双体船模型1

⾼速穿浪双体船船型及性能研究_何义（1）⾼速穿浪双体船船型及性能研究*何义赵连恩(哈尔滨⼯程⼤学船舶与海洋⼯程系,哈尔滨150001)摘要穿浪双体船(WPC)是在⼩⽔线⾯双体船和⾼速双体船的基础上发展起来的⼀种新型⾼性能船,它保留了SWATH 船型的低阻⾼速、甲板⾯积宽敞等优点,同时融合了深V 船型优良耐波性作者对穿浪双体船的船型及阻⼒和耐波性等⽅⾯进⾏了研究关键词穿浪双体船;耐波性;阻⼒分类号 U 661.3Study of Form and Performance of High SpeedWave Piercing CatamaranHe Yi Zhao Lianen(Dept.of Naval Architecture and Ocean Eng.,Harbin Eng ineering U niversity ,Harbin 150001)Abstract Wave piercing catamaran is a new type of high speed multi-hull ship w hich is different from conventional high speed catamaran.In this paper the hydrody -namic research of w ave piercing catamaran is described.It includes the study of resis -tance and seakeeping perform ance.The results are compared w ith those of round-bilge and deep-Vee hulls.Key words wave piercing catamaran;seakeeping;resistance图1 艇体型线图0 引⾔穿浪双体船(WPC)是80年代在⼩⽔线⾯双体船(SWATH)和⾼速双体船的基础上发展起来的⼀种新型⾼性能船,它保留了SWATH 船型的低阻⾼速、甲板⾯积宽敞等优点,同时融合了深V 船型优良耐波性,克服了SWATH 船⽚体⽆储备浮⼒和空间⼩等缺点因此WPC 具有⾼效节能,综合性能优良,建造⼯艺简单,使⽤成本低,技术风险⼩等特点,已为许多先进国家所采⽤[1]收稿⽇期:1996-05-31* 船舶⼯业国防科技预研基⾦资助项⽬责任编辑:刘⽟明第18卷第4期哈尔滨⼯程⼤学学报 Vol.18, .41997年8⽉ Journal of H arbin Engineering University Aug.,19971 性能与船型1.1 主尺度及⽚体形状在排⽔量已确定的情况下,选择穿浪双体船的长宽⽐L /B ,或确定修长系数L / 1/3,应以付⽒数F 为根据,在F =1.0~3.0的过渡航态范围,其修长系数越⼤则对阻⼒性能越有利,因此相应的长宽⽐L /B 值就越⼤穿浪双体船的容积付⽒数通常在1.5~2.5的范围,较⼤的修长系数可获得较好的阻⼒性能⽚体采⽤深V 形的横剖⾯形状,艏部龙⾻甚⾄可下沉到基线以下,以增加V 形的程度,形成极深V 形,可避免艇艏底部出⽔,从⽽减⼩波浪的拍击⽔线进⾓,根据付⽒数和结构⽅⾯的允许,取得越⼩越好对⾼速轻型穿浪双体船艉底横向斜升⾓,可以根据阻⼒性能和耐波性能来确定,通常采⽤较⼩的的值可获得较⼤的动升⼒,能提⾼艇的快速性能,同时有利于采⽤喷⽔推进器但对于航速较低、排⽔量较⼤的⼤型穿浪双体船,采⽤使后体变平来产⽣有效升⼒的⽅法是不可取的,这是因为升⼒正⽐于尺度的平⽅⽽排⽔量正⽐于尺度的⽴⽅这不仅不能获得所谓的滑⾏特性,改善阻⼒性能,反⽽会使耐波性恶化因此,对于此类船可以采⽤较⼩的艉端收缩系数和较⼤的艉底部横向斜升⾓ 1.2 浮体⼲舷与常规双体船相⽐,WPC 具有较⼩浮体⼲舷,尤其在艏艉两端,⼲舷⼤幅度减⼩,甚⾄为负值,这使得浮体的储备浮⼒沿船长具有合理的纵向分布,以减⼩船体对波浪运动的响应,避免发⽣失速这使穿浪双体船在波浪中具有较⾼的航速,提⾼耐波能⼒,改善船体运动性能,在较⾼的海情下减⼩晕船率,能正常使⽤和发挥武备的威⼒1.3 连接桥和中央船体的形状连接桥和中央船体的形状与船舶在波浪中的运动性能有密切关系连接桥的形状关系到储备排⽔量的分布,因此影响到穿浪双体船的航态控制和耐波性能连接桥的⽔线⾯尖瘦,能提供的附加储备浮⼒很⼩,特别是在靠近艏艉端部连接桥采⽤拱形的横剖⾯形状,有利于减⼩波浪对船体的冲击作⽤,也有利于船体的横向强度中央船体在艏部的龙⾻采⽤下垂的形式,横剖⾯呈深V 形,可缓和在⼤波浪中中央船体艏底部所受到波浪的砰击,同时提供附加的储备浮⼒在⼀般海情下,中央船体不与波浪接触,只有在很⼤的海浪中,其图2 剩余阻⼒系数曲线附加的储备浮⼒可防⽌由于浮体的储备浮⼒不⾜,⽽使船艏过于陷⼊波涛中,以⾄甲板上浪或发⽣埋艏现象1.4 浮体间距浮体间距增⼤,当F r <0.5时,对于静⽔阻⼒的影响,规律性不太明显;当F r >0.5时,⼀般对静⽔阻⼒有利,对耐波性也有利,间距越⼤对艇在横浪中的运动越有利,可使其横向和纵向加速度明显减⼩,特别是在较短横波长的情况下更为有利同时,使甲板⾯积增⼤,有利于舱室布置9 第4期何义等:⾼速穿浪双体船船型及性能研究图3 阻⼒⽐较和甲板载货但是过⼤的浮体间距对船体的横向强度不利,使艇的结构重量增加2 船模试验及结果2.1 船模尺⼨及试验状态试验模型为玻璃钢材料制作,外观光滑平顺,尺度为船模总长1.740m ,⽔线长1.560m ,总宽0.744m ,⽚体宽0.136m ,吃⽔0.036m ,型线图见图1 2.2 试验数据处理2.2.1 