡逻艇等。民用方面用作运动艇、交通艇等。缺点：耐波性较差，在波浪中底部冲击严重，失速较大，不适于在大风浪中航行。2.4.1滑行艇

滑行艇的横剖面一般为尖舭型，其型线特征为：(1)艇体长度比(L/B)较小。目的在于提高滑行面的水动力性能(2)后体的纵剖线较平坦。有力于提早进入滑行状态和减少高速水流的能量损失。2.4.1.1单体滑行艇的船型特点

(3)底部和舷侧相交处形成折角线，使艇底向舷侧方向的喷溅水流尽快脱离舷侧，减小阻力，同时也有利于艇体上抬，提早进入滑行状态。(4)艇底横剖面保持一定的横向斜升角。从阻力性能，底部斜升角越小，升力效应越好，但在波浪中将会引起严重的砰击。一般艇首的横向斜升角较大，有利于缓和波浪中砰击；而尾部在波浪中砰击要比首部小得多，主要考虑阻力性能，可取较小的斜升角甚至接近零度。2.4.1.1单体滑行艇的船型特点

(5)采用方尾。以利于高速时水流尽早脱开尾封板，避免水流升到尾甲板上，也可降低阻力和防止螺旋桨处吸入空气。(6)在水线面上水流进角较小。减小首部兴波阻力。2.4.1.1单体滑行艇的船型特点

按滑行艇的艇底纵向形状不同分:

无断级滑行艇和断级滑行艇。单断级滑行艇断级可在整个艇长范围内设一个或多个，一般军用或民用滑行艇常用一个断级，只有一些竞赛艇才用多个断级。单断级通常在舯部。断级艇在风浪中的耐波性较差。2.4.1.1单体滑行艇的船型特点

水翼艇：全部或部分艇体重量由安装在艇底下的水翼所产生的水动力升力来支持的高速快艇。水翼艇艇体被抬出水面，几乎不受波浪影响。它具有航速高、适航性好、尾波小等特点。主要优点：兴波小，阻力低；波浪中失速小；耐波性好。缺点：艇体下有水翼，不适用浅航道，水翼宽大于船宽，靠码头有些不便，为减轻主机重量常采用高速内燃机或燃气轮机，使用寿命短，对燃油要求高，经济性较差。2.4.2水翼艇

目前，水翼艇技术被广泛地用于导弹艇、护卫艇、猎潜艇、巡逻艇。俄罗斯不仅坚持发展水翼鱼雷艇、导弹艇，而且积极应用于江海客运。2.4.2水翼艇

水翼艇航速一般为45~50kn。水翼艇航速超过60节的艇很难避免产生空泡，因此水翼艇的航速一般不超过100节。2.4.2水翼艇

艇体线形与滑行艇线形相近。一般常用的线型为折角线形。2.4.2.1船体线型低折角线及凹形前部切面2.4.2.1船体线型深折角线及凸形前部切面

水翼系统主要有：

单水翼系统和双水翼系统。只在艇首部装水翼，航行时首部艇体由水翼支撑脱离水面，而尾部仍在水中滑行，称为翼滑艇（也称单水翼艇）。艇的前后装有水翼，航行时艇体完全离开水面，称为双水翼艇。2.4.2.2水翼系统

1.翼滑艇的水翼系统翼滑艇只在艇首部安装水翼。一般选用浅浸水翼。艇航行时吃水浅，又必须与艇尾部滑行面一起工作，在提高适航性方面不能不受到限制。2.4.2.2水翼系统

双水翼系统，按前后水翼负荷不同，有飞机式、串列式和鸭式。水翼负荷由水翼距艇重心的距离而定。前翼负荷为艇重的65%以上，即尾翼至艇重心的距离与两水翼距离之比la/l≥0.65，称为飞机式配置。后翼负荷为艇重的65%以上，鸭式配置。前后负荷大致相等，称为串列式配置。2.4.2.2水翼系统

水翼种很多,通常分：

割划式水翼和全浸式水翼。

2.4.2.3水翼的类型

1.割划式水翼艇割划式水翼艇是航行时水翼割划水面。割划式水翼通常为V型或阶梯形，也有环行等。

水翼的前视形状(1)阶梯形翼（图a);(2)梯形翼（图b)；(3)弧形翼（图c);(4)平翼（图d);(5)V形翼（图e)。

水翼的前视形状2.4.2.3水翼的类型

梯形翼一般由平翼提供升力，侧翼保证稳性，升阻比一般比V形翼高；V形翼在波浪中翼航时，冲击比梯形翼；梯形翼具有很大的风浪中翼航能力，但由于刚性太大，波浪中颠簸剧烈，且结构复杂，干扰阻力大，在实船上一般不用。2.4.2.3水翼的类型

割划式水翼的部分翼板具有上翻角，艇航行时，具有上翻角的翼板割划水面，若浸深发生变化时，水翼工作面也要改变，改变升力，使水翼能恢复到初始平衡位置。优点：自稳性好，不用自控系统艇能在静水和较小的风浪中稳定航行；它有翼面积储备，有利于艇的起飞，并增加了翼航速度范围，改善了风浪中爬浪性能和翼航能力；艇在锚泊或排水航行时，较大的上翻翼增加了运动的阻尼，减少了艇的摇摆。2.4.2.3水翼的类型

