小水線面雙體船的船型特點、應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

任雅廣

（海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局，上海200135）

船舶總舾

小水線面雙體船的船型特點、應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

任雅廣

（海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局，上海200135）

作為一種新型的高性能船型，小水線面雙體船型憑借其寬敞的裝載空間和優(yōu)秀的航行性能，在各國獲得了快速的發(fā)展和廣泛的應用。本文重點介紹了小水線面雙體船的船型特點和優(yōu)秀的性能，以及國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

小水線面雙體船；船型特點；軍民應用；發(fā)展趨勢

1　發(fā)展概況

小水線面雙體船（Small Water-plane Area Twin Hull ship，SWATH ship）是一型高科技、高附加值、高性能的新型船舶。19世紀時從歐洲開展研究，到20世紀70年代把小水線面和半潛雙體船相結合，逐步發(fā)展成為現(xiàn)在的船型，得到了非常廣泛的應用。

2　船型特點

小水線面雙體船的船型特點，顧名思義，主要在于小水線面和雙體兩個方面。首先，其具備雙體船甲板面寬、橫穩(wěn)性好的特點，使得上層甲板的空間布置更加靈活。其次，與一般的雙體船不同，小水線面雙體船的排水量主要來自于它的兩個潛體，水線面處只有兩個細長支柱，因而稱為小水線面。常見的船型結構見圖1。

圖1　典型的小水線面雙體船船型

小水線面雙體船結構復雜，與相當排水量的常規(guī)船型相比，重量更大、吃水更深，對碼頭的水深要求較高。船體吃水對載重量非常敏感，全船的配載要求高。

3　優(yōu)秀的性能

小水線面雙體船的船型特點匯總于表1。在水線面處，由于支柱瘦長、長寬比大，可以有效削弱波浪能力，使得小水線面船具有優(yōu)秀的興波阻力優(yōu)勢。而其支柱間距大，片體間波浪的相互干擾很小，因此可以有效減小興波阻力。與排水量相當?shù)某Ｒ?guī)船型相比，小水線面雙體船一般具有更大的濕表面積，因此摩擦阻力較大。只有當船速超過一定值使得興波阻力占總阻力的比重大于50%時［1］，小水線面雙體船才能顯示出其在阻力方面的優(yōu)勢。需要注意的是，其吃水更深，因此在有限水域中的淺水效應也更為顯著。

表1　小水線面雙體船船型特點

在波浪中，細長的支柱使得小水面線雙體船具有更好的適航性，而且可以通過調(diào)整水線面面積以改變波浪激勵力，進而改變船舶固有周期以錯開航行海域的主周期，以獲得更好的耐波性能。由于其在波浪中的搖擺比排水量相當?shù)膯误w船小得多，因此其失速也就小得多。

由于潛體是比較規(guī)則圓滿的細長體，尾部槳盤處的伴流場既均勻又規(guī)則，因此推進效率比一般船型高。其螺旋槳吃水較深，且采用低轉(zhuǎn)速、低噪聲的設計可進一步降低螺旋槳噪聲。但是由于潛體細長，其內(nèi)部空間利用效率較常規(guī)船型而言比較低。

在操縱性方面，一般認為小水線面雙體船的回轉(zhuǎn)半徑較大，采用差動操縱時，可獲得較好的回轉(zhuǎn)性能［2］。

小水線面水下部分具有回轉(zhuǎn)體尾型和首型，減小了流動噪聲；結構噪聲通過船體的輻射也因船型的特殊性而減小。據(jù)初步估計，SWATH船背景噪聲要比同量級的單體船低得多。由于SWATH船橫搖幅度明顯減小，周期顯著增大，較寬敞的艙容允許側(cè)壁傾斜一定的角度，這些特點都可使雷達不易探測分辨，達到良好隱身效果。

4　應用情況

小水線面雙體船由于它出色的適航性，獲得了“全海候而且不暈船的船”的稱號，已經(jīng)在海事救難、巡邏執(zhí)勤、海關緝私、港監(jiān)引水、漁政海監(jiān)、潛水打撈、油井守護、海上特種作業(yè)、海洋考察、水文測量、海峽島陸間的輪渡航運、觀光旅游、海上娛樂等領域有了廣泛的應用。在軍事上，也成功地用于水聲偵察警戒、武器試驗保障、隱身技術試驗等艦船，并正在探索和開發(fā)在水面作戰(zhàn)艦艇上的應用。