阻⼒试验及数据处理阻⼒试验在静⽔中进⾏,试验前对模型重量、吃⽔和浮态等参数进⾏了严格调整,完成了三种排⽔量时,不同航速下阻⼒的测量试验结果见图2 将阻⼒曲线换算成600t 实船的阻⼒曲线,并与同吨位单体船进⾏⽐较,见图32.2.2 耐波性试验及数据处理试验前对重⼼位置和纵横向惯性矩进⾏了仔细调整和校验,完成了迎浪航⾏三种航速不同波长的试验,同时测量记录了纵摇、升沉、艏加速度、艉加速度、波浪增阻,还完成了正横波浪中静⽌横摇试验,测量记录了横摇、升沉值,试验结果见图4,其它结果见⽂献[2] 为了解实船在⼀定海情下的耐波性,需将船模在⽔池规则波试验结果换算成不规则波条件的运动响应,采⽤ITTC 单参数谱,根据试验值可确定幅频响应函数,从⽽计算出不同有义波⾼和航速下对应的运动有义值,计算通过编程在微机上完成图4 耐波性试验曲线3 理论计算由于穿浪双体船⽚体间距⽐较⼤,如计算迎浪情况,可忽略⽚体间的相互影响,细长的⽚体较好地满⾜了切⽚理论的假设,可采⽤切⽚理论进⾏耐波性计算10 哈尔滨⼯程⼤学学报第18卷(a +A 11) Z +A 12 Z +A 13Z +A 12 +A 13 +A 14 =F Zc cos e t +F Zs sin e t(J +A 21) Z +A 22 Z +A 23Z +A 22 +A 23 +A 24 =M c cos e t +M s sin e t⽅程两边除2,满⾜(a +A 11) Z /2+A 12 Z /2+A 13Z /2+A 12 /2+A 13 /2+A 14 /2=F Zc cos e t /2+F Zs sin e t /2(J +A 21) Z /2+A 22 Z /2+A 23Z /2+A 22 /2+A 23 /2+A 24 /2=M c cos e t/2+M s sin e t /2式中, Z Z Z 分别为升沉加速度、速度、位移;分别为纵摇⾓加速度、⾓速度、⾓度;a 船本⾝的质量;J 船本⾝的纵向转动质量;F =F Zc cos e t +F Zs sin e t 是分解成余弦项和正弦项的升沉波浪扰动⼒;M =M c cos e t +M s sin e t 是分解成余弦项和正弦项的纵摇波浪扰动⼒矩;系数A 11,A 12 ,A 21,A 22 是流体动⼒系数,与频率有关其它符号说明参见⽂献[3]由于两⽚体完全对称,因此可按单体船的切⽚理论进⾏⽔动⼒系数计算及求解,但当对该船计算时应做湿表⾯修正,此修正应根据试验进⾏另外,由于艏部的特殊性,也应特殊处理程序说明见⽂献[4] 本计算在单体计算的基础上计算其耐波性能,包括纵摇、升沉、艏艉加速度、波浪增阻等理论计算及试验⽐较见表1表1 穿浪双体船理论计算与试验⽐较(浪⾼2.0m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830理论2.331.300.760.700.400.440.160.251.441.85试验2.481.440.850.730.600.450.240.300.951.51理论计算结果接近试验结果,可以作为迎浪时的耐波性预报4 结果分析及结论(1)由剩余阻⼒系数曲线可知(见图2),此船的阻⼒峰现象明显 F r =0.5时不利⼲扰相互叠加,剩余阻⼒达到峰值,阻⼒⽐同吨位单体船⾼10%,⽆效⼲扰点F r 0据有关资料分析,此类船为0.7附近当F r >F r 0以后,剩余阻⼒曲线明显平坦,所以对于⾼速双体船设计状态取在0.7以后与⼀般单体船⽐较,低速时阻⼒性能稍差⼀些,⾼速时阻⼒性较优(2)通过计算600t 穿浪双体船在航速18kn 和30kn ,波⾼为2.0m (4级海情)和3.5m (5级海情)下的耐波性,并与常规圆舭船及深V 船的⽐较可知(见表2,表3):低速时,由于不11 第4期何义等:⾼速穿浪双体船船型及性能研究能充分有效发挥其穿浪性能,因此耐波性较差;当⾼速时,由于船型发挥了穿浪性能,⽚体象尖⼑⼀样穿过波浪,⼩的⽚体⼲舷更增加了其过浪性能,其运动性能除升沉外,普遍优于⼀般船型表2 穿浪双体船耐波性(浪⾼2.0m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830穿浪船2.481.440.850.730.600.450.240.300.951.51深V 船2.172.100.430.570.410.580.240.372.483.06圆舭船2.752.560.650.820.620.740.300.422.632.92表3 穿浪双体船耐波性(浪⾼3.5m )纵摇/( )升沉/m 艏加/g艉加/g波浪增阻速度/kn 18301830183018301830穿浪船5.253.871.842.060.830.820.370.573.317.30深V 船4.334.541.141.470.641.030.390.655.439.08圆舭船5.135.331.461.920.831.330.450.745.779.23(3)波浪增阻在各种速度海情下均优于⼀般船型,因此,该船在波浪中可保持⾼航速通过研究表明,穿浪双体船在⾼速时是⼀种耐波性优良的船型,特别适合于车客渡船和其它对耐波性要求较⾼的船型因此,作者认为穿浪双体船是我国⾼速船发展的重要⽅向,具有⼴阔的应⽤前景参考⽂献1 赵连恩⾼性能穿浪双体船的发展与军事应⽤前景 94⾼性能船学术会论⽂西安,19942 哈尔滨⼯程⼤学新型船舶研究室穿浪双体船模型试验报告哈尔滨⼯程⼤学,19933 李积德船舶耐波性哈尔滨:哈尔滨⼯程⼤学出版社,19924 戴遗⼭船舶适航性计算⽅法船⼯科技,1977,(1)12 哈尔滨⼯程⼤学学报第18卷。

