SWATH船的稳定性分析报告.doc

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1、SWATH船的稳定性分析1绪论1.1课题的来源、意义和研究现状小水线面双体船（SmallWater-Plane-AreaTwinHull，缩写为SWATH）就是一种具有优良耐波性，中高速时阻力小，甲板面积相当宽敞，可以完成多种使命，满足各种航海要求的新船型。小水线面双体船（SWATH）由深置水下提供大部分浮力的鱼雷状下潜体（一般成双配置，称为双体）、高出水面的船体平台和连接下潜体与平台的流线型支柱三部分组成。由于支柱水线面面积比相同吨位的单、双体船水线面面积要小很多，所以，它受波浪扰动小，拥有优良的耐波性，能平稳执行海上作业，人员晕船率低，适于“全海候”。它的产生是随着海上运输方式的多样化以

2、及人类对海洋资源的积极开发，对船舶性能的要求也逐渐发生变化，要求船舶在海浪中有较高的性能，要求有较好的安全性、稳定性、舒适性，及能定期航行、高效运输，这就要求船舶具有优良耐波性。其设计概念早在1905年由美国人Nelson提出，1932年Faust提出了SWATH船的初步设想，1946年加拿大人Creed、1967年美国人Leopold进一步予以完善并申请专利。这些设计在低速和中速时的性能较好，但都没有解决纵向运动稳定性这个对航行安全至关重要的问题。1971年，Lang提出了一个接近现有SWATH船的设计方案，用一根连接两个片体的横梁来保证船的纵向运动稳定性。小水线面双体船的水线面较小导致纵

3、倾恢复力矩减小，尤其是高速时，由于作用在水下船体上的“MUNK”力矩（所谓的MUNK力矩指潜体在航行时产生不稳定的纵倾和偏航力矩，该力矩随速度平方成正比增长，给小水线面带来运动稳定性问题）作用容易使船发生纵向运动不稳定性，所以对船的纵向稳定的分析十分有必要，这样对SWATH船性能的提高和发挥它耐波性的优势有很大帮助，而解决这个问题的有效方法之一就是安装稳定鳍。本文主要是对SWATH船纵向稳定性进行分析，以获得稳定鳍设计的一些基本方法和原则，并对波浪中SWATH船的纵向运动进行仿真分析。SWATH船概念虽然早在1905就被人提出，但其真正的成熟和发展，并逐步完善，是从20世纪70年代初开始的。

4、随着“卡玛利诺”号的建成下水，人们对SWATH船的研究和认识都达到了一个新的水平。在这之前的三、五年里，研究人员已经对SWATH船的特性进行了相应的理论探索和研究。在随后的三、四十年里，小水线面船的数量不断增加，目前，世界上.专业.专注.已经有10个国家开发和拥有SWATH船共约50艘。人们对SWATH船的研究主要是通过理论预报、实船试验和船模试验的方式来完成的。其中，LeeC.M.等[1]利用切片理论，在充分考虑横向流动阻力和水的粘性影响后对SWATH船的运动性能、波浪载荷以及结构强度进行了理论分析和计算。通过跟船模试验结果的比较来看，利用切片理论对SWATH船进行预报能够取得较好的预报效

5、果。在此基础上，YoungS.Hong[2，3]对粘性阻尼项进行了修正并考虑了纵荡对纵摇力矩的影响，然后进一步针对切片理论的局限性利用统一细长体理论对SWATH船进行了预报，取得成功。同时，经过LeeC.M.[1，4]等人的分析发现，由于具有较小的水线面当航速达到一定值后SWATH船可能发生纵向运动不稳定。为了解决这一问题，研究人员提出了加装稳定鳍的方式来避免纵向运动失稳。LeeC.M.[1]、Killio[5]、June-YoungWu[6,7]等研究了稳定鳍对SWATH船稳定性及运动性能的影响，并给出了确定稳定鳍尺寸和安装位置的一般原则和方法。从70年代初到2000年9月，有10多个国家

6、开发和拥有小水线面双体船约53艘。其中美国和日本水平最高，分别有26艘和14艘；德、英各3艘；俄、荷、挪、芬、、丹、瑞典各1艘。德国后来居上。双体船主要用作水声侦察警戒、武器试验保障、隐身技术试验等。自70年代后期，我国开始SWATH船的研究工作，并一直跟踪SWATH船的基础理论研究、模型试验，取得了丰富的研究成果。但这些成果主要是集中在水动力特性分析、稳定性、船型优化设计等方面[8]，如中国船舶科学研究中心（CSSRC）、中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）、船舶设计研究院（SDARI）、理工大学、工程大学、交通大学、海军工程大学、船舶设计研究院等单位在这些方面都取得了一定的研究成果

7、。而对稳定鳍设计和控制等方面的研究工作还不是很充分。文献[9，10，11]通过分析稳定鳍面积和安装位置等参数对SWATH船纵向运动稳定性的影响，给出了稳定鳍方案确定的一些基本原则和方法。目前我国首艘具有知识产权的1500吨级小水线面双体船今年将在武昌造船厂建成交船，我国在建的最大型穿浪双体船也将在武昌造船厂开工建造。当然在理论分析和实际应用中国研究取得了不少的成绩，如董祖舜和董文才[10]对小水线面双体船纵向