双体船和多体船外文翻译资料

 2022-10-31 14:43:42

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双体船和多体船

双体船的历史可追溯到人们第一次使用树干用于水上运输。常规单体船起源于独木舟或者浮桥，而双体船起源是捆绑两个或两个以上木头形成的木筏。

传统的独木舟，如图6.1所示，尽管用浆操纵很高效，但是适航性不是很好。在浪很小的河流中是没问题的，但是在河口或海岸线需要更坚固的装置。将两只船用直接或者留有一点空间来产生完全不同的横向稳定性的方式捆绑在一起，划桨会更加有力，并且用桅杆操纵可以起航。因此，通过创造双体船装置我们得到以下优势：

提高横向稳定性，取决于两艘船之间的空间

为船员和货物提供一个更宽敞的平台

改善耐波性

波利尼西亚人被认为在至少一千年前建造了第一艘具有适航性的双体船。他们把这项工艺带到了如此高的发展状态，以至于他们能够进行广泛的探索旅行，从塔西提岛到夏威夷、复活节岛和新西兰。图6.2展示了典型的波利尼西亚高速双体船。这条船很快并且比十八世纪库克在太平洋的探索之旅中舰队的船舶技高一筹。

整个帆船时代，帆载能力是获得性能最重要的因素。

获得一些向前推力的最优船型会航行的很快，但是不幸的是这些船型在风从一侧吹到另一侧时抵抗横倾力矩的稳定性最差。

在欧洲的船舶，这种稳定性主要通过在船底和龙骨两侧装石头形式的压载物、延长龙骨的深度来实现。然而，这有增加排水量的坏处，并且因此要达到相同的速度需要更大量的帆。

双体船能够携带大量高速航行需要的帆，并且能用两个广泛分离船体的固有稳定性抵抗横倾力矩，这两个分离的船体会很细。最近一段时间，比赛用的双体船、三体船和有水翼的船型都已经发展到一个最优化的状态，这种斜挂大三角帆的计划使他们的速度达到40节并且是在30度角的迎风航行下。

机械驱动的高速双体船的发展，即FrL值在0.7左右，可以追溯到第二次世界大战时期。

在那段时间，用于高速船的材料、发动机和设备的组合由于大型飞机部件的建造变得可用，这些飞机大部分是战斗机和轰炸机。结构材料，比如高强度铝合金和钢、用于推进的强大的高速柴油发动机、液压输电设备和船舶装备的使用可以看作是战斗机、坦克、和巡逻艇战时设计和建造的结果。通过利用这些先进的材料和发动机，单体滑行船只（鱼雷和巡逻艇）的速度能够达到40 - 50节。在短时间内，海洋的起伏和俯仰运动、加速度和冲击或砰击载荷太大以致于在一些特别航道减小发动机功率和降低航速是有必要的。这种低的适航性意味着在开放的海洋条件下，那种操作受天气限制相当严重，这是军事工艺的劣势。

为了在航道达到更高的服务航速，也为了减少推进发动机动力，水翼艇、气垫船、表面效应船和WIG工艺在20世纪50年代到80年代逐步发展并开始展示通过将船体从水中提升来减少阻力的好处。然而，由于对于这些工艺类型需要复杂的装备，如ACV和SES用的服装裙和电梯风扇系统、用于水翼艇的复杂的水翼几何形状和自动控制系统、

用于WIG的飞行器质量技术，这样的工艺成本高，维护可能成为负担。许多这些特殊工艺早期的开发者不熟悉为了保持优秀性能需要的高水平维护，因此而取消的渡口不只是一个偶然的事件，它直接导致了顾客失去信心。不是一个有坚实基础的好业务。所有这些原因加在一起限制了ACV / SES /HYC的发展，特别是民用应用，因为没有客户和运营商的信心，市场就无法增长。

在20世纪80年代，海军建筑师发现，为了减少在高速度（弗劳德数FRL，高于0.7）航行时的波浪阻力，高速常规船舶具有非常高的细长比，这种船往往有较低的横向稳定性，除非为了增加稳心高度而采用传统的方法加镇流器。永久镇流器是无法使用的有效载荷，从而降低船舶的经济性，无论是通过减少收入产生的有效载荷，或减少可携带的燃料，因此船舶的持久力也降低。更好的选择或许把单体改变成一个两船体中间有空间的双体船，从而形成一个较低阻力的工艺、较高的横向稳定性等，同时保持尽可能简单的施工和设备安装，维护成本低。这是上世纪70年代在他们建造了大量的水翼船服务沿挪威海岸之后，导致韦斯特德双体客船问世的逻辑，也影响了在普吉特海湾双体渡船的发展和双体船渡轮在挪威西南部一直持续应用到现在。