为 满 载 吃水 ， ｄ＝１ ６ ｍ；为计 算 半 波 高 ， 级 航 区 ．０ ｒ Ｂ
本模 型 坐标 系为 ： 坐标 系统 的原 点 取 在船 体 中 心线 与基线 相 交处 。ｘ轴 指 向船 首 为 正 ； Ｙ轴 由原
点 指 向左舷 为 正 ； Ｚ轴垂直 向上 为正 。
第 ３期
张
彬： 双体起重工作船 总强度有 限元分 析
等均 采用 二维 ３ ４节 点壳单 元模 拟 ， 他纵 骨 、 强 、 其 加
双体交通艇 总强度进行 了有 限元分析 ， Ｊ管义锋 、 黄涣青 、 谷家扬等 根据 《 海上 高速船人级 与建造
规 范 （０５ 》 沿 海 航 区 的 ２ ． 双 体 铝合 金 高 ２０ ） 对 ７ ６ｍ 速 客船 强度进 行 了分 析 ， 据 计 算结 果 对 船 体 的结 根 构 设计 提 出了合理 建议 。
图 ４ 有 限元模 型板厚分布 图
Ｍ， １．２ ￣ ＝ ９６ Ｃ
芝
６
２ ２ 边界条 件及 载荷 施加 ．
式 中 ： 为 横 向扭 矩 ，Ｎ ・ｎ； 。为水 线 面 修 正 系 肘 ｋ ａＣ 数， “ 按 规范 ” 中表 １ ．． ． 定 ；、 分 别 为双 体 ４６ ２３确 ６ｂ 船 片体 宽度 和 连 接 桥 宽 度 ， ｂ＝８ ６ｍ，， ４ｍ； ． ６ ＝２ ｄ
强度计 算 中发现 ， 尾部 上层 建筑 对于 强度影 响很 大 。
由于 强度需 要 ， 层 建 筑 的 部分 区 域 板 厚 从 ４ ｍｍ 上 增 厚 到 了 ６ｍｍ。
分析应 力结 果 汇 总见 表 １ 。表 中 ： 为 板 单元 中面
相 当应力 ； 为板单元 与 板格 长 边 和短 边 平行 方 向 的表 面力 ； 为表 示板 或 梁 构件 剪 应 力 。７ ０ｔ 体 ０ 双 起重 工作 船整体 变 形如 图 ５ 图 ６所 示 。 、

d 破损前的平均吃水 (m ) C B 片体方形系数 D 型深 (m ) K G 重心高度 (m ) l 破损舱舱长 X 破损舱舱长中点至船舯的距离
图3 平均破损吃水和破损舱长度, 它沿船长的位置和 渗透系数的关系
(m )
L 船长 (m )
Λ 破损舱的渗透率 计算步骤: ( 1) 参数
a ′ ′ d = f (X L . Λl L ) →Η d Η B
950 t L B = 1. 961 L b = 5. 12 b T = 1. 79
K b= 1. 61。
同时测试的海上救助拖船 ( 功率588 kW , 排水 量 880 t ) , 平均横摇角达 18° - 20° , 谐摇时达 27° 30° 。
中国船舶及海洋工程设计研究院双体船模型摇 摆试验[ 7 ] 结果见表2。 双体船横摇自摇周期随间距比 k b 增大而略有减小, k b 愈大, 如 k b> 2. 5时, 不仅 横摇角大大下降, 而且舷边加速度接近于单体船, 这 点尤为人们注意。 表 2
5级海 5级海 况下 Η况下 a 10° 0. 25 g 45° 0. 25 g
2
双体船的横摇特点是: (1) 当波长等于片体间距时, 双体船的两个片 体始终同时处在波峰、 波谷或者其他波浪斜率相同 的位置, 这时双体船只会作升沉运动而不产生横摇。 当波长等于2 ～ 3 倍片体间距时, 一个片体处于 波峰, 另一个片体处于波谷, 这时双体船横摇最激 烈。 我国沿海多此海况, 故旅客对沿海双体船持批评 态度。 (2) 双体船在大风浪中将如小木筏随波面运 动, 这时双体船最大横摇角等于最大波面斜度 180 如长波的 Κ h ≥20, 则双 h Κ( h Κ为波浪的坡度比) 。
《船舶》 1998年第1期

