小水線面雙體船

小水線面雙體船，亦稱半潛雙體船。20世紀70年代為改善船的耐波性而研製成功的一種新船型。因其水線面積僅相當於排水量相同的普通船隻的1/4左右而得名。由水上平台、水下浮體和穿過水麵的支柱3部分組成。

小水線面雙體船的排水容積大部分深浸於水中，支柱的水線面積很小，可大大減小興波阻力，並使海浪的干擾作用明顯減弱，從而減少船在波浪中的搖蕩運動和波浪拍擊，其耐渡性優於普通船型和一般雙體船。同時具有雙體船的各項優點，即甲板面積大；穩性、操縱性、高速時的快速性均優於普通船型。但其低速時的功率消耗較大，吃水較深，為保證其縱向運動穩定性需加裝自動控制水平鰭，增加了技術的複雜性和造價。

早在19世紀就有人提出小水線面雙體船的設想，而世界上第一艘小水線面雙體船直到1973年才建成，即美國“卡瑪林諾”(Kaimalino)號海上靶場試驗保障船。陔船主要用於監測火箭飛行軌道，打撈和回收返回地球的彈頭數據艙等。其使用經驗表明，小水線面雙體船具有適應惡劣海況的特點。20世紀70年代以後，小水線面雙體船在各國得到了迅速發展，使得各種類型和用途的小水線面雙體船紛紛問世。2001年4月，我國第一艘小水線面雙體船交付使用，該船為一型海關監管船，主要用於珠江口執行反走私任務。

1．世界各國發展小水線面雙體船的概況

世界上小水線面雙體船自20世紀80年代開始迅速發展，應用繁多。按功能劃分，海上作業用得最多；交通客運和油田服務次之；軍用靶場保障、水聲監聽為第三；旅遊娛樂為第四；其他用於試驗演示。

美國1983年建成的“海影”號，是隱身先進技術演示船，顯示出小水線面雙體船在未來高性能船和水面艦艇發展中的重要地位；1991年建成的“勝利”號，是世界上首次成批建造的小水線面雙體船；1998年建成的“完美”號，排水量和拖帶水聲陣的能力都加大，耐波性更好，作為美海軍對核潛艇監視的勤務保障船。在高速小水線面發展的過程中還出現了四支柱、四潛體小水線面船“SLICE”號。SLICE的基本設計目標是在保持SWATH原有耐波性能的前提下減小阻力，提高航速。

日本、韓國等國在開發小水線面雙體船上的起步時間不同，水平也有差別。日本採取試製、試用、營運，再開發、再推廣、再提高完善的技術路線。其海鷗2型高速客運渡船基本上達到全海候運營。從20世紀90年代起，日本還建造了水聲監聽船，韓國建造了試驗保障船，英國建造了軍用交通艇，德國建造了水下系統研究試驗船，芬蘭建造了世界最大的萬噸級小水線面雙體豪華旅遊船。

2．小水線面雙體船在我國的應用

我國從20世紀70年代中期開始進行了SWATH船型的研究，並先後由多人對其阻力、耐波性、縱向穩定性進行了研究。中國船舶科學研究中心與大連理工大學藉助其試驗環境，進行了SWATH船型優化與阻力性能研究、耐波性能以及縱向運動穩定性的研究，並進行了大尺度船模試驗。中國艦船研究設計中心、中國船舶科學研究中心和中國船舶及海洋工程設計研究院則開展了軍用與民用方案的設汁應用設計研究。2004年，中國艦船研究設計中心與中國船舶科學研究中心聯合設計了1500t小水線面雙體工作船。該型船潛體為變截面，採用雙機、雙槳、雙舵、前後雙鰭，採用電力推進系統，是國內首艘進行電力推進的小水線面雙體船。