自20世纪80年代以来，双体船得到了蓬勃发展，特别是在民用应用，真的是一个新的力量在HPMV家庭脱颖而出。几乎60%的高速渡轮市场目前由世界范围内各种设计的双体船占据。图片8中的8.1和8.2展示了近年来HPMV新的建筑，这些表格表明：在过去二十年间，双体船已经占据了HPMV主要的市场，或许因此他们的大小从仅仅载运旅客到大型客货船发展。

图6.3a展示了一个典型的具有两个不对称横剖面结构片体的双体船，上世纪70年代，首次在挪威由韦斯特介绍。这种结构看起来像是传统的船沿着中心线被纵向切割，分成两部分，移动它们分开一定的距离。从那时起已经开发了几种不同的船体结构，试图优化在海浪中的阻力和运动响应。我们介绍下面这几种。

6.3

基本船体结构

高速双体船一般有细长的片体形式。可以预料，高速可能会产生刨举，但是，这样的细长体与低长宽比的单体船相比，很难配置为刨面。因此双体船体的型线一般设计为三种基本

类型，如下：

1．非对称的船体设计，如图6.3a所示。每个片体的舷内侧有一个垂直的墙，用于减少两个片体间不利的兴波干扰，从而降低兴波阻力。这是非常重要的，特别是对一个在两个片体间有小间隔的双体船， 而且在低速时，兴波干扰的不利影响占主要方面。另一种选择是使用舷外有直边的非对称的船体形式，以减少兴波造成的对外部码头和河岸的影响，因为河流或狭窄水道中的工艺操作。

2. 对称的圆舭形态：类似于高速常规单体船的型线，即驱逐舰Frl 在0.5左右，而

双体船L / B更精细。图6.3b显示了一个典型的圆舭型双体船的船体形式。

3. 对称硬通道型线旨在高速服务，其中硬线和在船尾处的形状可以迅速提供高水动升力、增加浮力，还可为主机和喷水推进装置以及进水和转向装置提供充足的空间。图6.3c显示了一种硬式双体船体的典型船体形式，这种船体形式能以更高的速度提供更多的水动力升力。

设计师根据双体船的任务在结构形式之间进行选择，使用内侧或外侧的直线，减少波浪作用以提高船舶性能，或减少与环境的相互影响。 此外，设计师可以使用较低桥接结构表面的不同高度和几何形状，来从隧道屋顶产生额外的空气动力升力。

高速双体船的特点

那么，与HPMV相比，尤其是单体船相比，高速双体船的特点是什么呢？我们概述了下面的主要内容。本章末列出了一些示例船型的主要细节，如表6.1所示给出了直观的数据。

由于长宽比高导致的低兴波阻力使设计人员能够实现以最小化的推进发动机额定功率实现给定服务航速。该细长的船体形式确实导致增湿面积，与常规单体船相比增加约40％，从而增加在低航速下占主导地位的摩擦阻力。 因此，通过驼峰加速的功率必须仔细考虑，以确保在高海拔条件下有足够的服务航速的增加。

双体船的最佳相对速度（傅汝德数，Frl）一般在区域Fr1 = 0.6-0.95，即对于35米长的双体船来说速度大约是约23-35海里。 随着尺寸的增加，最佳速度也将增加; 例如，长度为110米的双体船的最佳速度将高达50-58节。

由于片体之间的空间而导致的横向稳定性高，一般来说，横向中心高度GM将比单体船高出约十倍

大甲板区域，由于侧面片体之间的中心桥，一般比单体船大40-50％，从而提供宽敞舒适的客舱和其他工作舱。 图6.4显示了典型的现代双体客船的总体布置，其中在上甲板和主甲板上布置了两个具有航空类型座椅的宽乘客舱。 两个高速柴油机位于几何对称的侧面片体中，在船尾安装两个敞开的螺旋桨。 连接桥安置在客舱的上方，为船员提供广阔的视野。

由于双推进器之间的空间（与单体船相比），高机动性和航向稳定性提供了更长的转弯时间。 另外，由于严格的横向稳定性，船长可以使用较大的方向舵角度而不倾斜，见图6.5。

图6.5 “HSV”快速无后倾速度转身

与单体船相比，高速双体船冲击和撞击负载以及由于船体细长造成的波浪速度损失要低。

抗水淹湿性。双体船提供了较高的安全等级的船体损坏，由于两侧船体上存在的许多舱壁与小个体积隔室，因此在损坏的情况下进水淹湿程度小。

大型化发展。因为双体船的配置和装备比较简单，并且没有技术障碍。自20世纪80年代以来只用了25年，双体船发展从排水量100吨，长20米，航速35节增长到排水量3000吨，长120米，航速达50节。

安装高速柴油推进装置的有效载荷能力。双体船市场增长的一个关键驱动因素是柴油动力的使用，而不是用于更快的单体船船和两栖气垫船渡船的燃气轮机。由于使用成本较低的柴油机（初始成本，维护和燃料成本），SES也发展起来，双体船能够进一步扩大。Stena HSS是一个例外，尽管使用燃气轮机动力，最终燃料成本对其经济性产生了影响。