小水线面双体船四自由度操纵运动建模双体船是一种具有非对称外形的船舶，具有很好的生产效率和航行性能。

而为了让双体船能够更加灵活地操纵，需要对其进行四自由度操纵运动的建模，以便于控制船舶的姿态、速度和位置等信息。

下面我们来一起了解一下小水线面双体船四自由度操纵运动建模的具体过程。

一、船舶坐标系的建立首先需要建立船舶坐标系，以便于描述船舶的运动状态。

在小水线面双体船中，通常采用惯性坐标系作为参考系，船体原点位于船体的质心处。

建立船舶坐标系的过程中需要考虑船体的长度、宽度和高度等因素，并对坐标系的方向进行确定。

二、船舶的自由度在进行船舶运动建模过程中，需要考虑船舶的自由度。

对于小水线面双体船而言，其可分为四个自由度，分别为纵向、横向、滚动和偏航自由度。

其中纵向自由度是指船舶在航行方向上的运动，横向自由度是指船舶在航行平面上的运动，滚动自由度是指船舶绕纵向轴旋转的运动，偏航自由度是指船舶绕垂直轴旋转的运动。

三、船舶运动方程的建立在进行船舶的运动方程建立时，需要考虑船舶的受力情况。

根据牛顿第二定律，可得到船舶的运动方程：F=ma其中，F表示船舶所受的力，m为船舶的质量，a则是船舶的加速度。

对于船舶的受力情况，可以通过分析船舶的运动特征得出。

四、航向稳定和自动控制在进行船舶运动建模的过程中，还需考虑船舶的航向稳定和自动控制。

其中，航向稳定主要以船舶的动态、静态稳态、操纵性能的分析为主，通过设计控制系统的参数，使得船舶尽可能地满足特定的操纵要求。

同时，还需分析船舶受到的风、流等外界因素的影响，进而确定船舶的理论最佳航线、最优操纵方法等内容。

总之，小水线面双体船四自由度操纵运动建模是一项非常复杂的工作，需要对船舶的结构、运动特性和控制系统等多个方面进行深入研究，才能够确定最优的运动模型。

通过对船舶四自由度的操纵模型的建立，不仅可以为船舶的操纵提供科学依据，同时也可以为后续的船舶设计、制造和应用提供有力的支持。

为了对某个系统或者现象进行深入研究，相关数据的采集和分析是非常必要的。

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｉａｌ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｃａｔａｍａｒａｎ ａｎｄ ｔｒｉｍａ— ｒａｎ ｖｅｓｓｅｌｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａｎｈａｐｅ ｆａｃｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｔａｃｋ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ
第 ３７卷第 ３期 ２０１６年 ３月
哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ－３７№ ．３ Ｍ ａｒ．２０１６
多体 船 形 状 因子 ｌ＋ 确 定 方 法
周 广利 ，艾子涛 ，邓锐 ，振前 ，黄德 波
（１．哈尔滨工程大学 船舶工程 学 院 ，黑龙 江 哈尔滨 １５０００１；２．英辉 南方 造船 厂 （广 州 番禹 ）有 限公 司 技 术 中心 ，广东 广州 ５１１４３１）
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆ ｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｗｅ ｃａ ｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｆ ｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｈｕｌｌ ｂｕｌｋ ｃａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ａ
ｍｕｈｉｈｕｌｌ ｖｅｓｓｅｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｅｄｓ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＦＤ ｓｔａｃｋ ｍｏｄｅ１．ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｔｓ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｏｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｍｏｄｅｌ ｆ ｏｒ ａ ｓｉｎｇｌｅ．ｈｕｌｌ ｖｅｓｓｅｌ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｍａｔｃｈ ｔｈｅ ｌＯＷ．ｓｐｅｅｄ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｒｅ— ｓｕｈｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｂｙ ＩｒｒｒＣ ．ｂｕｔ ｔｈｅ ｍｕｈｉｈｕｌｌ ｖｅｓｓｅｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｉｆｆｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｏｕｒ ａ— ｎａｌｙｓｉｓ．ｔｈｅ ＣＦＤ．ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍ ｉｎｉｎｇ ａ ｓｈａｐｅ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ １ ＋ ｋ ｉＳ ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＦＤ ｓｔａｃｋ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆ ｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａ ｖｅｓｓｅｌ ｂｏｄｙ ｃａｎ ｂｅｔｔｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｚｅ ｔｈｅ ａｃｔｕａ ｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｍｕｈｉｈｕｌｌ ｖｅｓｓｅｌ Ｓ ｆ ｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ ａｓ ｉｔ ｖａｒ ｉｅｓ ｗｉｔｈ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｍｕｌｔｉ－ ｈｕｌｌ ｖｅｓｓｅｌｓ．

