薛智友

江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏 镇江212000

0 引言

近年来,人们对高性能船舶越来越重视,多体船无不是高性能船舶的新宠。其中,多体船型包括双体船、三体船、五体船及各种多体小水线面水翼复合船型。多体船凭借着优良的稳定性、较小的航行阻力及广泛的上甲板布置面积等优势,一度成为目前性能船舶研究的热点。

1 发展概况

1.1 发展历史 三体船(Tri maran)是世界各国对船舶的航行效益及性能的更高追求,是人们对高性能船型探索的优质产物。三体船的研究最早起于20世纪90年代,至今也仅仅30年有余。在海上军备实力的不断发展中,诸多舰艇巡航设备及现代化武器不断显现,以及海上直升机为了能够在船舶上实现升起降落,就必须具有广阔的升降面积和安全距离,这就导致船舶对上甲板布置面积的需求不断增加。但是在单体船舶中,要想实现上甲板布置面积的增大,就务必要增加船舶的体积和长宽比。所以单体船型在满足较大军事装备安装空间的同时,要付出航行阻力的增加和航速性能的丢失,并且还要伴随着更高的制造成本。对此,三体船的概念也由此产生。

20世纪90年代英国、美国、日本等军事强国陆续展开对三体船船型的研究。90年代末,英国投入巨资参与三体船在军舰领域的研究,于2000年8月“海神”号(RV Triton)由沃斯珀·桑尼克罗夫特公司建造,在英国南安普敦下水试航。“海神”号的建成将是三体船研究的重大里程碑。此后,美国除与英国共同研究三体船船型的同时,自主设计研发出三体战舰“独立”号濒海战斗舰(LCS2),也是世界上第一艘真正意义上具有实战效益的三体军舰。2013年,被称为全世界最惊艳游艇的“阿达斯特拉”号(Adastra)问世,从军事到商业化豪华游艇的跨越无不体现出三体船型的舒适性、稳定性、实用性等性能被世界认可,未来无疑拥有更加广阔的应用前景。

2 研究现状

2.1 复合船型研究 对于设计复合船来说,首先要在多种船型中选择一种最适合的船型,就要运用船型评级的问题,目前常用的主要有层次分析法和模糊综合评判法两种船型评级方法,还有将两者结合得到的模糊层次分析法等。

其中模糊综合评判法(Fuzzy comprehensive evaluation method)的特点是能够使人类在思维的判断时起到相对自然的主动性和模糊性。这种方法能将诸多不确定性因素进行综合后做出更为合理的评价。因此选用模糊综合评判法来进行船型选型。

表2.1高性能船各影响因素隶属度

设船型优劣程度为C,其计算公式如下:

C=a1η(u1)+a2η(u2)+a3η(u3)+…+a9η(u9)

上述船型经过该计算公式最终计算后可得,小水线面三体船相比其他船型是得到更高的得分最优船型,这也就引发出一种新型高速三体船型——小水线面中体三体船(TRISWACH)。它具有和细长型三体船相似的三潜体排列构造,但区别在于小水线面中体三体船的两侧潜体为细且长的小潜体,而中部潜体采用由一个扁薄立柱与一椭圆状潜体相连,并且将提供主要浮力的椭圆形潜体藏在水面之下,仅令扁薄立柱与水面相互接触,从而有效减小兴波阻力和湿表面积。与细长型三体船相比,可以在提供更多有效载荷的前提下,提高航行效率和上甲板布置面积。是世界当前对高效复合船型探索的热门。

2.2 船体性能研究 自20世纪90年代三体船问世以来,人们不断的对三体船的各方面性能进行测试和优化。在英国“海神”号三体试验舰正式下水后,于21世纪初在英国索伦特海峡试航长达一年半。试验中,数百个传感器用来测量船壳各部位的受力情况和性能状况。意大利对高速三体船采用系统化的船舶水动力理论计算和转化模型试验研究。

国内对三体船的性能研究中,王中等根据薄船理论和线性兴波阻力柯钦函数的线性叠加原理,推导出了三体船的线性兴波阻力薄船理论公式。伊木兰等以某复合小水线面三体船为例进行了研究,在粘流理论的基础上,利用CFD技术,探讨了该类船型的阻力和波浪中运动性能理论预报方法。关于三体船的快速性中现存文献较少,侧面体现出国内对于三体船快速性理论研究中略显欠缺,因此对三体船快速性的设计试验在以后研究中是一个需要更深入研究的课题。

3 发展趋势

水动力性能优越、兴波阻力小、稳定性强、上甲板布置面积大等特点,无疑是三体船船型在未来能有更遥远发展的坚实支柱。随着现代化科技的不断发展,国内外对船舶的船型设计和性能研究技术也走上成熟,在未来三体船将会伴随时代成为海洋产业较完善的优质产物。复合船型的研究及无人艇技术的充分应用,智能化和自主化程度不断提高,长时间的自主航行且执行多种作战任务的课题现已突破。对今后在军事领域包括侦查,巡逻,反潜,信息搜集等,民用领域的水文信息,水质监测等方面三体船船型都表现出庞大的潜力。