三体船及其研究现状

三体船及其研究现状

余永生

珠海市美蓝游艇有限公司 广东 519055

摘要：三体船型因其优良的快速性、宽敞的甲板平台、较好的稳性和耐波性等诸多优点，近年来备受关注，已成为当今国际造船业竞相发展的领域．三体船作为一种新型的船舶类型，世界各国都在对其进行深入的研究．国外已经开发了多种类型的三体船，并且已经投入使用，有许多发达国家已将其投入到军事及民用中，我国目前在此领域的研究才刚刚起步．三体船用作军船可以作为驱逐舰、护卫舰等各种水面战舰和军辅船的船体平台，也有人认为它是未来航母的船体平台；三体船用作民船适用于集装箱运输船、车—客航渡船和游览观光船，也有人认为它是未来太阳能、风能等可再生能源动力船舶的船体平台。总之，当代三体船被认为具有广阔的应用前景。

关键词：三体船；现状

引言

近年来,特种排水型高性能船型的研究趋于活跃,如深V 型船、小水线面双体船以及穿浪双体船等都是研究和实用较多的船型,还有一种新船型高速三体船引起了人们很大的关注。该船型适合用作多种水面舰船,如高速护卫舰、驱逐舰、导弹艇、猎潜艇等,甚至有人认为高速三体船是未来航母的潜在船型,其应用前景相当广阔。

1.设计方案研究

在三体船的研究中,曾有过很多种方案设计,针对舰船,航母,英国伦敦大学曾提出了如下设计方案,以供海军装备部门进行比较选择.

1.1反潜护卫舰.该设计方案提出的设想是用细长的三体船来执行世纪型护卫舰所承担的防卫任务.这一设计引起了英国国防部的浓厚兴趣.其特点是在动力推进系统和直升机在小型舰艇上的布置方面。

1.2近海巡逻艇。在此设计方案中,该三体船重吨,比吨的单体船重,但推进装置所需的功率反而比单体船小。设计人员预测,三体船的单舰建造成本并不比单体船大。该设计的总体布置更加灵活,直升机的布置也更加方便.据估计, 该三体船具有更好的耐波性，在一级海况中,该型三体船的最大持续航速比单体船要高出一节。

1.3设计方案是小型航空母舰。本方案是根据防务研究局的要求,按单体船的设计改变而形成的,其目的是检验未来航空母舰对这种新的设计概念的适应性,这一设计方案不仅在耐波性或推进系统方面,而且在飞行甲板的总体布置以及生存能力方面都显示出优势.其飞行甲板很宽,它可以使飞机的升降装置布置到跑道之外.这表明，三体船型长而宽的特点可以在给定的飞行甲板长度的要求之下,使排水量更小,造价更低廉。

1.4设计方案是防空驱逐舰。该设计方案能满足现代防空驱逐舰队的要求.由于其较宽的上层甲板,三体船型的防空驱逐舰在居住舱室和作战空间的布置上显示出更加灵活的优越性.另外,推进装置能以较小的功率产生较大的推进力.

1.5设计方案是轻型护卫舰。该研究与一个相似要求的单体船设计相对应, 目的是考察吨的近岸巡逻艇与超过吨的护卫舰之间的设计范围。

对于以上这几种设计方案,伦敦大学的研究人员从稳定性、航速和功率、阻力、推进系统、耐波性、操纵性、结构、生存能力、总体布置等方面作了进一步的研究.为进一步选取最佳方案打下了基础。

2.三体船的研究现状及进展

目前三体船的应用范围越来越广，受到了各界的广泛关注．作为目前最新型的船舶，国外公布的相关资料很少，国内也对三体船的相关理论和模型试验做了初步的研究，但是大多数集中在船舶的运动方面．