文 章 编 号 ：０ ６ ７ ３ 【 ０ ２ ０ ．０ ８０ １ ０ ．７ ６ ２ ０ ）２ ０ １ ． ４
静 水 中高 速 水 翼双 体 船 运 动 建模 和 仿真
任 俊 生 ， 盐 生 杨
（ 大连 海事 大学 航 海学 院 ， 宁 大连 辽 １６２ ） １ ０ ６
摘要： 从高速水翼双体船受力分析的角度， 提出了其 静水中 垂荡和纵摇运动的数学 模型． 其中对水翼所 产生
距离 ， 即
度－ ．
＝ Ｏ７ ． 中 ， 是船 体 的水 线 长 ｆ 其 ｉ ｆ
１ １ 由 水 翼 所 产 生 的 力 ｚ ． 计 算 ． 的
水翼所 产生 的 力 由沿 ｚ轴 方 向 的 动 态 升 力 Ｆ 和水 翼的 附加质量 所 产生 的惯 性 力 Ｆ 这两 部
ｍ［ 口 ｍ 南＋（ 一“ ） ］
Ｓ
１ １ 由水 翼 所 产 生 的 动 态 升 力 Ｆ ． ｌ 的 计 算 当 水 流 绕 过 水 翼 时 ， 用 在 水 翼 上 有 ２个 分 作
最 好 的 工 具 ． 航海 模拟器 发 展 至今 ， 普 通 商 船 的运 动 已 对
经可 以做 较为逼 真地 模 拟 ， 然而 对 于 高速 船 的仿
真 还 较 少 涉 及 其 中一 点 原 因 便 是 ， 为 航 海 模 拟 作 器 研 制 开 发 的 核 心 技 术 之 一 的 船 舶 运 动 数 学 模 型 还 没 有 满 意 的 结 果
的升 力 进 行 了较 为详 尽 的 分析 为 了 验证 该 数 学 模 型 ， 对 一水 翼 双 体 船 ＨＣ ０ Ｂ， 用 Ｍａ ａ 针 ２０ 利 ｄ ｂ的 Ｓｍｕｎ ｉ ［ ｋ工 ｉ 具 箱 进 行 了 仿 真 研究 ， 到 了在 各航 行 速度 时 的船 体 上 浮 量 和 纵倾 角 ． 与 实 船 实 验 数 据 进 行 对 比 ， 明所 提 得 并 表 出的 模 型 是 台 理 的

双体船结构的直接计算分析双体船是一种特殊的船舶结构，它由两个平行排列的船体组成，这两个船体之间通过横向的连接结构相互连接。

相比传统的单体船，双体船具有较大的稳定性和抗风浪能力，能够在恶劣的海况下进行航行。

然而，双体船的结构设计较为复杂，需要进行直接计算分析来确定其结构的强度和稳定性。

双体船的结构设计通常需要考虑以下几个方面：船体的构建材料、连接结构的强度、船体的水动力特性和破坏模式等。

直接计算分析是通过数值计算和工程力学原理来评估这些方面的设计要求和性能。

下面将从强度和稳定性两个方面介绍双体船结构的直接计算分析。

首先是强度方面的直接计算分析。

在强度分析中，需要确定双体船结构的承载能力和局部的应力分布。

强度分析可以通过有限元方法进行，其中将船体划分为有限数量的小单元，然后进行数值计算得到各个单元的应力和变形。

通过这些计算结果，可以评估双体船结构在各种工况下的稳定性和强度，为结构设计提供参考。

另外，强度分析还需要考虑各个组件之间的连接方式和强度，以及材料的强度参数等。

其次是稳定性方面的直接计算分析。

在稳定性分析中，需要考虑双体船在静态和动态条件下的稳定性。

静态稳定性指的是船舶在平静水面上的倾覆能力，需要评估双体船的重心位置和浮心位置等参数。

动态稳定性指的是船舶在遇到外部力矩时的倾覆能力，需要考虑船体和船体之间的连接结构对外部力矩的响应，并评估双体船的回复能力。

这些稳定性参数可以通过计算和模拟得到，可以帮助设计者优化双体船的结构和减小倾覆风险。

除了这些方面，直接计算分析还可以应用于双体船的水动力分析和破坏模式分析等。

水动力分析主要是评估双体船在水下行驶时的性能和航行稳定性，可以通过CFD（计算流体力学）分析方法进行，得到水流对船体的作用力和阻力等信息。

破坏模式分析主要是评估双体船在遭受外部冲击时的破坏程度和结构的可靠性，可以通过数值模拟和实验来得到破坏模式和破坏过程。

在进行直接计算分析时，需要对双体船的结构进行精确的几何建模和材料建模，以及预先确定边界条件和加载情况。

双体船的总体性能设计(续2)宋国华6　双体船阻力估算双体船阻力分成片体阻力和片体间干扰阻力两部分。

由于片体间干扰阻力反映在剩余阻力上,而片体间水流加快导致摩擦阻力的变化忽略不计,这样,双体船阻力估算可以像单体船一样,分为摩擦阻力、剩余阻力和空气阻力。

下面介绍估算方法。

6.1　参考文献[11]为内河双体船的阻力计算,它的标准片体线型见图46。

计算参数:片体相对间距比C=c2bc—在吃水T时两片体舯横剖面处内侧舷之间的距离　(m)b—在吃水T时片体舯横剖面处的宽度　(m)雷诺数R e=V・LL—在吃水T时船舶水线长度　(m)v—船速　(m s)Τ—在某水温下的运动粘性系数　(m s)排水体积佛氏数F r∃=F n L∃1 3F n=VgL佛氏数,F n=0.5为临界速度点∃—在吃水T时的双体船排水体积　(m3)计算公式及图表总阻力系数　C t=(C f+∃C f)+C R+C1+C2总阻力　R=12p sc t・V2其中,摩擦阻力系数　C f=0.455(logR e)2.58粗糙度补贴∃C f=(0.3～0.7)×10-3对高速船和较大的船取小值。

