沿海高速三体公务船总体设计外文翻译资料

 2022-10-31 14:43:32

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更低的速度损失：WPC通过在波浪穿透模式下工作时具有较低的附加阻力，具有较低的速度损耗，以及波浪中较低的垂直加速度和运动幅度.A74米WPC，“英国徘徊者号”由“ 海运集装箱有限公司“从纽约到英格兰西南海岸的部分运送时间仅为79.9小时，距离为5400海里，打破了横穿大西洋平均速度36.6海里每小时的历史纪录。

图6.20

图6.20显示了由澳大利亚建造的大型WPC渡轮“天猫座”，最大长度97.22米，最大宽度62米，型深8米，吃水3.4m，可以搭载380辆公共汽车或267辆汽车，900名乘客，载重量375吨，速度42节， 4台Ruston柴油机，每台7,080千瓦，由台 LJI 20E喷水推进装置作为推进装器。21世纪的第一个十年，由于需要进入海上风力发电的领域，这个新的公用事业市场开辟了双体船事业。人员进出检查和维护需要从岸上快速运送，船只需要在所有速度下都可以很好地进行，包括离岸系泊几种新设计的穿浪体被提出来。

三体船

三体船的始祖可能会被认为是建于上世纪30年代的在水面上的速度纪录尝试。马尔科姆·坎贝尔爵士的第一个这样的船是蓝鸟K3 / K4，建于1939年，最高可运行145公里每小时 （125节）。 这是一个具有两个剖面的前进工具和一个从后面安装螺旋桨的单个壳体。最初由往复式航空发动机提供动力，船体在后期改进。第二次世界大战诞生了De Havilland喷气式发动机。最初不稳定高速运行时，船体被改为由船尾的发动机推进。 6.21，在平静的水面上能够达到高达170公里/小时（147节）的速度，然后被击中淹没，日志并被破坏。

除主船体外，还有两个侧体，他们计划将侧体向前（参考了这些打破纪录的滑雪板）和在中央船体尾部的单个支撑点，由Beryl喷气发动机提供动力。由唐纳德·坎贝尔（Donald Campbell）驾驶的新蓝鸟K7在1955年能够达到200英里每小时（174节）。在1964年，与更高功率的奥菲斯喷气式发动机相比，她在澳大利亚达到了276每小时（240节）的纪录。1967年，在英国湖区的康斯肯水上进行了一次新的速度记录尝试，不幸的是，这艘船在300英里每小时（260节）左右飞行时，后流入水中，造成Donald Campbell死亡。 这个发展的故事记录在[6-5]中。

以这个速度，最大的问题是保持船体在水面上动态稳定。 我们在第一章介绍了WIG。 大部分这些船体与上述记录的水上飞机相比处于低速度，而且在海面以上。 二十世纪中期的速度记录水电站开发显示了高端极限。 从那时起，水上飞机继续发展，特别是用于由舷外马达提供动力的短路赛车。 他们能够保持其他人的稳定运行，并在60-80节的速度范围内进行急转弯，参见本书后面关于水上飞机网站的资源。

图6.22

被给予足够的动力，可以设计一种高速稳定的形式，至少在平静的水面上或有限的碎波上。近年来的挑战是，这种形式是否可以用于商业目的的重要有效载荷，以及它是否比双体船形式有任何优势。

事实上，三体船的形式已经沿着不同的军队发展和商业HPMV使用方向拓展。原则是对细长的中央船体提供稳定性。赛车手中心的“船体”已经减少到一个小的滑雪板，甚至表面骑行螺旋桨本身，以弗劳德数字记录的突破工艺，范围在8-10，基于船体长度。对于在0.7-1.1的弗劳德数字范围内操作的工艺，船体可能是半平面的，但仍然基本上与水面接触。当我们考虑一个快速的商业单体船，或军舰如护卫舰或护卫舰，如果我们希望提高性能，我们可以做什么，同时保留基本的中央船体？

答案是将侧体放在船体的两侧，并允许船体更细长 - 这就是当然，我们来到了非常规定的单体船的稳定性问题。 作为“未来表面作战”项目的一部分，英国皇家海军是一个三体船，旨在展示这一概念的有效性，可能取代旧式单体皇家海军第23型护卫舰，这是首屈一指的项目。 项目调查现有单体船设计的问题如下：

与现有船舶相比，如果与现有船舶高速（Frlgt; 0.5）相比，由于后束相对较宽，并且相对较低的长度/梁比用于稳定性

1.在甲板上寻找更大的空间，例如在直升机和甲板以下。

2.改进现代武器以便在海上的波浪运动中使用，以允许直升机在较恶劣的天气下运行，并提高武器的可操作性

选择改善这些问题的方法是扩大主要长度，设定大长宽比减少波浪阻力;并在主体船体两侧的两侧增加两个支架，以提高横向稳定性，如图1所示。 RV Triton于2000年推出，并在此期间进行了一系列试验，直到2005年，包括直升机运营，停泊和离岸补给行动与单体船支援船。船长97米，型宽22米，最大行驶速度20海里，最高速度20海里，巡航速度12海里，航程3000海里。三号卫星并没有最终被选为皇家海军开发计划，但是确实为这些船只类型的运行和设计提供了宝贵的知识。 RV Triton实际上是由Gardline Marine集团于2005年购买的，而从2006年底起，澳大利亚海关就将其作为离岸拦截船。

