双体船
两个单船体横向固联构成的船
双体船(英文名:Catamaran)是指将两个单船体横向固联在一起而构成的船。
春秋战国时期,中国劳动人民为了减少波浪的影响,采取了双体船并列航行的办法。在《三国志》中也有双体船在长江上破浪行驶的记载。除中国以外的国家使用双体船的年代也很早,东南亚沿海和夏威夷群岛的渔民常用双体船捕鱼,摩洛哥人也使用过双体船作为摆渡船。然而,在蒸汽机发明后,由于人们错误地认为双体船阻力大、速度低、经不起风浪冲击,双体船一度被放弃制造和使用。但随着生产力的发展和科学技术的进步,动力装置和造船材料有了明显改进,双体船在20世纪60年代又开始广为采用。20世纪60年代,随着人们对水面舰船规律认识的加深,发现将单一船体分成两个,可以使每个船体更瘦长,从而有可能减小船的兴波阻力,尤其在高速行驶时,兴波阻力会有较大幅度的降低,从而诞生了近代双体船。1973年,美国率先建造出世界上第一艘小型双体船“凯玛利诺”号。1991年,美国也建成了3400吨级大型小水线面双体船“胜利”级。这为之后发展更大吨位的小水线面双体船提供了可靠的技术基础。之后越来越多的国家和地区正在参与双体船的研制。英国德国荷兰挪威芬兰韩国丹麦瑞典俄罗斯等国也都提出了建造计划和设计方案。
双体船是由两只相同尺度的船体,在相对一侧的水线以上,用中间连接桥连在一起的一种船舶双体船有两个船首,两个船身和两个船尾。在每个船身内部都装有一套动力装置,可同时转动,从而带动船尾螺旋桨,来推进船舶。双体船按船体的形状,分为对称形双体船和不对称形双体船。该船稳性好、使用率高、造价低、但其中间体结构弱,容易发生断裂等。双体船为满足使用要求大都在逐步向天型化发展,并为改善快速性和耐波性尝试向复合船型发展。其中,小水线面船型将从双体演化成单体或三体、四体、五体等多体。
发展历史
春秋战国时代,中国劳动人民为了减少波浪的影响和危害,曾采取两条船并列航行的办法。《三国志赤壁之战的故事中,就有将船并列起来,在长江上破浪行驶的记载。除中国以外的国家使用双体船的年代也很早。东南亚沿海和夏威夷群岛的渔民,常用双体船捕鱼。摩洛哥人也曾在两条木船上架起桥板,作为摆渡船。蒸汽机发明后,尽管在俄英、美三国都先后建造过用蒸汽机作动力,由明轮推进器来推进的双体船,但是,由于人们错误地认为双体船阻力大,速度低,经不起风浪冲击,而一度被放弃制造和使用,随着生产力的发展,科学技术的进步,动力装置有了明显改进,蒸汽机已被柴油机、燃气轮机所代替;明轮推进器被螺旋桨推进器所代替,船舶的发展速度大幅度提高。在造船材料上,高强度钢的采用,焊接技术的推广,给新型双体船的发展,开辟了广阔的道路。
20世纪60年代,随着人们对水面舰船规律认识的加深,发现将单一船体分成两个,可以使每个船体更瘦长,从而有可能减小船的兴波阻力,尤其在高速行驶时,兴波阻力会有较大幅度的降低,从而诞生了近代双体船。20世纪60年代后期,美国海军为对付大洋深处的苏联核潜艇,迫切需要发展一种在复杂海情下既具有较高航速、又能稳定航行、并能有效地使用声纳的新型舰艇,从而将双体船作为高性能船型列入研究计画。1973年,美国率先建成世界上第一艘、小水线面双体船“凯玛利诺”号。该船排水量为220吨,船长27米,宽14米。在建成后的两年里,它经历了各种试验,包括直升机的起降试验,充分显示出了优良的性能。接着,美国又先后建造了两艘试验艇,主要用于探讨发展大型双体舰艇的可行性。继美国之后,一些发达国家也纷纷对双体船的发展产生了兴趣,对开发这种新船型进行了大量基础理论研究和模型试验技术的探索。
