三體船研究狀況及發(fā)展趨勢

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,一度成為目前性能船舶研究的熱點。

1 發(fā)展概況

1.1 發(fā)展歷史 三體船(Tri maran)是世界各國對船舶的航行效益及性能的更高追求,是人們對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寬比。所以單體船型在滿足較大軍事裝備安裝空間的同時,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(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。“海神”號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,自主設(shè)計研發(fā)出三體戰(zhàn)艦“獨(dú)立”號瀕海戰(zhàn)斗艦(LCS2),也是世界上第一艘真正意義上具有實戰(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(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 對于設(shè)計復(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)用船型評級的問題,目前常用的主要有層次分析法和模糊綜合評判法兩種船型評級方法,還有將兩者結(jié)合得到的模糊層次分析法等。

其中模糊綜合評判法(Fuzzy comprehensive evaluation method)的特點是能夠使人類在思維的判斷時起到相對自然的主動性和模糊性。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價。因此選用模糊綜合評判法來進(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,其計算公式如下:

C=a1η(u1)+a2η(u2)+a3η(u3)+…+a9η(u9)

上述船型經(jīng)過該計算公式最終計算后可得,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)且長的小潛體,而中部潛體采用由一個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,人們不斷的對三體船的各方面性能進(jìn)行測試和優(yōu)化。在英國“海神”號三體試驗艦正式下水后,于21世紀(jì)初在英國索倫特海峽試航長達(dá)一年半。試驗中,數(shù)百個傳感器用來測量船殼各部位的受力情況和性能狀況。意大利對高速三體船采用系統(tǒng)化的船舶水動力理論計算和轉(zhuǎn)化模型試驗研究。

國內(nèi)對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)動性能理論預(yù)報方法。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)對于三體船快速性理論研究中略顯欠缺,因此對三體船快速性的設(shè)計試驗在以后研究中是一個需要更深入研究的課題。

3 發(fā)展趨勢

水動力性能優(yōu)越、興波阻力小、穩(wěn)定性強(qiáng)、上甲板布置面積大等特點,無疑是三體船船型在未來能有更遙遠(yuǎn)發(fā)展的堅實支柱。隨著現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展,國內(nèi)外對船舶的船型設(shè)計和性能研究技術(shù)也走上成熟,在未來三體船將會伴隨時代成為海洋產(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,長時間的自主航行且執(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)測等方面三體船船型都表現(xiàn)出龐大的潛力。