图2.23

在Triton正在开发的时期，快速的渡轮建设者Austal还调查了Trimaran商业渡轮运营的配置，旨在提高海运业绩，与公司的主要产品相比，快速双体船 奥斯特尔发现，通过担任赞助商，表现得到改善船只的船尾，而不是船中。 军用版图6.24最近由美国海军采用的奥斯陆三体船设计进行比较Triton。 Austal Trimaran的设计速度为36节，明显高于Triton。 这种三体船的主要特点如下：

1. 由于主船体细长，主船体和两个侧体之间的波浪制造有较好的干扰，高速低波浪阻力。由于侧体的横向稳定性不够强，所以在斜海上作出良好的反应。

2.大型甲板空间，特别是船尾，方便直升机操作。 主体与船上侧体的配合在这方面给了较少的空间。

3.由于高阻尼，提高了小滚动角度的适航性来自侧体，以及由于细长的主船体而产生的较小的俯仰运动和速度损失。

奥斯陆的三体船的第一个客户是的弗雷德·奥尔森渡轮岛屿。 Benchijigua快艇是127米长，30.4米宽，吨位2600吨。在2005年交付的该船可以携带多达341辆汽车以及1,291名乘客在特内里费岛与拉帕尔马岛，戈梅拉岛和埃尔埃里埃罗岛在加那利群岛的航线上，该船见图 6.25。

图6.24

图6.25

为了在主船体和侧体之间获得有利的波浪干扰，以及船舶优化的一般安排，奥斯特尔调查了两种可能的安排方案，然后在船尾配置上进行调查，即将船舶安排在船尾或在中间类似于HMS Triton。 船尾配置对于在所有三个船体中安装喷水器的机械安装更为方便，并且发现水动力相互作用对于高速渡轮的较高的弗劳德号码操作更有利。一旦选择了船尾结构，在荷兰的流体力学研究实验室MARIN进行了一系列模型试验，以优化几何形状。

图6.26

图6.26显示了等效单体壳体的可操作性分析结果，在西太平洋区域，为选定的运动标准设计了1000吨有效载荷的双体船和三体船（稳定单体船）。

图6.28

目前情况不错，但是限制是什么？三体船的优点是什么？

与有效载荷因子相比，整体排水量大，复杂的几何形状，使对接比单体船或双体船更为困难。 复杂的船体结构设计和增加的总重量与无负载有效载荷（较低的体积效率）相比，导致每单位有效载荷的成本更高。 因此，这种工艺对于诸如乘客和战术军事任务的高价值低密度货物而不是硬件（货物）投射到目标是最有用的。

在开放的海洋环境如加那利群岛，可操作性是一个重要因素，并导致对双体船的选择。 可操作性也是一样，美国海军对该船的“海上作战船”（LCS）计划感兴趣，目标是建造最多55艘新的高速船。 2005年Austal与通用动力公司合作签订了一个合同，建立一个原型

LCS概念的一部分竞争性评估。 LCS2，USS独立是在美国的奥美尔美孚造船厂建造的，并于2009年开始试运行。

三体船概念于2009年晚些时候被美国海军选中，并签订合同让通用动力公司为第二艘USS科罗纳多船开造，建在通用动力浴铁工厂造船厂。 美国海军将继续以2010年底承诺的十艘船舶计划继续建造三体船LCS。我们在本章节中进一步讨论该计划。 奥斯陆继续发展三体船，并建造了第二艘102米级的渡轮。并准备了一个更大型军工的设计，MRV 126 。

图6.29

五体船

该设计由英国研究和工程公司BMT Defense Service Ltd发起，目的是提高续航力。

主船体以给定的自重和速度进行优化，而四个侧体 - 两个后侧体和两个前侧体，最大限度地减少阻力。安装在前面的侧体设计为刚刚摆脱水面，仅在横摇运动时才被浸没（图6.30）。

图6.30

一个五体船在每个方向都有一个侧体，随着船只的高质量侧体出现，所以另一个沉浸在恢复稳定。与三体船相比，这减少了阻力，同时改善了防震功能，牺牲了更复杂的吊装过程。船只本身对重量不敏感，但是五体船的关键是以恒定的吃水和窄范围的运行，以确保侧体的正确沉浸，这意味着船舶必须承担水压载体以补偿用于可变负载。与三体船相比，这在经济表现方面造成了惩罚，并且可能意味着这个概念只有在需要更高速度和性能的情况下才是有趣的。这可能是一个狭窄的应用窗口，在进入刨光机制和不同驱动程序进行优化之前。图6.31显示了BMT的Pentamaran护卫舰的总体布置，以满足未来对速度灵活性和“Swing”角色能力的要求。

