2014-學(xué)生-船舶工程概論2-2

近二十多年各種交通工具不斷地向高速化發(fā)展,而現(xiàn)在一般商船:15~20節(jié),高速大型客船33~35節(jié)。速度提不高的原因:（1)水具有比空氣大800多倍的密度。（2)要提高航速,主機(jī)功率就會(huì)急劇增加（而當(dāng)船航速超過(guò)一定范圍時(shí)）。2.4高性能船舶與船型發(fā)展

減少船與水的阻力(包括興波阻力,摩擦阻力)以期獲得較高航速，仍在如下一些方面進(jìn)行不斷探索：

（1）改進(jìn)船體線型或提高推進(jìn)效率。（2）在船與水之間形成一個(gè)空氣隔層。（3）把主船體抬出水。（4）主體完全沉入水下。2.4高性能船舶與船型發(fā)展

高性能船舶：以現(xiàn)代流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的推進(jìn)、傳動(dòng)、控制、新型材料等多方面高新技術(shù)、有別于常規(guī)排水船型，并以高速度、高適航性、高效費(fèi)比為只要標(biāo)志的特種船艇。2.4高性能船舶與船型發(fā)展

高性能船舶（按其不同船舶原理）分：

以機(jī)翼理論為基礎(chǔ)的水翼艇、以氣墊理論為基礎(chǔ)的氣墊船，以機(jī)翼貼近地面或水面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生增壓效應(yīng)理論為基礎(chǔ)的地效翼船、以流體動(dòng)壓力理論為基礎(chǔ)的滑行艇、以耐波理論發(fā)展起來(lái)的小水面船，以及雙體、多體船排水型船和復(fù)合型船。2.4高性能船舶與船型發(fā)展

一、高性能包括多種船型：1．靜水力支撐a)高速單體船（含深V型等型）

b)高速雙體船（含穿浪型）

c)小水線面雙體船

2、水動(dòng)力支撐型（滑行艇、水翼艇）

3．空氣靜力支撐：氣墊船（全浮，側(cè)壁）

4．空氣動(dòng)力支撐型：地效應(yīng)船2.4高性能船舶與船型發(fā)展

二、性能包括：１．機(jī)動(dòng)性（快速性、操縱性等）2．兩棲性（空海、陸海、越障能力等）

３．適居性（平臺(tái)的穩(wěn)定性、搖擺的緩和性等）４．經(jīng)濟(jì)性(效費(fèi)比高、軍民兼容、壽命長(zhǎng)）5．安全性（生命力強(qiáng)、抗沉性能好、防火、救援等）6．可用性(可靠性高、維修簡(jiǎn)便、支援保障容易)

7．隱身性(形隱身、聲隱身、光隱身、電磁場(chǎng)隱身、電磁波隱身等）2.4高性能船舶與船型發(fā)展

滑行艇:航行速度在，艇體重量幾乎全由作用在艇底的流體動(dòng)升力所支持的高速艇。這種艇與過(guò)渡型快艇相比，航速范圍更高?；型Ь哂屑怍暗奶厥庑螤?，使艇進(jìn)入滑行狀態(tài)比較容易。2.4.1滑行艇

滑行艇艇體所獲得的流體動(dòng)支持力與艇體尺度的平方成正比，而艇重則與尺度的立方成正比。因此只能限于小型的“艇”上，即長(zhǎng)度不大于40~50米的船。2.4.1滑行艇

滑行艇海軍用作魚(yú)雷艇、導(dǎo)彈艇、偵察艇、巡邏艇等。民用方面用作運(yùn)動(dòng)艇、交通艇等。缺點(diǎn)：耐波性較差，在波浪中底部沖擊嚴(yán)重，失速較大，不適于在大風(fēng)浪中航行。2.4.1滑行艇

滑行艇的橫剖面一般為尖舭型，其型線特征為：(1)艇體長(zhǎng)度比(L/B)較小。目的在于提高滑行面的水動(dòng)力性能(2)后體的縱剖線較平坦。有力于提早進(jìn)入滑行狀態(tài)和減少高速水流的能量損失。2.4.1.1單體滑行艇的船型特點(diǎn)