缺点：产生升力的部件割划水面，对波浪的干扰较敏感；风浪中翼航无自控时，摇摆和垂向加速度都较大；并增加了喷溅阻力，降低了升阻比；这种水翼比全浸式水翼重量和跨度都较大，故收放复杂。2.4.2.3水翼的类型LY1型水翼船“南星”号高速自控水翼船

2.全浸水翼翼板全部浸没在水中，只有不产生升力的支柱割划水面，称为全浸式水翼。没有自稳性，必须借助控制系统才能保证运动的稳定性。对波浪的干扰不太敏感，具有足够的浸深，具有优异的适航性，较易实现水翼上翻。一般在排水航行或停泊时，需将水翼上翻或收缩起来。2.4.2.3水翼的类型

1.民用水翼艇在内河、港湾和沿海岛屿之间营运的水翼客艇或交通艇，要求经济舒适、安全可靠、使用方便，一般采用有足够自稳性的割划式水翼系统。一般用简单可靠的直线传动推进装置。为了减小推力轴线倾斜角，要求机舱向前布置，重心偏前，一般用飞机式水翼系统较多。国外也有全浸式鸭式配置的自控水翼客船，可在风浪较大的海区航行。2.4.2.4水翼系统的选择

2.军用海洋水翼艇军用水翼艇，要求能在风浪较大的海区作战使用，对抗风浪能力要求较高，采用深浸式水翼配自控系统。主机宜布置偏后。整个艇的重心偏后，水翼系统采用鸭式配置较为有利。也有采用飞机式配置。水翼需要上翻或收缩。水翼系统和水翼形式的选择需要综合各方面因素，衡量利弊后择优选取。

2.4.2.4水翼系统的选择

近二十多年来，我国在理论上，实践上，进行了不断探索，使气垫船得到迅速发展。它解决了水翼艇航速低，吨位小和适航性差的问题。

气垫船：利用船上的垫升风机将压缩空气压入船底，在船底与水面或地面之间形成气垫，使船体全部或大部分垫升航行的高速船。2.4.3.气垫船

原理：靠升力风扇把压缩空气打入气束，从气束周边喷流射口射出而形成气垫，将船体全部抬出水面。要求在船底四周安装了柔性围裙（全垫升）,以防止气流逸出,保证形成一定厚度的气垫。气垫船分：全垫升式气垫船和侧壁式气垫船。1.全垫升式气垫船全垫升式气垫船分：全垫升式两栖型气垫船和全垫升式非两栖型气垫船。2.4.3气垫船

（1）全垫升式两栖型气垫船全垫升式两栖型气垫船的船底四周用柔性围裙封闭全，用空气螺旋桨推进。特点:在水面、陆地、沼泽地、沙滩，并具有良好的通过性：a)飞越一定的宽度壕沟；b)跨过一定宽度的垂直障碍；

c)爬过一定角度斜度。可用做短途客车、渡船及军用方面,航速80~100Kn。2.4.3气垫船

缺点：1、噪音大（在海面60Kn，陆地40Kn时，噪音大，使人无法忍受）；

2、遇大风时操纵困难，在波浪中失速大，空气螺旋桨推进效率低，因而限制了向大型发展。2.4.3气垫船2.4.3气垫船（2）全垫升式非两栖型气垫船全垫升式非两栖型气垫船的船底四周用柔性围裙封闭，采用超空泡水螺旋桨或喷水推进。优点：推进效率高，噪音小，建造吨位比两栖型气垫船大。缺点：只能在水中航行。2.4.3气垫船

海军用作登陆艇、扫雷艇、布雷艇、导弹艇、反潜舰艇、巡逻艇等。民用方面用作民用运输、油田工作、冰山使用、工作艇等。气垫船2.4.3气垫船

地效应船是利用空气动力的地面效应（动态气垫）得到支持力。原理：当艇高速航行时,迫使气体流入艇与水面之间,空气被强烈的阻滞,使翼面下的压力增高,形成动态气垫,使艇支持在水面以上一定距离的空气中完全摆脱了水面。2.4.4地效应船

优点：1.超低空、高航速、两栖性、比一般飞机有更大装载量与经济性。2.具有独特的超低空飞行本领（0～50m空中飞行）。3.速度：60～200Kn（与直升飞机速度相当）。4.两栖性和抗风能力。2.4.4地效应船

与飞机的区别:飞机靠机翼产生升力支持机体在空气中。地效应船靠地面效应支持。地效应船是利用机翼表面效应产生的气动升力支持艇重航行的高速船。

2.4.4地效应船

最大特点是飞机的快速性和船舶的经济性。适用于海上高速客货运输，战时可作军事用途。俄罗斯“雌鹞”级地效翼导弹艇，1989年服役，该艇总重370~400吨，航速300节，最大航程可达3000海里，携带6枚SS-N-22反舰导弹。2.4.4地效应船

水翼艇和气垫船的共同缺点:

1)受风浪影响大2)适航性差

目前常规双体船的耐波性也较差。研究表明：如果减小船水线面积，将大部排水体积移至远离水线面