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1、小水线面双体船的船型特点、应用现状和发展趋势 任雅广【摘 要】作为一种新型的高性能船型,小水线面双体船型凭借其宽敞的装载空间和优秀的航行性能,在各国获得了快速的发展和广泛的应用.本文重点介绍了小水线面双体船的船型特点和优秀的性能,以及国内外的应用现状和发展趋势.【期刊名称】船舶设计通讯【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5 页(P29-33)【关键词】小水线面双体船;船型特点;军民应用;发展趋势【作 者】任雅广【作者单位】海军装备部驻上海地区军事代表局,上海 200135【正文语种】中 文【中图分类】U674.951 小水线面双体船（Small Water-plane Area
2、Twin Hull ship，SWATH ship）是一型高科技、高附加值、高性能的新型船舶。19 世纪时从欧洲开展研究，到 20世纪 70 年代把小水线面和半潜双体船相结合，逐步发展成为现在的船型，得到了非常广泛的应用。小水线面双体船的船型特点，顾名思义，主要在于小水线面和双体两个方面。首先，其具备双体船甲板面宽、横稳性好的特点，使得上层甲板的空间布置更加灵活。其次，与一般的双体船不同，小水线面双体船的排水量主要来自于它的两个潜体，水线面处只有两个细长支柱，因而称为小水线面。常见的船型结构见图 1。小水线面双体船结构复杂，与相当排水量的常规船型相比，重量更大、吃水更深，对码头的水深要求较高。
3、船体吃水对载重量非常敏感，全船的配载要求高。小水线面双体船的船型特点汇总于表 1。在水线面处，由于支柱瘦长、长宽比大，可以有效削弱波浪能力，使得小水线面船具有优秀的兴波阻力优势。而其支柱间距大，片体间波浪的相互干扰很小，因此可以有效减小兴波阻力。与排水量相当的常规船型相比，小水线面双体船一般具有更大的湿表面积，因此摩擦阻力较大。只有当船速超过一定值使得兴波阻力占总阻力的比重大于 50%时1，小水线面双体船才能显示出其在阻力方面的优势。需要注意的是，其吃水更深，因此在有限水域中的浅水效应也更为显著。在波浪中，细长的支柱使得小水面线双体船具有更好的适航性，而且可以通过调整水线面面积以改变波浪激励力
4、，进而改变船舶固有周期以错开航行海域的主周期，以获得更好的耐波性能。由于其在波浪中的摇摆比排水量相当的单体船小得多，因此其失速也就小得多。由于潜体是比较规则圆满的细长体，尾部桨盘处的伴流场既均匀又规则，因此推进效率比一般船型高。其螺旋桨吃水较深，且采用低转速、低噪声的设计可进一步降低螺旋桨噪声。但是由于潜体细长，其内部空间利用效率较常规船型而言比较低。在操纵性方面，一般认为小水线面双体船的回转半径较大，采用差动操纵时，可获得较好的回转性能2。小水线面水下部分具有回转体尾型和首型，减小了流动噪声；结构噪声通过船体的辐射也因船型的特殊性而减小。据初步估计，SWATH 船背景噪声要比同量级的单体船低
5、得多。由于 SWATH 船横摇幅度明显减小，周期显著增大，较宽敞的舱容允许侧壁倾斜一定的角度，这些特点都可使雷达不易探测分辨，达到良好隐身效果。小水线面双体船由于它出色的适航性，获得了“全海候而且不晕船的船”的称号，已经在海事救难、巡逻执勤、海关缉私、港监引水、渔政海监、潜水打捞、油井守护、海上特种作业、海洋考察、水文测量、海峡岛陆间的轮渡航运、观光旅游、海上娱乐等领域有了广泛的应用。在军事上，也成功地用于水声侦察警戒、武器试验保障、隐身技术试验等舰船，并正在探索和开发在水面作战舰艇上的应用。4.1 美国小水线面双体船的发展 美国海军水下中心（NuC）于 1970 年开始了首艘也是世界上第一艘
6、小水线面双体船的设计。该船总长 26.8 m、甲板长 23.43 m、宽 19.72 m、水下主体长 24.93 m、直径 1.98 m、吃水 4.65 m、排水量 190 t。该船 1974 年建造完毕并移交美国海军水下中心开始进行实船试验和服役（见图 2）。其后美国陆续建造了多艘小水线面双体船，类型包括试验船、海岸巡逻艇及水声侦听船等。“海幽灵”号是美国海军于 1993 年建造的一型小水线面双体船，全船为钢质船体，采用柴电推进，船长 50 m、宽 20 m、吃水 4.4 m、排水量 570 t。“海幽灵”与一般的小水线面双体船不同，它采用了一种“A”形剖面结构，即支柱与垂线之间有一个角度。
