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原文传递小水线面双体船方案设计及稳性研究

论文题名：	小水线面双体船方案设计及稳性研究
关键词：	小水线面双体船;SWATH;高速船;方案设计;船舶稳定性;船舶结构
摘要：	小水线面双体（Small Water-Plane-Area Twin Hull，SWATH）船的设想产生于20世纪初期。1905年，美国的船舶工程师Nelson运用“两个潜体”的思想设计成第一艘小水线面双体船。1932年，Faust随后也提出了小水线面双体船概念的初步设想，经过不断完善，形成了现在完整的船型概念。小水线面双体船概念的提出为研究与解决日益复杂的航行海况要求开拓了新思路，这种船型兼容了潜艇、水翼艇和双体船的许多优点又克服了这些船相应的缺陷。该船型以其适航性优良、稳性良好、甲板面积大、易于平行停靠码头等诸多优势，日益引起国际造船界的浓厚兴趣，成为综合性能比较优秀的新船型。中国从事船舶技术开发的技术人员经过三个五年计划的技术攻关，已全面掌握了小水线面船技术，取得了具有世界先进水平的科研成果，形成了一套完整的“小水线面船工程技术系统”。论文就是在此背景下，依托上海交通大学海洋工程国家重点实验室的项目—“双体小水线面水翼复合型高速船（HYSWATH）船型研究”，结合国内外小水线面双体船的最新研究进展，对一小水线面双体船的方案设计、稳性性能、纵向运动稳定性和结构设计进行分析和研究： 1）小水线面双体船的方案设计根据总布置、结构、操作管理、建造等各方面的要求，结合国内外研究开发成功的小水线面双体船船型特点，提出了小水线面双体船的方案，并依次开展了主体尺度要素确定、主体和支柱型线设计及光顺、主体尺度和布局要素确定、总布置设计、重量重心估算等工作，并考虑其营运过程中的具体特点，进行了舱室划分，为后续的性能和结构研究提供一个明确的研究对象。本文利用船舶设计中通常采用的母型法，并根据一些统计资料总结出一套适用于小水线面双体船型的空船重量在初步设计中的估算方法，通过对国内外设计制造的多艘小水线面双体船的主体要素及其线型、总布置、推进方式等各方面的特征进行统计分析，确定出该小水线面双体船的主体主尺度和船型参数以及相应的线型。 2）小水线面双体船的稳性研究本文在对小水线面双体船进行稳性研究时，将其分成完整稳性和破损稳性两部分各自予以讨论，并进行详细分析。稳性计算采用HYDROMAX软件进行，分别分析在完整状态（未破舱）及一个舱室破损进水后的稳性特点，最后根据中国船级社（CCS）、国际海事组织（IMO）、美国海军的相关稳性要求进行全船完整状态下稳性的校核。 3）小水线面双体船的纵向运动稳定性研究小水线面双体船的水线面积与相当排水量的常规单体船或双体船相比是很小的，其纵向静复原力矩也很小，所以它对于引起垂荡和纵倾的外干扰力的抵抗能力较弱，纵向运动（纵摇、垂荡运动）一般是不稳定的。因此，当航速达到一定值之后，就必须研究它在纵向平面内的运动（简称为纵向运动）的稳定性问题。基于此，论文在小水线面双体船型的运动稳定性方面，根据前人研究的结果，主要讨论了以下几个问题：（1）静水中，小水线面双体船型的纵向运动稳定性 a. 纵向运动稳定性特征方程及其求解； b. 纵向运动的三个特征参数； c. 对纵向运动稳定性进行了定量的计算。（2）迎浪航行时，小水线面双体船型的纵向运动稳定性 a. 纵向运动特性； b. 纵向运动消减的最优控制。 4）小水线面双体船的结构初步设计和分析本文最后一部分对小水线面双体船开展结构初步设计和分析。首先借鉴国外相关资料进行该船典型横剖面结构型式设计，并按照中国船级社的相关规范初定出结构型式和材料。对于小水线面双体船这种新高速船型，结构初步设计应当充分借鉴国内外相关船型的设计经验，不妨先暂且按照规范选取构件尺寸，再通过详细有限元分析考察结构设计的合理性并提出改进优化意见，但本文并未对其展开有限元分析，因此在后续工作中，尚有很大空间可以研究。本文通过对一型小水线面双体船开展总体性能和结构分析方面的初步研究，总结出一些有意义的结论，希望本文工作对将来深入研究开发小水线面双体船船型具有一定的参考价值。
作者：	徐蓉
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	何炎平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文