4.1美國小水線面雙體船的發(fā)展

美國海軍水下中心（NuC）于1970年開始了首艘也是世界上第一艘小水線面雙體船的設計。該船總長26.8 m、甲板長23.43 m、寬19.72 m、水下主體長24.93 m、直徑1.98 m、吃水4.65 m、排水量190 t。該船1974年建造完畢并移交美國海軍水下中心開始進行實船試驗和服役（見圖2）。其后美國陸續(xù)建造了多艘小水線面雙體船，類型包括試驗船、海岸巡邏艇及水聲偵聽船等。

圖2　“卡瑪利諾”號小水線面雙體船

“海幽靈”號是美國海軍于1993年建造的一型小水線面雙體船，全船為鋼質(zhì)船體，采用柴電推進，船長50 m、寬20 m、吃水4.4 m、排水量570 t?！昂Ｓ撵`”與一般的小水線面雙體船不同，它采用了一種“A”形剖面結構，即支柱與垂線之間有一個角度。系列試驗表明，所選擇的45°支柱角，對于這種尺度的船，船體運動幅度可以大大降低。它的導邊和隨邊還呈曲線形，可以減少航行時的阻力、升沉和縱傾。“海幽靈”號的前后都裝有水翼，它們不但被用于提高適航性，還用于艇的轉(zhuǎn)向。獨特的外形使其具有很好的雷達波隱身性能，加上排氣體也是排放到海中以降低熱量的散發(fā)，提高了紅外隱身性。

美國1991年建成的“勝利”號小水線面雙體水聲監(jiān)聽警戒船，船長71.5 m、排水量3 396 t、航速16 kn、有義波高5.4 m時可以100%正常作業(yè)，7級海況下可在大洋中對核潛艇實施跟蹤、監(jiān)視、偵聽任務。1998年建成的“完美”號是“勝利”號的改進，排水量達到5 370 t，航速只有12 kn，耐波性更好，采用電力推進，并加配全向噴水推進器，為大型化、高隱身、全海侯小水線面雙體船作為先進實用平臺提供了技術儲備。

美國1999年設計的AGOR-26型小水線面雙體海洋綜合科考船，長56.4 m、寬26.8 m、排水量2 542 t、最大航速15 kn。該船充分利用其全海侯能力，廣泛承擔軍內(nèi)外和國際的有關海洋科考的任務。

美國于1997～1998年開發(fā)了SLICE小水線面四體高速多功能演示艇。該艇采用四支柱、四下體線型結構。長31.7 m，排水量180 t。該船的特點是取消舵，利用前后下體的科學布局，改善流場及水流干擾，抑制船舶運動。

4.2日本小水線面雙體船的發(fā)展

日本先后建造了多艘小水線面雙體客船、水文調(diào)查船及科考船?！昂ｚt”號是日本三井造船株式會社1979年建造的小水線面雙體客船，總長36 m、寬17 m、排水量343 t、最大航速27 kn，采用耐腐蝕鋁合金結構、雙機雙舵、甲板面積寬敞。該船的適航性好，乘坐舒適，不暈船。據(jù)1981年9月至1986年9月的五年統(tǒng)計，創(chuàng)造了暈船率平均僅為0.66%的令人驚奇的紀錄。因此，在運營中深受旅客歡迎。

1989年建造了改進的“海鷗2”號小水線面高速雙體客船。主要優(yōu)化了船型設計，減少了排水量，提高了航速，增大了載客量。由于選用了體積小、重量輕的主機和主要設備的輕型化，布置所需空間和重量減少。經(jīng)合理設計，船長增加3.4 m，舷寬則減少1.5 m，瘦長的船型改善了快速性；總噸位減少約20%，功率增加1 924 kW，約32%，使得最大航速超過30 kn。

“大鳥”號小水線面雙體船由三菱造船公司于1981年建造，其使命任務主要是用于大阪灣和播磨灘海域的水質(zhì)和海底地質(zhì)調(diào)查觀測，以及為改善瀨戶內(nèi)海的海洋環(huán)境進行預先調(diào)查。該船主體材料主要為鋼材，上層結構采用耐腐蝕鋁合金。在潛體前后部為提高船體航行的穩(wěn)定性和改善波浪中搖擺而裝設了兩對減搖鰭。

