雙體船(英文名:Catamaran)是指將兩個單船體橫向固聯在一起而構成的船。
春秋戰國時期,中國勞動人民為了減少波浪的影響,采取了雙體船并列航行的辦法。在《三國志》中也有雙體船在長江上破浪行駛的記載。除中國以外的國家使用雙體船的年代也很早,東南亞沿海和夏威夷群島的漁民常用雙體船捕魚,摩洛哥人也使用過雙體船作為擺渡船。然而,在蒸汽機發明后,由于人們錯誤地認為雙體船阻力大、速度低、經不起風浪沖擊,雙體船一度被放棄制造和使用。但隨著生產力的發展和科學技術的進步,動力裝置和造船材料有了明顯改進,雙體船在20世紀60年代又開始廣為采用。20世紀60年代,隨著人們對水面艦船規律認識的加深,發現將單一船體分成兩個,可以使每個船體更瘦長,從而有可能減小船的興波阻力,尤其在高速行駛時,興波阻力會有較大幅度的降低,從而誕生了近代雙體船。1973年,美國率先建造出世界上第一艘小型雙體船“凱瑪利諾”號。1991年,美國也建成了3400噸級大型小水線面雙體船“勝利”級。這為之后發展更大噸位的小水線面雙體船提供了可靠的技術基礎。之后越來越多的國家和地區正在參與雙體船的研制。英國、德國、荷蘭、挪威、芬蘭、韓國、丹麥、瑞典、俄羅斯等國也都提出了建造計劃和設計方案。
雙體船是由兩只相同尺度的船體,在相對一側的水線以上,用中間連接橋連在一起的一種船舶雙體船有兩個船首,兩個船身和兩個船尾。在每個船身內部都裝有一套動力裝置,可同時轉動,從而帶動船尾螺旋槳,來推進船舶。雙體船按船體的形狀,分為對稱形雙體船和不對稱形雙體船。該船穩性好、使用率高、造價低、但其中間體結構弱,容易發生斷裂等。雙體船為滿足使用要求大都在逐步向天型化發展,并為改善快速性和耐波性嘗試向復合船型發展。其中,小水線面船型將從雙體演化成單體或三體、四體、五體等多體。
發展歷史
春秋戰國時代,中國勞動人民為了減少波浪的影響和危害,曾采取兩條船并列航行的辦法?!?a href="/hebeideji/7176093126426918973.html">三國志》赤壁之戰的故事中,就有將船并列起來,在長江上破浪行駛的記載。除中國以外的國家使用雙體船的年代也很早。東南亞沿海和夏威夷群島的漁民,常用雙體船捕魚。摩洛哥人也曾在兩條木船上架起橋板,作為擺渡船。蒸汽機發明后,盡管在俄英、美三國都先后建造過用蒸汽機作動力,由明輪推進器來推進的雙體船,但是,由于人們錯誤地認為雙體船阻力大,速度低,經不起風浪沖擊,而一度被放棄制造和使用,隨著生產力的發展,科學技術的進步,動力裝置有了明顯改進,蒸汽機已被柴油機、燃氣輪機所代替;明輪推進器被螺旋槳推進器所代替,船舶的發展速度大幅度提高。在造船材料上,高強度鋼的采用,焊接技術的推廣,給新型雙體船的發展,開辟了廣闊的道路。
20世紀60年代,隨著人們對水面艦船規律認識的加深,發現將單一船體分成兩個,可以使每個船體更瘦長,從而有可能減小船的興波阻力,尤其在高速行駛時,興波阻力會有較大幅度的降低,從而誕生了近代雙體船。20世紀60年代后期,美國海軍為對付大洋深處的蘇聯核潛艇,迫切需要發展一種在復雜海情下既具有較高航速、又能穩定航行、并能有效地使用聲納的新型艦艇,從而將雙體船作為高性能船型列入研究計畫。1973年,美國率先建成世界上第一艘、小水線面雙體船“凱瑪利諾”號。該船排水量為220噸,船長27米,寬14米。在建成后的兩年里,它經歷了各種試驗,包括直升機的起降試驗,充分顯示出了優良的性能。接著,美國又先后建造了兩艘試驗艇,主要用于探討發展大型雙體艦艇的可行性。繼美國之后,一些發達國家也紛紛對雙體船的發展產生了興趣,對開發這種新船型進行了大量基礎理論研究和模型試驗技術的探索。