小水線面雙體船的上船體（亦稱箱體）的建造材料一般為鋼結構、鋁合金或玻璃鋼。

由於不必過多地考慮阻力性能，上船體通常採取相對容易建造的簡單造型，外形一般呈長方形，內部設置艙室，頂部為寬闊的甲板平台，可根據不同的功能要求布置有效載荷這些載荷可以是各種設備、武備、艙室、直升機或集裝箱貨物等下潛體（又稱下船體）為兩個彼此平行而且相互對稱的流線型箱體結構，尾部裝有推進器．正常航行時這兩個下潛體沒入水中，小水線面雙體船的主要浮力由下潛體提供推進器或推進器傳動機構、穩定鰭的控制執行機構以及各種油水艙一般也都布置在下潛體內，支柱體橫截面為流線型。它從下潛體向上穿過水麵與上船體連接、將上船體與下潛體構成了一個整體。支柱體也是上、下船體之間的聯繫通道。

小水線面雙體船的主要優點有：

(1)耐波性好。遠離水表面的下潛體佔小水線面雙體船排水量大部分，當它在波浪中航行時，所受到的波浪擾動力比常規單體船和常規雙體船小很多。所以，小水線面雙體船的耐波性比同等排水量的單體船好，且橫搖周期長，經實船驗證小水線面雙體船千噸級的橫搖周期與萬噸級的單體船相當，橫向運動小。另外，小水線面雙體船的幾何形狀變化調整空間大，這與單體船是不同的，設計人員可以通過改變下潛體的幾何形狀、重量分佈等多種手段，調整小水線面雙體船的垂盪、縱搖和橫搖運動固有周期來避開海區中波浪出現頻率高的周期，從而降低其在海上的運動響應。

(2)推進效率高。小水線面雙體船螺旋槳安裝在水下潛體尾部，螺旋槳工作區域伴流均勻，使得船身效率較高。另外，該狀態下螺旋槳浸深較大，螺旋槳直徑幾乎不受限，大直徑和低轉速螺旋槳的使用提高了推進效率。

(3)寬大的甲板面積。小水線面雙體船其甲板面積比同等排水量的單體船要大很多，這有利於設計人員根據需要進行總體布置優化。

(4)操縱性好。小水線面雙體船的水下潛體與支柱相連的結構形成，使得水下側面積大，有效保證了航向穩定性。此外，小水線面雙體船一般為雙槳船，兩個橫向距離較遠的螺旋槳正反轉時產生迴轉力矩較大，故迴轉性較好。

(5)橫穩性好。儘管小水線面雙體船支柱的水線面較小，但由於兩支柱體的間距大具有較大的復原力矩，故橫穩性很好。

小水線面雙體船的主要缺點有：

(1)縱穩性較差，單體船縱穩心高遠遠大於橫穩心高，而小水線面雙體船因支柱斷面小其縱傾恢復力矩僅為單體船的10%～20%。所以小水線面雙體船的縱穩性也是必須考慮的一個因素。

(2)縱向穩定性較差，小水線面雙體船在較高速度航行時，水動力引起的縱向埋首力矩Monk力矩與其縱向恢復力矩不能平衡，故極易產生縱向不穩定，為此必須增加首尾鰭來平衡。

(3)小水線面雙體船的空船重量與同等排水量的單體船要大，裝載量相對減少。此外，由於水線面面積較小，較小的載荷變化(例如航行中燃油的消耗)會引起吃水的變化較大，這大大增加了技術複雜性和可靠性。

(4)濕面積大，摩擦阻力較大。小水線面雙體船的濕表面積與同等排水量的單體船相比增大80%左右。故小水線面雙體船低速航行時。由於摩擦阻力所佔比例較大，其總阻力也較大。

(5)機器設備布置維護與檢修比較困難，主要是因為水下潛體與支柱體內部空間狹小。小型的小水線面雙體船由於其下潛體容積小，難於布置主機，故將主機設於上船體內，通過垂直傳動來驅動螺旋槳，這增加了技術複雜度。