2.1三体船水动力理论研究

近１０年来，以单体船水动力理论研究方法为基础的高速三体船水动力理论研究有了一定的进展，主要集中体现在阻力计算方法、耐波性以及稳性计算方法建立等方面．在阻力计算方法研究方面，当前国内外普遍采用细长体理论、薄船理论和线性兴波阻力理论进行三体船的阻力计算．采用上述３种方法进行三体船阻力计算所得计算结果相差不大，但是线性兴波阻力理论的计算方法简单，便于发展为船型优化方法，进行阻力预报时可考虑采用非线性兴波阻力理论方法．国内也在２０世纪９０年代末开始了对高速三体船的性能研究，并且在三体船的阻力方面已经取得了很多重要的研究成果。在耐波性研究方面，在国外，英国有关学者分别采用了三维脉动源、三维移动脉动源、三维脉动源与水弹性理论结合等理论模型进行了理论数值计算，计算结果对比表明，三维移动脉动源方法更适用于三体船；意大利对高速三体船的横摇运动理论计算模型进行了研究。大体上而言，三体船在耐波性方面比双体船和单体船更具有优势，但是三体船的耐波性理论研究还有待于进一步加强，还需要对耐波性理论计算方法以及三体船与双体船和单体船耐波性的比较等方面进行研究．船舶的稳性是船舶安全的核心，三体船的稳性是通过侧体带来的水线面惯性矩的增加来进行保证的．李培勇等建立了多体船完整稳性的算模型，并分析了侧体跨距、排水量等参数对静稳性臂的影响以及静稳性曲线的特征；马强等分析了多体船侧体参数对多体船破舱稳性的影响，比较和分析了在相同破损状况下三体船与五体船的破舱稳性．这些研究结果表明，三体船的横稳性跟侧体跨距和排水量有关，侧体远离中体与靠近中体的较大侧体对稳性的影响是一致的，所以应当通过改变侧体尺度和横向跨度上的调节以满足初稳性高和大倾角稳性的要求，并且要采用合适的侧体设计以避免因横摇时一侧片体出水面而引起静稳性曲线突变．三体船的稳性研究总的来说还较为薄弱，因此各种三体船稳性规律及其计算方法研究和计算程序的设计是需要进一步研究的课题．

2.2三体船型优化研究

三体船型优化主要包括侧体的主尺度选择、侧体的位置优化、侧体排水体积比例确定以及侧体船型优化等．

一般来说，通过合理的侧体布置，可减阻或减小片体干扰带来的阻力增加，但要通过片体间有利的兴波干扰来实现大幅度的降阻是比较困难的．片体布局优化的目标主要是采用线性兴波阻力理论方法及模型试验方法减阻．对高速三体船而言，侧体的偏移位置包括纵、横两个方向的位置．纵向位置有利的取值范围通常是从船舯到尾部．片体横向间距取值范围应当适中，取值过小，片体之间多为不利干扰，且不利于充分发挥三体船的优势；取值过大，在舰船建造与使用上也会受到限制．国内外在高速三体船片体布局的优化方面做了一定的工作，而各片体船型优化的研究就显得薄弱，片体布局与片体船型的优化研究是值得深入研究的课题。

2.3三体船的应用前景

三体船在将来的军事战争中发挥着越来越重要的作用，因为三体设计带来的航行稳定性使炮火更容易击中目标．在中国海军的设想中，炮火攻击是整个攻击行动的第二阶段，第一波攻击是由作战飞机完成的夺取制空权的空中打击行动．三体战舰非常适于执行这样的任务，它在能量供应上比常规的单体战舰具有明显优势，这主要得益于三体设计的动力效率更高．而且它宽大的多用途甲板也为装备无人驾驶飞机和大型电磁炮创造了条件．中国海军最先采购的三体舰艇，很可能是运输舰和两栖攻击舰，三体设计会使它们航行更快、更稳定，而且战场生存能力更出色．有人认为高速三体船是未来航母的潜在船型，其应用前景相当广阔．三体船的概念提出以来，受到世界主要军事大国的广泛重视，成为当今高速舰船的一个重要发展方向．国内外专家普遍认为，三体船除了军用目的外，民用方面也会有广阔的应用前景，例如，可以用作新型客船、滚装船、汽车渡船等，有望在未来的商业营运中产生巨大的效益。

3.结束语

由于高性能三体船在耐波性和稳性方面有较大优势,尤其是高速三体船能够避免双体船的“扭摇”与“急摇”.而国内研究和应用起步比较晚,许多技术还不成熟,理论研究也不是很透彻,国际上的许多研究都是在十分保密的情况下进行的,公开发表的文章并不多见,加上该船型的上述较之其它高性能船的明显优势,根据国民经济发展水平、人民生活水平提高的需求、军事战略的要求,通过深入的理论分析和模型实验,得到较详实的水动力实体参数,实现船型优化,建立高性能三体船型的理论预报模型将十分有意义.因此为促进高速三体船的实际应用。

参考文献

1.李若虹，华煜群．系列多体船的最优船体间距［Ｊ］．国外舰船工程，１９９９（９）：１０－１５．

2.李 江 华，黄 德 波．三体船构型与兴波阻力关系研究［Ｊ］．哈尔滨工程大学学报，２００２，２３（２）：２６－３２．