20世紀60年代末,美國海軍就已開始重視雙體船的研制,并于1973年率先建造出世界上第一艘小型雙體船“凱瑪利諾”號。20世紀80年代中期以來,雙體船得到了進一步發展。1985年,日本建造出當時世界上最大的小水線面雙體船——3000噸級海上作業試驗船“海洋”號。1991年,美國也建成了3400噸級大型小水線面雙體船“勝利”級。這為之后發展更大噸位的小水線面雙體船提供了可靠的技術基礎。之后越來越多的國家和地區正在參與雙體船的研制。英國、德國、荷蘭、挪威、芬蘭、韓國、丹麥、瑞典、俄羅斯等國也都提出了建造計畫和設計方案。
構造與原理
雙體船是由兩只相同尺度的船體,在相對一側的水線以上,用中間連接橋連在一起的一種船舶。雙體船有兩個船首,兩個船身和兩個船尾。在每個船身內部都裝有一套動力裝置,可同時轉動,從而帶動船尾螺旋槳,來推進船舶。雙體船甲板面積大,穩性好。片體可以造得瘦削,以藏小阻力,提高航速。兩片體間距尺度和航遞配合適當,可降低船的興波阻力。連接橋及其他強力構件牢固地連接兩個片體,承受著作用于雙體船上的彎曲、扭轉力矩、波浪的直接拍擊等各種外力。
典型的高速雙體船由兩個瘦長的單體船(稱為片體)組成,上部用甲板橋連接,體內設置動力類電站等設備,甲板橋上部安置上層建筑,內設客艙、生活設施等。高速雙體船由于把單一船體分成兩個片體,使每個片體更瘦長,從而減小了興波阻力,使其具有較高的航速,其航速已普遍達到35~40節;由于高速雙體船的寬度比單體船大得多,其穩定性明顯優于單體船且具有承受較大風浪的能力;高速雙體船不僅具有良好的操縱性,而且具有阻力峰不明顯、裝載量大等特點,因而被世界各國廣泛應用于軍用和民用船舶。
技術特點
雙體船在一定速度范圍內,可以減少水阻力,節省功率。這是由于雙體船的每個單體瘦長,興波阻力較低;同時,甲板面積寬,上層建筑短,受風面積小,空氣阻力也較小。另一方面也是由于雙體船的車葉相距較遠,互相干擾少,能充分發揮作用,因此在同樣大小的船型和同樣航速下雙體船所需的馬力要少,雙體型客輪是一般船型的客輪所耗馬力的一半穩性好,在風浪中航行安全、舒適。由于雙體船的兩個船身間距較大,船身寬闊,因而,船舶恢復力矩大,不會有傾覆的危險。甲板面積大,使用率高,寬闊的甲板既可大量運貨又可辟為工作、居住艙室。雙體船型因有足夠的面積作為操作活動的場所,故適宜作海洋調查船和航標船。操縱靈活,回轉性能好。雙體船在回轉時,一個船體的螺旋漿正轉,產生推力;另一個船體的螺旋槳倒轉,形成很大的旋轉力矩。因而,雙體船停靠碼頭方便,在有淺灘或航道狹小的水域中航行時,可以保證安全。雙體船比同類型的一般船舶造價要低。
雙體船中間體結構弱,在較大波浪沖擊下,容易發生斷裂,使船身分離。同時,甲板面積雖寬,但甲板下的艙位卻比單體船小,不宜裝載重物.雙體船穩性雖好,但搖擺周期短,風浪中船身搖晃頻繁,時間一長,易使旅客疲勞。此外,雙體船甲板面積大,暴露在空氣中的面積也大,加上動力裝置又分布在兩個船體,因而增加了平時的維護、保養工作。
主要分類
雙體船按船體的形狀,分為對稱形雙體船和不對稱形雙體船。對稱形雙體船,其兩個單體線型對稱。低速時,由于船體浸濕面積大,摩擦阻力較大。高速時,興波阻力又占主要成分。盡管對稱形雙體船的每個單體線型瘦長,首部尖削,興波阻力較??;但是,在航速過高,船處于滑行狀態時,雙體船兩個滑行面間的干擾,會隨之增加,阻力反而不會減少非對稱形雙體船,單體為圓背形翼體。由于內外側流體壓力不均勻,產生的水平力也不均。當船舶因受風浪作用而傾斜時,入水的一側船體所產生的水平力增大,而出水一側所產生的水平力降低,從而產生恢復力。因此,非對稱形雙體船穩性較好,而減少阻力的性能卻不如對稱形雙體船。
小水線面雙體船