20世纪60年代末,美国海军就已开始重视双体船的研制,并于1973年率先建造出世界上第一艘小型双体船“凯玛利诺”号。20世纪80年代中期以来,双体船得到了进一步发展。1985年,日本建造出当时世界上最大的小水线面双体船——3000吨级海上作业试验船“海洋”号。1991年,美国也建成了3400吨级大型小水线面双体船“胜利”级。这为之后发展更大吨位的小水线面双体船提供了可靠的技术基础。之后越来越多的国家和地区正在参与双体船的研制。英国德国荷兰挪威芬兰韩国丹麦瑞典俄罗斯等国也都提出了建造计画和设计方案。
构造与原理
双体船是由两只相同尺度的船体,在相对一侧的水线以上,用中间连接桥连在一起的一种船舶。双体船有两个船首,两个船身和两个船尾。在每个船身内部都装有一套动力装置,可同时转动,从而带动船尾螺旋桨,来推进船舶。双体船甲板面积大,稳性好。片体可以造得瘦削,以藏小阻力,提高航速。两片体间距尺度和航递配合适当,可降低船的兴波阻力。连接桥及其他强力构件牢固地连接两个片体,承受着作用于双体船上的弯曲、扭转力矩、波浪的直接拍击等各种外力。
典型的高速双体船由两个瘦长的单体船(称为片体)组成,上部用甲板桥连接,体内设置动力类电站等设备,甲板桥上部安置上层建筑,内设客舱、生活设施等。高速双体船由于把单一船体分成两个片体,使每个片体更瘦长,从而减小了兴波阻力,使其具有较高的航速,其航速已普遍达到35~40节;由于高速双体船的宽度比单体船大得多,其稳定性明显优于单体船且具有承受较大风浪的能力;高速双体船不仅具有良好的操纵性,而且具有阻力峰不明显、装载量大等特点,因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。
技术特点
双体船在一定速度范围内,可以减少水阻力,节省功率。这是由于双体船的每个单体瘦长,兴波阻力较低;同时,甲板面积宽,上层建筑短,受风面积小,空气阻力也较小。另一方面也是由于双体船的车叶相距较远,互相干扰少,能充分发挥作用,因此在同样大小的船型和同样航速下双体船所需的马力要少,双体型客轮是一般船型的客轮所耗马力的一半稳性好,在风浪中航行安全、舒适。由于双体船的两个船身间距较大,船身宽阔,因而,船舶恢复力矩大,不会有倾覆的危险。甲板面积大,使用率高,宽阔的甲板既可大量运货又可辟为工作、居住舱室。双体船型因有足够的面积作为操作活动的场所,故适宜作海洋调查船航标船。操纵灵活,回转性能好。双体船在回转时,一个船体的螺旋浆正转,产生推力;另一个船体的螺旋桨倒转,形成很大的旋转力矩。因而,双体船停靠码头方便,在有浅滩或航道狭小的水域中航行时,可以保证安全。双体船比同类型的一般船舶造价要低。
双体船中间体结构弱,在较大波浪冲击下,容易发生断裂,使船身分离。同时,甲板面积虽宽,但甲板下的舱位却比单体船小,不宜装载重物.双体船稳性虽好,但摇摆周期短,风浪中船身摇晃频繁,时间一长,易使旅客疲劳。此外,双体船甲板面积大,暴露在空气中的面积也大,加上动力装置又分布在两个船体,因而增加了平时的维护、保养工作。
主要分类
双体船按船体的形状,分为对称形双体船和不对称形双体船。对称形双体船,其两个单体线型对称。低速时,由于船体浸湿面积大,摩擦阻力较大。高速时,兴波阻力又占主要成分。尽管对称形双体船的每个单体线型瘦长,首部尖削,兴波阻力较小;但是,在航速过高,船处于滑行状态时,双体船两个滑行面间的干扰,会随之增加,阻力反而不会减少非对称形双体船,单体为圆背形翼体。由于内外侧流体压力不均匀,产生的水平力也不均。当船舶因受风浪作用而倾斜时,入水的一侧船体所产生的水平力增大,而出水一侧所产生的水平力降低,从而产生恢复力。因此,非对称形双体船稳性较好,而减少阻力的性能却不如对称形双体船。
小水线面双体船