空气及附体阻力系数C1+C2=(0.1～0.15)×10-3剩余阻力系数:(1)C R=C L b R・x b T・x cb本公式用于F n<0.5的深水内河双体船。

C L b R、X b T、x cb由图41、42、47、48、49、50、51、52确定。

(2)C R=C L b R・x b T・x cb・k e本公式用于F n> 0.5的深水内河双体船。

C L b R、X b T、x cb由图43、44、45、53、54、55、56、57、58确定。

k e=C RC RO=实船的内侧间距比C时的剩余阻力值计算时采用的图谱内侧间距比C时的剩余阻力值由图59确定例如:F n=0.71,实船C=0.575,计算采用图谱C= 0.5查图59,分别为C R=1.24,C RO=1.315所以　k e=1.241.315=0.943例题11计算低于临界航速区域航行的双体船运动阻力,该船要素如下:片体计算船长 L=78.0m片体计算船宽 b=4.5m排水量为846t时吃水T=2.32m方形系数 C b=0.531相对内侧间距 C=0.775片体内侧间距 C=7.0m两个片体的湿表面积　S=998.4m2片体相对船长 L b=17.3片体相对船宽 b T=1.94在计算时,利用了《L b》组图表(见图42)、参数b T的影响系数图表(见图48)和参数C b的影响系数图表(见图52)。

[ 20 ] 范围内变化几乎没有影响。
航速 (kn )
5级海况横浪下的平均摇角
0 2. 5° 5. 6 0. 09g 0. 26g
3. 8 3. 2° 5. 8 0. 07g 0. 2g
8. 6 2. 7° 5 0. 07g 0. 24g
平均横摇周期 ( s)
Α 平均
最大 Α
3 每小时仅出现5- 6次, 7 级海浪及以上的横摇角仅是 推算, 实际上均未超过波倾角。 3 3 出现次数少, 时间短, 船员对此加速度反应不敏感, 甚至没有反应。
950 t L B = 1. 961 L b = 5. 12 b T = 1. 79
K b= 1. 61。
同时测试的海上救助拖船 ( 功率588 kW , 排水 量 880 t ) , 平均横摇角达 18° - 20° , 谐摇时达 27° 30° 。
中国船舶及海洋工程设计研究院双体船模型摇 摆试验[ 7 ] 结果见表2。 双体船横摇自摇周期随间距比 k b 增大而略有减小, k b 愈大, 如 k b> 2. 5时, 不仅 横摇角大大下降, 而且舷边加速度接近于单体船, 这 点尤为人们注意。 表 2
d 破损前的平均吃水 (m ) C B 片体方形系数 D 型深 (m ) K G 重心高度 (m ) l 破损舱舱长 X 破损舱舱长中点至船舯的距离
图3 平均破损吃水和破损舱长度, 它沿船长的位置和 渗透系数的关系
(m )
L 船长 (m )
Λ 破损舱的渗透率 计算步骤: ( 1) 参数
a ′ ′ d = f (X L . Λl L ) →Η d Η B
L (m ) B (m ) b (m ) D ( t ) k b 谐摇时 qm 谐摇时 am

双体船、三体船双体船归属排水量船型，以其特殊的船体结构求取最大的排水量(水浮力)。

双体船的甲板面积宽敞，稳性良好，吃水较浅，制造技术要求不复杂，成本不高，还有使用可靠、维修方便等优点。

但也有缺点：船体阻力大、功率消耗多，特别是在船体处于纵向摇摆和横向摇摆耦合时，船舶的舒适性很差，即耐波性不佳。

为了克服这些缺点，新型的双体船相继问世。

超细长双体船由单体船发展，将船体改设计成两个关联的细长片体，降低了兴波阻力，获得较高的航速，于是有了高速双体船的船型概念。

该型船较适用于沿海高速客运，不太适应内河航道，因其生成的尾浪大，需要的回旋半径大，易掀翻其周围的小船。

为提高船舶的耐波性能，为取得更高的航速，澳大利亚新南威尔士大学的学者于20世纪末开发了一种超细长双体船，其两个片体各长35米，宽仅1米(单体船船体的长宽比一般不超过10)，长度排水量系数约为11．2(即整个船体的长度值除以排水体积的立方根值之数，该数显示船体的肥瘦程度)，用335千瓦功率的柴油机2台推进61吨排水量的船，航速达到23海里／小时，快速性能极佳，最大波高只有0．3－0．4米。