7、系列试验表明，所选择的 45支柱角，对于这种尺度的船，船体运动幅度可以大大降低。它的导边和随边还呈曲线形，可以减少航行时的阻力、升沉和纵倾。“海幽灵”号的前后都装有水翼，它们不但被用于提高适航性，还用于艇的转向。独特的外形使其具有很好的雷达波隐身性能，加上排气体也是排放到海中以降低热量的散发，提高了红外隐身性。美国 1991 年建成的“胜利”号小水线面双体水声监听警戒船，船长71.5 m、排水量 3 396 t、航速 16 kn、有义波高 5.4 m 时可以 100%正常作业，7 级海况下可在大洋中对核潜艇实施跟踪、监视、侦听任务。1998 年建成的“完美”号是“胜利”号的改进，排水量达到 5
8、 370 t，航速只有 12 kn，耐波性更好，采用电力推进，并加配全向喷水推进器，为大型化、高隐身、全海侯小水线面双体船作为先进实用平台提供了技术储备。美国 1999 年设计的 AGOR-26 型小水线面双体海洋综合科考船，长 56.4 m、宽26.8 m、排水量 2 542 t、最大航速 15 kn。该船充分利用其全海侯能力，广泛承担军内外和国际的有关海洋科考的任务。美国于 19971998 年开发了 SLICE 小水线面四体高速多功能演示艇。该艇采用四支柱、四下体线型结构。长 31.7 m，排水量 180 t。该船的特点是取消舵，利用前后下体的科学布局，改善流场及水流干扰，抑制船舶运动。
9、4.2 日本小水线面双体船的发展 日本先后建造了多艘小水线面双体客船、水文调查船及科考船。“海鸥”号是日本三井造船株式会社 1979 年建造的小水线面双体客船，总长 36 m、宽 17 m、排水量 343 t、最大航速 27 kn，采用耐腐蚀铝合金结构、双机双舵、甲板面积宽敞。该船的适航性好，乘坐舒适，不晕船。据 1981 年 9 月至 1986 年 9 月的五年统计，创造了晕船率平均仅为 0.66%的令人惊奇的纪录。因此，在运营中深受旅客欢迎。1989 年建造了改进的“海鸥 2”号小水线面高速双体客船。主要优化了船型设计，减少了排水量，提高了航速，增大了载客量。由于选用了体积小、重量轻的主机
10、和主要设备的轻型化，布置所需空间和重量减少。经合理设计，船长增加 3.4 m，舷宽则减少 1.5 m，瘦长的船型改善了快速性；总吨位减少约 20%，功率增加 1 924 kW，约 32%，使得最大航速超过 30 kn。“大鸟”号小水线面双体船由三菱造船公司于 1981 年建造，其使命任务主要是用于大阪湾和播磨滩海域的水质和海底地质调查观测，以及为改善濑户内海的海洋环境进行预先调查。该船主体材料主要为钢材，上层结构采用耐腐蚀铝合金。在潜体前后部为提高船体航行的稳定性和改善波浪中摇摆而装设了两对减摇鳍。4.3 欧洲小水线面双体船的发展 一些欧洲国家如英国、挪威、意大利等也开展了小水线面双体船的研究
11、。芬兰“雷迪逊钻石”号小水线面双体远洋豪华客轮建于 1992 年，船长 131 m、宽 32 m、型深 15.5 m、吃水 8 m、排水量 11 740 t，是世界上第一艘万吨级小水线面双体船，最高航速 14 kn。该甲板面积宽敞，舱容充分，上层建筑美观舒适；潜体内侧安装了 4 片减摇鳍，可通过传感器自动控制。通过综合船型和减摇鳍效能，提高适航性。由于该船主机、电站等机械设备都设置在潜体内，远离居住舱和生活区，因此，机械运转振动干扰和噪音影响大为降低，居住舱室安静舒适。德国在 20 世纪 90 年代从美国引进技术，开始研究开发小水线面双体船，走出了一条军民应用结合的小水线面双体船发展道路，应用
12、领域非常广泛，客户遍及国内外多个部门和行业。截至 2012 年 9 月，德国已经建造了 6 系列 11 型共 25 艘小水线面双体船。在高性能船军民结合及推广商业化运作方面，德国的经验值得借鉴。北海造船厂在 2005 年向德国海军交付 1 艘 72 m 751 型“行星”号（Planet）小水线面双体研究试验船。该船是德国最先进的试验研究船，可进行鱼雷发射试验等海军技术海试和研究。该船排水量 3 500 t、长 73 m、宽 27.2 m、吃水 6.8 m、航速 15 kn、自给力30 d，航程 5 000 n mile、船员 25 人，另可载 20 名科学家。该船共设 6 个减摇鳍，前面 2
13、 个为主动式减摇鳍，后面 4 个为被动式减摇鳍，集中了大型小水线面双体船的诸多核心技术，如：减振降噪安静环境控制技术、永磁电机电力推进系统技术、水下武器及电子系统试验技术，确属21 世纪的高技术船型。4.4 我国小水线面双体船的发展 我国第一艘小水线面双体船是汕头大洋船舶工业总公司和中国船舶科学研究中心共同为国家海关总署设计建造的海关监管艇“海关 201 艇”（见图 3）。该艇采用钢质艇体与玻璃钢上层建筑混合结构，双支柱变截面潜体。艇长 35 m、宽 13.3 m、深 4.5 m、设计吃水 2.5 m、排水量 227 t，设计最大航速 18 kn。主要用于执行反走私监管任务。“实验 1”号科考