早期高速双体船发展面临的主要挑战如下：

船体重量过重

与相同排水量的单体船相比,由于两侧船体的内壁附加材料和甲板连接桥等结构，双体船具有的船体质量更重，因此该船只能用于有效载荷的负荷,如乘客或汽车-乘客轮渡船。高的船体重量还限制了最初实际的安装功率下能获得的速度。 因此，在一开始就受到单体渡轮的优势限制。

斜浪和横浪舒适度不佳

双体船配置是设计师的一把双刃剑。一方面，双体船海上航行横向稳定性好，速度偏低是的常况。然而，由于双体船身之间的空间而导致的横向稳定性强，并且由于较小的双壳体而导致的纵向刚度降低，所以双体船纵摇和横摇自然周期非常相似。因此,耦合运动对乘客和机组人员造成极大的不适,特别是在进入斜浪航行时。

在海上航行性能一直是高速双体船发展的重大挑战。如果不改成一个较低效的船体形式，横摇和纵摇的自然周期问题是很难改变，所以研究重点转向改变横摇和纵摇中船体的阻尼系数。自动变桨控制和横向减摇鳍已成为广泛使用的现代高速双体船上以增加阻尼，明显地提高高速双体船的适航性。

船体重量问题已由高速轮渡造船厂通过转向选择焊接铝作为船体结构的材料。运动响应已用诸如Stena HSS和许多不同的穿浪双体船（WPS）上的半小水线面双体船船体横截面工艺解决，所需速度超过25节的小型双体船的平面已转向纤维增强树脂结构。表6.2中我们给出近期的一些工艺设计数据。

让我们来看看目前部分高速双体船组合的任务范围。这些任务导致了初始位移船体形式向半滑行形式的演变，以及Stena使用的细长水平面形式。在讨论了双体船的规划外形后,我们介绍了一个小的后来扩展成为波形穿孔形式。

首先是推动双体船发展的主要任务：

汽车客运/客运渡轮

高速双体船由于其高速度、低施工和维护成本,在世界范围内越来越受到短途客运轮的青睐。其在高速艇的市场份额已经稳定在总市场的65%左右。图6.6所示为1996年在中国建造的高速双体船客车运轮渡,长度为42米,排水量为158吨,速度为43.5节,可载运380名乘客。

图6.6 中国建造42m高速双体渡船

随着客运渡轮的普及,双体船扩大到运输汽车和卡车以及乘客运输所必需的尺寸。这一突破主要发生在20世纪80年代的澳大利亚。斯堪的纳维亚制造商们，如克里斯蒂安桑的Westamarin，没有足够的设施来建造这种规模的工艺，以便立即进行竞争。但是，澳大利亚造船厂发现他们具有成本优势,同时具备建造铝壳经济结构重量比的技术能力。

巨型汽车客运渡轮

八十年代末，渡轮运营商Stena有机会快速引进在英国和欧洲以及爱尔兰之间的服务工艺。他们与造船商Finnyards合作开发HSS（高速船），并显著地扩大了这些建造工艺的速度和尺寸范围。图6.7所示在Finnyards建造的1500 Stena探险者号高速船,长度为120米,宽40米, 可载1500名乘客,375辆汽车或50辆卡车加100辆车,服务速度达40节,焊接铝制船体结构,4台燃气轮机型号为LM1600和LM2500为主要动力装置,并配备4台喷水推进器。

图6.7 1500 Stena探险者号高速双体船

图6.8显示了HSS 1500的一般布置。从横截面可以看出,水线在水面下是起限制排水量,从而提高了纵摇和横摇的阻尼系数,减小了水面的转动惯量,从而提高了纵摇和横摇固有周期。特别是增加了纵摇和横摇自然周期的差异,并且伴随着速度的增加而增大,从而提高了船舶的适航性。

图6.8 HSS 1500基本布置图

图6.9显示了Stena Rederi进行传统的双体船船体、HSS 760和HSS 1500衰减试验得到的纵摇周期(左)和横摇周期(右)的比较。

图6.9 纵摇和横摇周期比较

Stena HSS从荷兰Hoek van 到harwich的运营航线服务是荷兰和英国之间最有效的服务,而这两艘船在上世纪90年代开始运营。作者Bliault在海牙工作期间乘坐这些船在英国旅行了很多次，并在北部南海的波涛汹涌的海水的旅程非常舒适。

与在4小时内乘坐一辆汽车穿越英国的能力再次与这种情况形成鲜明对比,同一个传统超级渡轮同行是一夜风流韵事的旅程。HSS以40节的航度维持服务,并非常出色，冬天也很少取消航程。旅行时间刚好足以让一个乘客吃饭,并在两个小剧院之一上观看电影。除了特殊情况外，议案没有例外。不幸的是，燃油费用在过去几年增加了，所以配备燃气轮机主机的HSS经济性略有下降。虽然较小的HSS仍在英国运

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