(3)底部和舷側(cè)相交處形成折角線，使艇底向舷側(cè)方向的噴濺水流盡快脫離舷側(cè)，減小阻力，同時(shí)也有利于艇體上抬，提早進(jìn)入滑行狀態(tài)。(4)艇底橫剖面保持一定的橫向斜升角。從阻力性能，底部斜升角越小，升力效應(yīng)越好，但在波浪中將會(huì)引起嚴(yán)重的砰擊。一般艇首的橫向斜升角較大，有利于緩和波浪中砰擊；而尾部在波浪中砰擊要比首部小得多，主要考慮阻力性能，可取較小的斜升角甚至接近零度。2.4.1.1單體滑行艇的船型特點(diǎn)

(5)采用方尾。以利于高速時(shí)水流盡早脫開(kāi)尾封板，避免水流升到尾甲板上，也可降低阻力和防止螺旋槳處吸入空氣。(6)在水線面上水流進(jìn)角較小。減小首部興波阻力。2.4.1.1單體滑行艇的船型特點(diǎn)

按滑行艇的艇底縱向形狀不同分:

無(wú)斷級(jí)滑行艇和斷級(jí)滑行艇。單斷級(jí)滑行艇斷級(jí)可在整個(gè)艇長(zhǎng)范圍內(nèi)設(shè)一個(gè)或多個(gè)，一般軍用或民用滑行艇常用一個(gè)斷級(jí)，只有一些競(jìng)賽艇才用多個(gè)斷級(jí)。單斷級(jí)通常在舯部。斷級(jí)艇在風(fēng)浪中的耐波性較差。2.4.1.1單體滑行艇的船型特點(diǎn)

水翼艇：全部或部分艇體重量由安裝在艇底下的水翼所產(chǎn)生的水動(dòng)力升力來(lái)支持的高速快艇。水翼艇艇體被抬出水面，幾乎不受波浪影響。它具有航速高、適航性好、尾波小等特點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)：興波小，阻力低；波浪中失速?。荒筒ㄐ院?。缺點(diǎn)：艇體下有水翼，不適用淺航道，水翼寬大于船寬，靠碼頭有些不便，為減輕主機(jī)重量常采用高速內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，使用壽命短，對(duì)燃油要求高，經(jīng)濟(jì)性較差。2.4.2水翼艇

目前，水翼艇技術(shù)被廣泛地用于導(dǎo)彈艇、護(hù)衛(wèi)艇、獵潛艇、巡邏艇。俄羅斯不僅堅(jiān)持發(fā)展水翼魚(yú)雷艇、導(dǎo)彈艇，而且積極應(yīng)用于江?？瓦\(yùn)。2.4.2水翼艇

水翼艇航速一般為45~50kn。水翼艇航速超過(guò)60節(jié)的艇很難避免產(chǎn)生空泡，因此水翼艇的航速一般不超過(guò)100節(jié)。2.4.2水翼艇

艇體線形與滑行艇線形相近。一般常用的線型為折角線形。2.4.2.1船體線型低折角線及凹形前部切面2.4.2.1船體線型深折角線及凸形前部切面

水翼系統(tǒng)主要有：

單水翼系統(tǒng)和雙水翼系統(tǒng)。只在艇首部裝水翼，航行時(shí)首部艇體由水翼支撐脫離水面，而尾部仍在水中滑行，稱(chēng)為翼滑艇（也稱(chēng)單水翼艇）。艇的前后裝有水翼，航行時(shí)艇體完全離開(kāi)水面，稱(chēng)為雙水翼艇。2.4.2.2水翼系統(tǒng)

1.翼滑艇的水翼系統(tǒng)翼滑艇只在艇首部安裝水翼。一般選用淺浸水翼。艇航行時(shí)吃水淺，又必須與艇尾部滑行面一起工作，在提高適航性方面不能不受到限制。2.4.2.2水翼系統(tǒng)

雙水翼系統(tǒng)，按前后水翼負(fù)荷不同，有飛機(jī)式、串列式和鴨式。水翼負(fù)荷由水翼距艇重心的距離而定。前翼負(fù)荷為艇重的65%以上，即尾翼至艇重心的距離與兩水翼距離之比la/l≥0.65，稱(chēng)為飛機(jī)式配置。后翼負(fù)荷為艇重的65%以上，鴨式配置。前后負(fù)荷大致相等，稱(chēng)為串列式配置。2.4.2.2水翼系統(tǒng)