小水線面雙體船由下體、水上船體和支柱3部分組成。下體是兩個完全浸沒在水中的、彼此平行的回轉體。每個回轉體稱為片體,其形狀類似于魚雷。片體是產生浮力的主要部分。水上船體包括連接橋在內的所有結構部分統稱上體。支柱垂直穿過水面在上體與下體之間起連接作用。小水線面雙體水線船與普通雙體船的區別主要是后者的兩片體并不完全浸沒在水中,且是普通船體(可以是對稱或不對稱船型)。船體(片體)小水線面雙體船的主要優點包括:①由于水線面面積小,且主要排水體積沉沒在水中,因此航行中興波小,使興波阻力明顯下降;②與一般排水型船相比,耐波性較佳,不但在惡劣的海況下仍可平穩航行,而且由波浪中引起的附加阻力小,因此失速小;③從使用性來看小水線面雙體船具有甲板面積大、航行性能好等特點;④生產成本低,建造周期短。小水線面雙體船幾乎是平面與圓柱等簡單形狀的組合,所以便于進行組件的設計和建造。小水線面雙體船適用于客船、海洋調查船和鉆井船等。但是,由于它是多體船,因而結構自重大,濕面積很大,造成低速時的阻力較常規船為大;其次,由于水線面小,因此吃水較深,且船寬較大,特別在大噸位時,易受到港口、航道的限制。此外,傳動裝置系統復雜,需要航態控制系統。
高速穿浪雙體船
高速穿浪雙體船以小水線面雙體船和常規高速雙體船為基礎,保留了小水線面雙體船耐波性好和常規雙體船穩性好的優點,同時在首部水面上增加中央船首,克服了小水線面雙體船的片體儲備浮力小、支柱空間狹小和需要復雜的傳動系統等缺點,也克服了常規雙體船的片體間距小,對波浪響應敏感而引起的乘客不適等缺點。
動力雙體船
動力雙體船是雙體船的一個延伸,動力型雙體船集合了所有機動船的優點,而且將很多船的特點融合在一起。一般來說,動力雙體船沒有任何航海儀器。動力雙體船使用兩個瘦長的船體,多數配備渦輪噴氣發動機推動,以噴射水流的方式,把水快速推向船后,根據牛頓第三運動定律,可以獲得巨大的反作用力,阻力更低,速度更快。
高速雙體船
典型的高速雙體船由兩個瘦長的單體船組成,上部用甲板橋連接,甲板橋上部安置建筑,內設客艙、生活設施等。高速雙體船把單一的船體分成兩個片體,片體比較狹長,所以使得波浪的阻力減小。因為雙船體的寬度比較大,有很大的優勢。它不僅利于操作,而且還能裝更多的貨物。主要應用在民用和軍用中。
應用范圍
雙體船適宜作客船、渡船和工作船舶。雙體客輪可在近海短程航線上扭負客運任務,由于雙體船甲板寬敞,容客量大,生活也較為舒適,但雙體船不宜用作遠洋客輪。雙體船用作擺渡是比較合適的,寬敞的甲板可以承載各種車輛,如汽車、火車;還可以載運散裝貨物,如體積大、重量輕的木材等,但不適合裝載重物。雙體船也可用作工程船舶,在中間體上開井便于吊放小船,也便于鉆井操作。 而穿浪雙體船特有的船形構造賦予了它航速高,耐波性和穩性好等優良的綜合性能,因此它適合作為民用領域的各類高速客船、高速滾裝船,軍事領域的各類高速隱身攻擊艇、護衛艦、戰區支援艦等。
發展趨勢
雙體船為滿足使用要求大都在逐步向天型化發展,并為改善快速性和耐波性嘗試向復合船型發展。其中,小水線面船型將從雙體演化成單體或三體、四體、五體等多體。為提高雙體船在高海況下的航行能力,各國的研究方向大都集中在開發超細長體雙體船的系統技術、優化線型設計和采用大功率噴水推進系統等方面。世界上已建成多艘半潛小水線面雙體船,用于水文調查、海洋工程作業、漁業或客運等,排水量為20~3000t,航速9~30kn。不少國家正在積極研究或設計小水線面戰斗艦艇,從數百噸的巡邏艇到數千噸的驅逐艦,乃至數萬噸的航空母艦等。
參考資料 >
金海運取得一種減搖機構及救援雙體船專利.百家號.2024-12-10
船艦知識:高速雙體船——未來海戰新寵[ 2006-04-06 14:51 ].中國日報網.2024-12-11