超细长双体船

如上所述，超细长高速双体船的设计理念与三体船和五体船相似，但在这种情况下，简单地将侧面船体延伸到更大的细长度，旨在提高阻力特性和防震性能。 这是1990年代初IHI AMTEC公司和东京大学的一个发展项目。 图6.32显示了他们超细长的高速双体船（SSTH）乘客渡轮海洋箭头的细节，其主要细节如第245页的表6.8所示。在72米长和30节的运行速度下。 该设计旨在最大限度地减少安装的经济效益，同时为乘客顺利乘坐。渡轮在日本熊本岛和岛原之间以30分钟的时间表进行运营，将1998年换乘渡轮的时间减半。

小水面双层船体工艺

我们已经看到了一些多船体的配置，旨在以最小的成本实现高速服务，同时为旅客的有效载荷提供舒适的乘坐空间。 表面支撑工艺; 即使使用波浪穿透概念，明显地改善在海上舒适性能。 小水线面双体船是一个不同方向的探索。潜艇中可以追溯SWATH的概念。 一旦潜艇淹没在大于表面波的一个波高的深度上，船舶的波浪形成以及从外部到船舶的波浪干扰几乎减少到零，从而提高其海上飞行性能。 如果一艘船的浮力可以像一艘潜艇完全淹没，并用垂直的支柱连接到水面以上的支撑平台上，则可能会有一些改进，例如海啸和速度。

图6.31

图6.32

图6.33

这个基本思想最初由C.G.伦德贝格在1880年他提出，具体设想是一个从一个淹没的浮力圆柱体支撑的平台。 1946年，弗雷德里克·克里德（Frederick Creed）被授予了一个由两个平行的水下圆柱体支撑的平台的专利，旨在用作航空母舰。在向英国提供的时候，这是不被接受的。在1967年，利顿公司的Reuven Leopold博士获得了两艘平行的合并气缸和垂直支柱支撑而脱离水的船体。最后，1968年Stenger和荷兰的Boele造船厂利用两个圆柱形船体设计和建造了海上支援船只Duplus，这些船体支撑了一个长方形的水上船体，以支持海上石油开采（图6.33）。 Duplus不是8节的HPMV，而是成功地证明了原则，并鼓励其他几家造船厂的发展。在日本三井开始在半潜双体船上工作，设计航速26.5节，1979年有446名乘客MESA 80工艺品名为“海鸥”，而在美国，SWATH工作船建于1972年，名为Kaimalino。Kaimalino的试验最终导致美国海军（胜利级）建造四条SWATH声波监视船，长度为71.5米，速度为12节巡航速度（图6.39）。

典型的SWATH配置可以归纳如下。 图6.33以Duplus的配置为例;

水下船体：双体，圆柱形的。由于圆柱形简单易于配置，大多数SWATH都是这种类型的。主推进发动机（柴油或电动发动机），以及其对螺旋桨，燃料箱，压载舱和用于稳定磁场的遥控机构的传输等安装在浸没体内。浸没体采用钢或铝制成，排量约为70-90％。

bull;上层建筑：这是一个适合工作的框架，客舱，一般由铝合金制成，以减轻重量。

bull;支柱：支柱有一个细小的流线型外形，可以在穿透表面以将浸没的身体连接到超级结构时降低阻力和波浪干扰。在某些工艺中，它们也用于动力传动和船员进入下面。

bull;稳定装置：小水线面双体船通常在弓形和船尾支柱上都安装有这样的装置，以改善横向和纵向的稳定性，并控制动态运行态度。

波浪中最小运动的船舶

由于仅通过水面的支柱，对船舶的波浪干扰较弱，所以与传统工艺相比，小水线面双体船运动更小，更像半潜式钻井平台。 美国海岸警卫队对3,100吨的单体巡逻艇进行了对220吨位移“凯马利诺”（图6.34）的对比试验，发现两艘船的运动几乎相同，甚至稍微低一点的SWATH。 日本SWATH乘客渡轮“海鸥2”在日本海峡处于粗暴波浪中，与常规船舶相比，具有类似排量的SWATH平均滚动角度为1.5°，双节船船只为9°，垂直方向为9°加速度为0.1克，单体船舶为0.6克。SWATH的速度损失只有2％，而且乘客的晕船更少。

低波阻抗

这种工艺的抗波浪性很小; 然而，由于大体积的水下体积和深度通风，由于大的表面积（比常规单体船大60％），因此体摩擦阻力很大。

在低速和高速下，总阻力大于单体船。 然而，由于波浪消除效应，在中速飞行器的情况下，总拖曳将更低，所以SWATH有一个明确的最佳操作点。 表6.9中的SWAT

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