小水线面双体船由下体、水上船体和支柱3部分组成。下体是两个完全浸没在水中的、彼此平行的回转体。每个回转体称为片体,其形状类似于鱼雷。片体是产生浮力的主要部分。水上船体包括连接桥在内的所有结构部分统称上体。支柱垂直穿过水面在上体与下体之间起连接作用。小水线面双体水线船与普通双体船的区别主要是后者的两片体并不完全浸没在水中,且是普通船体(可以是对称或不对称船型)。船体(片体)小水线面双体船的主要优点包括:①由于水线面面积小,且主要排水体积沉没在水中,因此航行中兴波小,使兴波阻力明显下降;②与一般排水型船相比,耐波性较佳,不但在恶劣的海况下仍可平稳航行,而且由波浪中引起的附加阻力小,因此失速小;③从使用性来看小水线面双体船具有甲板面积大、航行性能好等特点;④生产成本低,建造周期短。小水线面双体船几乎是平面与圆柱等简单形状的组合,所以便于进行组件的设计和建造。小水线面双体船适用于客船海洋调查船钻井船等。但是,由于它是多体船,因而结构自重大,湿面积很大,造成低速时的阻力较常规船为大;其次,由于水线面小,因此吃水较深,且船宽较大,特别在大吨位时,易受到港口、航道的限制。此外,传动装置系统复杂,需要航态控制系统。
高速穿浪双体船
高速穿浪双体船以小水线面双体船和常规高速双体船为基础,保留了小水线面双体船耐波性好和常规双体船稳性好的优点,同时在首部水面上增加中央船首,克服了小水线面双体船的片体储备浮力小、支柱空间狭小和需要复杂的传动系统等缺点,也克服了常规双体船的片体间距小,对波浪响应敏感而引起的乘客不适等缺点。
动力双体船
动力双体船是双体船的一个延伸,动力型双体船集合了所有机动船的优点,而且将很多船的特点融合在一起。一般来说,动力双体船没有任何航海仪器。动力双体船使用两个瘦长的船体,多数配备涡轮喷气发动机推动,以喷射水流的方式,把水快速推向船后,根据牛顿第三运动定律,可以获得巨大的反作用力,阻力更低,速度更快。
高速双体船
典型的高速双体船由两个瘦长的单体船组成,上部用甲板桥连接,甲板桥上部安置建筑,内设客舱、生活设施等。高速双体船把单一的船体分成两个片体,片体比较狭长,所以使得波浪的阻力减小。因为双船体的宽度比较大,有很大的优势。它不仅利于操作,而且还能装更多的货物。主要应用在民用和军用中。
应用范围
双体船适宜作客船、渡船和工作船舶。双体客轮可在近海短程航线上扭负客运任务,由于双体船甲板宽敞,容客量大,生活也较为舒适,但双体船不宜用作远洋客轮。双体船用作摆渡是比较合适的,宽敞的甲板可以承载各种车辆,如汽车、火车;还可以载运散装货物,如体积大、重量轻的木材等,但不适合装载重物。双体船也可用作工程船舶,在中间体上开井便于吊放小船,也便于钻井操作。 而穿浪双体船特有的船形构造赋予了它航速高,耐波性和稳性好等优良的综合性能,因此它适合作为民用领域的各类高速客船、高速滚装船,军事领域的各类高速隐身攻击艇、护卫舰、战区支援舰等。
发展趋势
双体船为满足使用要求大都在逐步向天型化发展,并为改善快速性和耐波性尝试向复合船型发展。其中,小水线面船型将从双体演化成单体或三体、四体、五体等多体。为提高双体船在高海况下的航行能力,各国的研究方向大都集中在开发超细长体双体船的系统技术、优化线型设计和采用大功率喷水推进系统等方面。世界上已建成多艘半潜小水线面双体船,用于水文调查、海洋工程作业、渔业或客运等,排水量为20~3000t,航速9~30kn。不少国家正在积极研究或设计小水线面战斗舰艇,从数百吨的巡逻艇到数千吨的驱逐舰,乃至数万吨的航空母舰等。
目录
概述
发展历史
构造与原理
技术特点
主要分类
小水线面双体船
高速穿浪双体船
动力双体船
高速双体船
应用范围
发展趋势
参考资料