水翼種很多,通常分：

割劃式水翼和全浸式水翼。

2.4.2.3水翼的類(lèi)型

1.割劃式水翼艇割劃式水翼艇是航行時(shí)水翼割劃水面。割劃式水翼通常為V型或階梯形，也有環(huán)行等。

水翼的前視形狀(1)階梯形翼（圖a);(2)梯形翼（圖b)；(3)弧形翼（圖c);(4)平翼（圖d);(5)V形翼（圖e)。

水翼的前視形狀2.4.2.3水翼的類(lèi)型

梯形翼一般由平翼提供升力，側(cè)翼保證穩(wěn)性，升阻比一般比V形翼高；V形翼在波浪中翼航時(shí)，沖擊比梯形翼；梯形翼具有很大的風(fēng)浪中翼航能力，但由于剛性太大，波浪中顛簸劇烈，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，干擾阻力大，在實(shí)船上一般不用。2.4.2.3水翼的類(lèi)型

割劃式水翼的部分翼板具有上翻角，艇航行時(shí)，具有上翻角的翼板割劃水面，若浸深發(fā)生變化時(shí)，水翼工作面也要改變，改變升力，使水翼能恢復(fù)到初始平衡位置。優(yōu)點(diǎn)：自穩(wěn)性好，不用自控系統(tǒng)艇能在靜水和較小的風(fēng)浪中穩(wěn)定航行；它有翼面積儲(chǔ)備，有利于艇的起飛，并增加了翼航速度范圍，改善了風(fēng)浪中爬浪性能和翼航能力；艇在錨泊或排水航行時(shí)，較大的上翻翼增加了運(yùn)動(dòng)的阻尼，減少了艇的搖擺。2.4.2.3水翼的類(lèi)型

缺點(diǎn)：產(chǎn)生升力的部件割劃水面，對(duì)波浪的干擾較敏感；風(fēng)浪中翼航無(wú)自控時(shí)，搖擺和垂向加速度都較大；并增加了噴濺阻力，降低了升阻比；這種水翼比全浸式水翼重量和跨度都較大，故收放復(fù)雜。2.4.2.3水翼的類(lèi)型LY1型水翼船“南星”號(hào)高速自控水翼船

2.全浸水翼翼板全部浸沒(méi)在水中，只有不產(chǎn)生升力的支柱割劃水面，稱(chēng)為全浸式水翼。沒(méi)有自穩(wěn)性，必須借助控制系統(tǒng)才能保證運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。對(duì)波浪的干擾不太敏感，具有足夠的浸深，具有優(yōu)異的適航性，較易實(shí)現(xiàn)水翼上翻。一般在排水航行或停泊時(shí)，需將水翼上翻或收縮起來(lái)。2.4.2.3水翼的類(lèi)型

1.民用水翼艇在內(nèi)河、港灣和沿海島嶼之間營(yíng)運(yùn)的水翼客艇或交通艇，要求經(jīng)濟(jì)舒適、安全可靠、使用方便，一般采用有足夠自穩(wěn)性的割劃式水翼系統(tǒng)。一般用簡(jiǎn)單可靠的直線傳動(dòng)推進(jìn)裝置。為了減小推力軸線傾斜角，要求機(jī)艙向前布置，重心偏前，一般用飛機(jī)式水翼系統(tǒng)較多。國(guó)外也有全浸式鴨式配置的自控水翼客船，可在風(fēng)浪較大的海區(qū)航行。2.4.2.4水翼系統(tǒng)的選擇

2.軍用海洋水翼艇軍用水翼艇，要求能在風(fēng)浪較大的海區(qū)作戰(zhàn)使用，對(duì)抗風(fēng)浪能力要求較高，采用深浸式水翼配自控系統(tǒng)。主機(jī)宜布置偏后。整個(gè)艇的重心偏后，水翼系統(tǒng)采用鴨式配置較為有利。也有采用飛機(jī)式配置。水翼需要上翻或收縮。水翼系統(tǒng)和水翼形式的選擇需要綜合各方面因素，衡量利弊后擇優(yōu)選取。

2.4.2.4水翼系統(tǒng)的選擇

近二十多年來(lái)，我國(guó)在理論上，實(shí)踐上，進(jìn)行了不斷探索，使氣墊船得到迅速發(fā)展。它解決了水翼艇航速低，噸位小和適航性差的問(wèn)題。