开发成功后不久，有6艘此型船下水，投入客运。

英国泰晤士河的水上巴士“Thames23”号也系双体船，单个片体的长宽比为18，整艘船可载客62位，用2台功率各为250千瓦的柴油机推进，航速达25海里／小时。

现在，泰晤士河上有3艘此型客船在营运。

日本石川岛播磨重工业公司于上世纪90年代起，就开始研究开发高速双体船。

该公司的第一艘实船被命名为“Toraidento”号，其片体的长宽比为21，整艘船总吨位40吨，载客量68人，用2台功率各为455千瓦的柴油机推进。

海上航行试验的数据是：在绝对风速20米／秒、波高3米的海况下，最大航速可达28．2海里／小时，船体横摇仅1°，纵摇几乎感觉不到，耐波性优良，因此获得1992年日本造船学会奖励。

1998年又建造了一艘超细长双体车客渡船，命名为“Ocean Arrow"号，航速提高到31．3海里／小时，总吨位增加到。

13
- =2C /B的关系 粘性干扰因子β与片体间距C /B的关系 粘性干扰因子β与片体间距C
0 0
14
特征参数与阻力的关系
其粘性干扰因子β与形状因子(1+k)与航速无关。 β主要取决于L／B 。对于片体为水下侧投影面积较大的wigley数学船型来说，β随C0的 增大而减小。 当片体间距保持不变，兴波干扰相位和幅值随片体的长宽比(L／B)的 变化而变化，(L／B)越小兴波干扰效应越大，峰谷点的位置趋向更高 的Fr数。 在Fr＝0.35—0.42范围附近通常可以获得有利的兴被干扰结果。 将Fr=0.5作为区分高速双体船和低速双体船的临界速度是适当的。 在超过某一速度Fr。(称谓无效干扰速度)之后，片体间的兴波干扰与 片体间距C0和长宽比L／B无关并且完全可以忽略。
高性能船舶水动力学
第三章 普通高速双体船
高速双体船的特征 高速双体船的阻力特征及临界速度概念 高速双体船阻力计算 高速双体船耐波性近似计算
2
一、高速双体船 船型特征
3
较单体船瘦长
同 船 长 内 河 船 阻 力 系 数
推驳 货船 单体客船
双体船
双体船的优点
良好的居住条件和特别宽敞的甲板 良好的稳性和耐波性 良好的操纵性和机动性 在侧向受风时，双体船比相同受风面积的 单体船横漂要小 装卸货物容易
圆舭高速双体船的剩余阻力系数曲线
20
圆舭高速双体船的干扰系数kr＝∆Cr／Cr曲线 圆舭高速双体船的干扰系数kr＝∆Cr／Cr曲线 kr
21
片体间距对阻力的影响
22
片体间距对阻力的影响
23
临界干扰片体中心距
24
片体横剖面形状对阻力的影响
圆舭双体船横剖面

图片欣赏
9
1998
开
发 出 了 我 国 首 艘
年 ， 中 国 航 天 科
AMD150
技
集
团
型 穿 浪 双 体 船 “
公 司 与 澳 大 利 亚
AMD
飞
鹰
湖公
”司
号合
作
10
，
AMD150型穿浪双体船“飞鹰湖”号
11
中国的022型艇是世界第一种首艘“双体穿浪隐形导弹艇”
12
022
中 国 的 型 艇
本课件内容
• 一：双体船的概念及结构 • 二：双体船的分类
1.小线面型 2.穿浪型 3.高速型
三:双体船的优缺点
隋唐双体船复原示意图
将两个单船体横向固联在一起所构成的船
原始双体船
小线面型
以深置水下的双下潜体，小水线面的双支柱和宽敞的上船体三部分组成。 它的特点是由于水线面比单、双体船都小很多，受波浪扰动小，所以有
13
高速型
高速双体船(HSV)作为一种新型海上作 战救援舰正受到越来越多的关注。
高速双体船发展的出发点不是要解决远 程运输问题，而是解决两个港口之间的近 程高速运输问题。其航速非常高，目前已 经可以达到三、四十节以上，未来实现 60～70节的高航速也是有可能的，但其航 程非常有限，通常只有500～1000海里左右。
优良的耐波性，能平稳执行海上作业，人员晕船率低，适于"全海候"。 图片欣赏
复美 合国 艇小 “水 搜线 寻面 ”水 号翼
6
“搜寻”号
7
“搜寻”号
8
穿浪型
• 高速穿浪双体船是八十年代后期发展起来 的一种集高速深V船型，小水线面船型，双 体船型优点于一体的新船型。它具有高速、 耐波性好、稳定性好、舒适、吃水浅、甲 板宽畅，回转性能好等优良的综合航海性 能。是二十一世纪国际公认的海上高速客 船和滚装船的首选船型。

本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==双体船模型结题报告 (6000字)双体船模型结题报告摘要：针对现在大学生实际动手和团队配合能力的欠缺，并结合我校以船海为主的办学理念，我小组成员决定自行设计并组装一双体船模型，通过双体船的制作过程来了解双体船的工作原理以及性能优缺点，发现并解决实际操作中出现的问题，通过此过程加强对知识的掌握与应用，培养实际动手和创新能力。

关键词：双体船，稳定性，结构特点，阻力，发展前景1 研究的背景1目前国家对大学生科技创新和实践动手能力的培养越来越重视，各高校都在探索开展大学生创新教育的有效途径，研究大学生科技创新活动的管理方法。

