swath船的稳定性分析

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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

2、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

3、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

4、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。38SWATH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。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，世界上已经有10个国家开发和拥有SWAT

5、H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

6、，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

7、、芬、韩、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）、上海船舶设计研究院（SDARI）、大连理工大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、海军工程大学、武汉船舶设计研究院等单位在这些方面都取得了一定的研究

8、成果。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内研究取得了不少的成绩，如董祖舜和董文才[10]对小