4.3歐洲小水線面雙體船的發(fā)展

一些歐洲國家如英國、挪威、意大利等也開展了小水線面雙體船的研究。芬蘭“雷迪遜·鉆石”號小水線面雙體遠洋豪華客輪建于1992年，船長131 m、寬32 m、型深15.5 m、吃水8 m、排水量11 740 t，是世界上第一艘萬噸級小水線面雙體船，最高航速14 kn。該甲板面積寬敞，艙容充分，上層建筑美觀舒適；潛體內(nèi)側(cè)安裝了4片減搖鰭，可通過傳感器自動控制。通過綜合船型和減搖鰭效能，提高適航性。由于該船主機、電站等機械設備都設置在潛體內(nèi)，遠離居住艙和生活區(qū)，因此，機械運轉(zhuǎn)振動干擾和噪音影響大為降低，居住艙室安靜舒適。

德國在20世紀90年代從美國引進技術，開始研究開發(fā)小水線面雙體船，走出了一條軍民應用結合的小水線面雙體船發(fā)展道路，應用領域非常廣泛，客戶遍及國內(nèi)外多個部門和行業(yè)。截至2012年9月，德國已經(jīng)建造了6系列11型共25艘小水線面雙體船。在高性能船軍民結合及推廣商業(yè)化運作方面，德國的經(jīng)驗值得借鑒。

北海造船廠在 2005年向德國海軍交付1艘72 m 751型“行星”號（Planet）小水線面雙體研究試驗船。該船是德國最先進的試驗研究船，可進行魚雷發(fā)射試驗等海軍技術海試和研究。該船排水量3 500 t、長73 m、寬27.2 m、吃水6.8 m、航速15 kn、自給力30 d，航程5 000 n mile、船員25人，另可載20名科學家。該船共設6個減搖鰭，前面2個為主動式減搖鰭，后面4個為被動式減搖鰭，集中了大型小水線面雙體船的諸多核心技術，如：減振降噪安靜環(huán)境控制技術、永磁電機電力推進系統(tǒng)技術、水下武器及電子系統(tǒng)試驗技術，確屬21世紀的高技術船型。

4.4我國小水線面雙體船的發(fā)展

我國第一艘小水線面雙體船是汕頭大洋船舶工業(yè)總公司和中國船舶科學研究中心共同為國家海關總署設計建造的海關監(jiān)管艇“海關201艇”（見圖3）。該艇采用鋼質(zhì)艇體與玻璃鋼上層建筑混合結構，雙支柱變截面潛體。艇長35 m、寬13.3 m、深4.5 m、設計吃水2.5 m、排水量227 t，設計最大航速18 kn。主要用于執(zhí)行反走私監(jiān)管任務。

圖3　“海關201艇”小水線面雙體船

“實驗1”號科考船（圖4），長60.9 m、寬26 m、排水量2 560 t、鋼制全焊接結構、最大航速15 kn、經(jīng)濟航速10 kn、最大續(xù)航力8 000 n mile，采用交流變頻電力推進系統(tǒng)，擁有先進的通導設備和動力定位系統(tǒng)等，自動化程度高，為海上科研調(diào)查、海上科學實驗提供了一個性能優(yōu)良、安全可靠和工作舒適的海上低噪聲工作實驗平臺，是國內(nèi)首艘入籍CCS的小水線面雙體船。

圖4　“實驗1號”小水線面雙體船

“新世紀1號”油田交通船是一條鋼鋁混合結構的小水線面雙體船（圖5），主要用于渤海灣海上石油平臺員工、作業(yè)者等上下班定班航行，以及不定期接待海上參觀者往返陸地與平臺之間，以替代原直升飛機的功能。該船設計與建造接受CCS審查、檢驗，但不入級；總長39.78 m、寬15 m、型深6.6 m、吃水3.8 m、排水量約400 t、航速大于18 kn、船員8人，乘客98人、2 m波高時船舶的垂蕩加速度不大于0.7 m/s2、能在有義波高為3.5 m、蒲氏7級風情況下安全、平穩(wěn)航行，被譽為渤海灣海域的“全天候”船舶。

圖5　“新世紀1號”油田交通船

2008年我國建成的“東遠02”號小水線面雙體船。排水量1 500 t、吃水5 m、航速11.8 kn、橫跨南北海作業(yè)區(qū)域，發(fā)揮良好的耐波性、低暈船率、波浪失速小，甲板作業(yè)空間寬敞等綜合優(yōu)勢，滿足高海情下船只正常停泊作業(yè)需求。運用了國際通用的綜合全電力推進系統(tǒng)，低油耗、操縱性靈活、噪聲低、節(jié)能環(huán)保，能夠出色完成特種海上作業(yè)任務。