氣墊船：利用船上的墊升風(fēng)機(jī)將壓縮空氣壓入船底，在船底與水面或地面之間形成氣墊，使船體全部或大部分墊升航行的高速船。2.4.3.氣墊船

原理：靠升力風(fēng)扇把壓縮空氣打入氣束，從氣束周邊噴流射口射出而形成氣墊，將船體全部抬出水面。要求在船底四周安裝了柔性圍裙（全墊升）,以防止氣流逸出,保證形成一定厚度的氣墊。氣墊船分：全墊升式氣墊船和側(cè)壁式氣墊船。1.全墊升式氣墊船全墊升式氣墊船分：全墊升式兩棲型氣墊船和全墊升式非兩棲型氣墊船。2.4.3氣墊船

（1）全墊升式兩棲型氣墊船全墊升式兩棲型氣墊船的船底四周用柔性圍裙封閉全，用空氣螺旋槳推進(jìn)。特點(diǎn):在水面、陸地、沼澤地、沙灘，并具有良好的通過(guò)性：a)飛越一定的寬度壕溝；b)跨過(guò)一定寬度的垂直障礙；

c)爬過(guò)一定角度斜度。可用做短途客車(chē)、渡船及軍用方面,航速80~100Kn。2.4.3氣墊船

缺點(diǎn)：1、噪音大（在海面60Kn，陸地40Kn時(shí)，噪音大，使人無(wú)法忍受）；

2、遇大風(fēng)時(shí)操縱困難，在波浪中失速大，空氣螺旋槳推進(jìn)效率低，因而限制了向大型發(fā)展。2.4.3氣墊船2.4.3氣墊船（2）全墊升式非兩棲型氣墊船全墊升式非兩棲型氣墊船的船底四周用柔性圍裙封閉，采用超空泡水螺旋槳或噴水推進(jìn)。優(yōu)點(diǎn)：推進(jìn)效率高，噪音小，建造噸位比兩棲型氣墊船大。缺點(diǎn)：只能在水中航行。2.4.3氣墊船

海軍用作登陸艇、掃雷艇、布雷艇、導(dǎo)彈艇、反潛艦艇、巡邏艇等。民用方面用作民用運(yùn)輸、油田工作、冰山使用、工作艇等。氣墊船2.4.3氣墊船

地效應(yīng)船是利用空氣動(dòng)力的地面效應(yīng)（動(dòng)態(tài)氣墊）得到支持力。原理：當(dāng)艇高速航行時(shí),迫使氣體流入艇與水面之間,空氣被強(qiáng)烈的阻滯,使翼面下的壓力增高,形成動(dòng)態(tài)氣墊,使艇支持在水面以上一定距離的空氣中完全擺脫了水面。2.4.4地效應(yīng)船

優(yōu)點(diǎn)：1.超低空、高航速、兩棲性、比一般飛機(jī)有更大裝載量與經(jīng)濟(jì)性。2.具有獨(dú)特的超低空飛行本領(lǐng)（0～50m空中飛行）。3.速度：60～200Kn（與直升飛機(jī)速度相當(dāng)）。4.兩棲性和抗風(fēng)能力。2.4.4地效應(yīng)船

與飛機(jī)的區(qū)別:飛機(jī)靠機(jī)翼產(chǎn)生升力支持機(jī)體在空氣中。地效應(yīng)船靠地面效應(yīng)支持。地效應(yīng)船是利用機(jī)翼表面效應(yīng)產(chǎn)生的氣動(dòng)升力支持艇重航行的高速船。

2.4.4地效應(yīng)船

最大特點(diǎn)是飛機(jī)的快速性和船舶的經(jīng)濟(jì)性。適用于海上高速客貨運(yùn)輸，戰(zhàn)時(shí)可作軍事用途。俄羅斯“雌鷂”級(jí)地效翼導(dǎo)彈艇，1989年服役，該艇總重370~400噸，航速300節(jié)，最大航程可達(dá)3000海里，攜帶6枚SS-N-22反艦導(dǎo)彈。2.4.4地效應(yīng)船

水翼艇和氣墊船的共同缺點(diǎn):

1)受風(fēng)浪影響大2)適航性差

目前常規(guī)雙體船的耐波性也較差。研究表明：如果減小船水線面積，將大部排水體積移至遠(yuǎn)離水線面