通过各种有效途径保证和促进大学生科技创新活动的开展。

近年来，越来越多的双体船占据了民用和军用船舶市场。

它们新颖的外观、独特的综合性能受到世界各国的瞩目。

据外电报道，美国海军新近欲按计划接收一艘高速双体船：“海上斗士”号，此消息再一次引起了人们对双体船的关注。

那么，什么是双体船？它又有何优异特性呢？顾名思义，我们一般把由两个单船体横向固联在一起而构成的船称为双体船。

人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。

在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。

20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。

典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。

高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。

专利名称：一种双体船模具
专利类型：发明专利
发明人：鲁宙
申请号：CN202011508588.3申请日：20201218
公开号：CN112757580A
公开日：
20210507
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种双体船模具，船舶制造技术领域，可以对现有的造船模具进行改造，能够使得专用于注塑舷外挂机船底的模具变为可以注塑舷内机船底的模具，大大节约模具的使用成本，包括舷外挂机船底模具和契子，契子能够卡合于舷外挂机船底模具中从而形成舷内机船底模具；契子的底面和舷外挂机船底模具的内侧面完全贴合，契子的边缘贴合于舷外挂机船底模具的内侧面，契子的顶面设有对应于舷内机的突起和缝隙。

申请人：海阳市凌波造船科技有限公司
地址：265106 山东省烟台市海阳市留格庄朝晖路183号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：赵敏玲
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双体船模型结题报告陈超，吕稀，杜传宇，赵一帆，罗威达（哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，哈尔滨，150001）摘要：针对现在大学生实际动手和团队配合能力的欠缺，并结合我校以船海为主的办学理念，我小组成员决定自行设计并组装一双体船模型，通过双体船的制作过程来了解双体船的工作原理以及性能优缺点，发现并解决实际操作中出现的问题，通过此过程加强对知识的掌握与应用，培养实际动手和创新能力。

关键词：双体船，稳定性，结构特点，阻力，发展前景1 研究的背景1目前国家对大学生科技创新和实践动手能力的培养越来越重视，各高校都在探索开展大学生创新教育的有效途径，研究大学生科技创新活动的管理方法。

通过各种有效途径保证和促进大学生科技创新活动的开展。

近年来，越来越多的双体船占据了民用和军用船舶市场。

它们新颖的外观、独特的综合性能受到世界各国的瞩目。

据外电报道，美国海军新近欲按计划接收一艘高速双体船：“海上斗士”号，此消息再一次引起了人们对双体船的关注。

那么，什么是双体船？它又有何优异特性呢？顾名思义，我们一般把由两个单船体横向固联在一起而构成的船称为双体船。

人类最早使用双体船是由于发现将两艘船横向连接在一起，可以从内河到海上航行而不容易翻船，早期曾将这种方法用在帆船上，建造了双体帆船，这种帆船在海上可以承受较大的风浪。

在此基础上，人们又发现双体船与同样吨位的单体船相比，具有更大的甲板面积和舱容，因此而被用于货船。

20世纪60年代后，随着海上高速客运的迅速发展，高速双体船由于有宽大的甲板面积、空间和便于豪华装饰而被普遍看好，成为近几十年来高性能船中发展最快、应用最广、建造数量最多的一种。

典型的高速双体船由两个瘦长的单体船（称为片体）组成，上部用甲板桥连接，体内设置动力装置、电站等设备，甲板桥上部安置上层建筑，内设客舱、生活设施等。

高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。

双体水翼船模型试验研究
李洁雅;李干洛;余灵
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】1997()4
【摘要】介绍了由作者设计的双体水翼船的船模试验研究情况。

试验中，对船模的一些主要要素（如排水量、水翼面积、水翼位置、水翼展弦比和安装角等）进行了变化，得出了它们对船模总阻力影响的一些规律。

【总页数】3页(P10-12)
【关键词】水翼船;双体船;船模试验;摩擦阻力
【作者】李洁雅;李干洛;余灵
【作者单位】华南理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】U674.944;U661.73
【相关文献】
1.双体气垫水翼船的耐波性研究 [J], 谢佑农;恽良
2.双体水翼船水翼连接结构分析 [J], 余灵;孙清
3.高速双体水翼船设计探讨 [J], 李洁雅
4.新型内河高速双体水翼船设计研究 [J], 羊少刚;李干洛;李洁雅;余灵
5.双体水翼船阻力计算探讨 [J], 王枫红
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身怀绝技的大块头：双体船
阿顿
【期刊名称】《小火炬》
【年(卷),期】2007()6
【摘要】"连体婴儿"你听说过吧,那是一种天生畸形。

可你知道连体船吗?它也有两个或更多个身子。

如果你以为它也是畸形,那你就大错特错啦!有着两个身子的连体船也叫双体船,它有着很多独特的性能,是一般船所不能比的。

【总页数】2页(P60-61)
【关键词】身怀绝技;双体船
【作者】阿顿
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】G62
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2.明星昆虫,身怀绝技——《最美的法布尔昆虫记》导读 [J], 乐乐姐姐
3.“实验6”号身怀绝技 [J],
4.身怀绝技的“猎毒人” [J], 王煜;应琛
5.实验6号身怀绝技海洋科考再添利器 [J], 王玉
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