我國海軍的首艘小水線面雙體船是2011年交付使用的“南測429”（圖6）。該船采用了綜合電力推進，對其它振動噪聲較大的設備都進行了減振降噪處理，降低了全船的自噪聲和輻射噪聲，盡可能減少對安裝在潛體部分水聲測量傳感器的影響，為測量工作提供了安靜的環(huán)境［3］。

圖6　“南測429”小水線面雙體船

以上提到的各型船在各國甚至全世界的小水線面雙體船發(fā)展史上均有里程碑式的意義，見證了SWATH船型逐步成熟化、大型化的發(fā)展歷程，證明了它良好的適航性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5　發(fā)展趨勢

目前，小水線面雙體船依然處在不斷發(fā)展中。首先，從噸位來看，大多數(shù)小型小水線面雙體船噸位較小，以百噸級別為主；千噸級排水量的小水線面雙體船多是海軍和海洋考察用；而萬噸級的小水線面雙體船更是寥寥無幾。其次，從材質(zhì)來看，大多數(shù)小水線面雙體船為鋁合金材料，小部分采用鋼質(zhì)，上層建筑有時會采用玻璃鋼材質(zhì)。從航速來看，絕大多數(shù)最高航速均超過20 kn，甚至30 kn，而用于海洋探測的科考船航速一般低于20 kn。再次，從應用領域來看，小水線面在民用特別是作為客運、公務、科考船方面比較廣泛，而在各國海軍裝備中還在不斷發(fā)展改進中，裝備量相對較小。

隨著設計水平和造船技術的不斷提高，各國在SWATH船基本船型的基礎上進行了不同程度和方式的改進，出現(xiàn)采用小水線面主船體的三體船型，并逐步探索四體甚至五體的規(guī)律，將衍生出概念新穎、性能更加優(yōu)越的船型。

從已建造的小水線面雙體船發(fā)展趨勢來看，其噸位從百噸級發(fā)展到千噸級，并有繼續(xù)增大的趨勢。隨著船型向大型化發(fā)展，狹長的支柱和水下的潛體將得到更加合理和充分的利用。其寬敞的甲板、良好的快速性和耐波性有利于更好地完成海上特殊任務，具有成為豪華游輪、遠洋科考、主戰(zhàn)艦艇、直升機母艦等的潛力。

小水線面雙體船的大型化、快速化的特點，使其在客運、科考等領域?qū)⒌玫礁鼜V泛地應用。各國海軍中也將會現(xiàn)出性能更好的小水線面衍生船型或大型戰(zhàn)斗艦艇。

我國自上世紀90年代以來已經(jīng)在小水線面雙體船研究開發(fā)方面取得了相當大的進展，但與國際先進水平相比，技術及裝備實力還存在較大的差距。主要表現(xiàn)在：船型優(yōu)化設計、高速化研究、航態(tài)控制及減振降噪等方面。尤其是在高速化方面，我國與國外先進水平相比差距較大。國際上先進的小水線面雙體船航速可達20 kn甚至30 kn，而我國自行研制的小水線面雙體船實際航速均小于20 kn。未來我們國家的小水線面雙體船應該在大型化的同時，重視高速化船型的研發(fā)，從而提高我國小水線面雙體船的整體技術水平。

［1］黃鼎良.小水線面雙體船性能原理［M］.國防工業(yè)出版社，1993.

［2］王雪剛，鄒早建，張偉，等.小水線面雙體船操縱性預報研究［J］.艦船科學技術，2012，（34）：83-87.

［3］劉華斌，趙勇杰.淺談海軍首艘小水線面雙體船［J］.艦船科學技術，2012，（34）：70-72.

The Features，Applications and Develop Trend of the SWATH Ship

Ren Ya-guang

（Shanghai Military Representative Office Equipment Department of PLA NAVY，Shanghai 200135，China）

The SWATH was a new type of high-tech ship model.Because of the feature of spacious room and good sailing performances，it had been developed rapidly and wildly used around the world.This article introduced the feature of ship type，excellent performance，application and development trend of SWATH.

SWATH ship；performances；military and civil applications；future trend

U674.951

A

1001-4624（2015）01-0029-05

2015-05-25；

2015-06-10

任雅廣（1969—），男，高級工程師，長期從事艦船監(jiān)造工作。