14、船（图 4），长 60.9 m、宽 26 m、排水量 2 560 t、钢制全焊接结构、最大航速 15 kn、经济航速 10 kn、最大续航力 8 000 n mile，采用交流变频电力推进系统，拥有先进的通导设备和动力定位系统等，自动化程度高，为海上科研调查、海上科学实验提供了一个性能优良、安全可靠和工作舒适的海上低噪声工作实验平台，是国内首艘入籍 CCS 的小水线面双体船。“新世纪 1 号”油田交通船是一条钢铝混合结构的小水线面双体船（图 5），主要用于渤海湾海上石油平台员工、作业者等上下班定班航行，以及不定期接待海上参观者往返陆地与平台之间，以替代原直升飞机的功能。该船设计与建造接受 CC
15、S审查、检验，但不入级；总长 39.78 m、宽 15 m、型深 6.6 m、吃水 3.8 m、排水量约 400 t、航速大于 18 kn、船员 8 人，乘客 98 人、2 m 波高时船舶的垂荡加速度不大于 0.7 m/s2、能在有义波高为 3.5 m、蒲氏 7 级风情况下安全、平稳航行，被誉为渤海湾海域的“全天候”船舶。2008 年我国建成的“东远 02”号小水线面双体船。排水量 1 500 t、吃水 5 m、航速 11.8 kn、横跨南北海作业区域，发挥良好的耐波性、低晕船率、波浪失速小，甲板作业空间宽敞等综合优势，满足高海情下船只正常停泊作业需求。运用了国际通用的综合全电力推进系统，低油
16、耗、操纵性灵活、噪声低、节能环保，能够出色完成特种海上作业任务。我国海军的首艘小水线面双体船是 2011 年交付使用的“南测 429”（图 6）。该船采用了综合电力推进，对其它振动噪声较大的设备都进行了减振降噪处理，降低了全船的自噪声和辐射噪声，尽可能减少对安装在潜体部分水声测量传感器的影响，为测量工作提供了安静的环境3。以上提到的各型船在各国甚至全世界的小水线面双体船发展史上均有里程碑式的意义，见证了 SWATH 船型逐步成熟化、大型化的发展历程，证明了它良好的适航性和发展潜力。目前，小水线面双体船依然处在不断发展中。首先，从吨位来看，大多数小型小水线面双体船吨位较小，以百吨级别为主；千吨级
17、排水量的小水线面双体船多是海军和海洋考察用；而万吨级的小水线面双体船更是寥寥无几。其次，从材质来看，大多数小水线面双体船为铝合金材料，小部分采用钢质，上层建筑有时会采用玻璃钢材质。从航速来看，绝大多数最高航速均超过 20 kn，甚至 30 kn，而用于海洋探测的科考船航速一般低于 20 kn。再次，从应用领域来看，小水线面在民用特别是作为客运、公务、科考船方面比较广泛，而在各国海军装备中还在不断发展改进中，装备量相对较小。随着设计水平和造船技术的不断提高，各国在 SWATH 船基本船型的基础上进行了不同程度和方式的改进，出现采用小水线面主船体的三体船型，并逐步探索四体甚至五体的规律，将衍生出概
18、念新颖、性能更加优越的船型。从已建造的小水线面双体船发展趋势来看，其吨位从百吨级发展到千吨级，并有继续增大的趋势。随着船型向大型化发展，狭长的支柱和水下的潜体将得到更加合理和充分的利用。其宽敞的甲板、良好的快速性和耐波性有利于更好地完成海上特殊任务，具有成为豪华游轮、远洋科考、主战舰艇、直升机母舰等的潜力。小水线面双体船的大型化、快速化的特点，使其在客运、科考等领域将得到更广泛地应用。各国海军中也将会现出性能更好的小水线面衍生船型或大型战斗舰艇。我国自上世纪 90 年代以来已经在小水线面双体船研究开发方面取得了相当大的进展，但与国际先进水平相比，技术及装备实力还存在较大的差距。主要表现在：船型
19、优化设计、高速化研究、航态控制及减振降噪等方面。尤其是在高速化方面，我国与国外先进水平相比差距较大。国际上先进的小水线面双体船航速可达20 kn甚至 30 kn，而我国自行研制的小水线面双体船实际航速均小于 20 kn。未来我们国家的小水线面双体船应该在大型化的同时，重视高速化船型的研发，从而提高我国小水线面双体船的整体技术水平。【相关文献】1黄鼎良.小水线面双体船性能原理M.国防工业出版社，1993.2王雪刚，邹早建，张伟，等.小水线面双体船操纵性预报研究J.舰船科学技术，2012，（34）：83-87.3刘华斌，赵勇杰.浅谈海军首艘小水线面双体船J.舰船科学技术，2012，（34）：70-72.