小水线面双体船波浪设计载荷估算方法（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）49卷第3期(总第182期中国造船Vol.49No.3(SerialNo.1822021年9月SHIPBUILDINGOFCHINASep.2021文章编号:1000-4882(202103-0104-008小水线面双体船波浪设计载荷估算方法林吉如,石理国,尤国红,钱家玉(中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082摘要以中国船舶科学研究中心开展的200t至3500t多艘SWATH船模试验结果和美国的15艘从3000t至30000t小水线面双体船波浪载荷模型试验资料为基础,给出了小水线面双体船波浪设计载荷估算公式。用该估算公式算得的小于3000t的小水线面双体船的波浪设计载荷的估算值更加接近模型试验结果,而小于目前常用的ABS公式估算值,从而可较大地减轻结构质量和建造成本。根据小水线面双体船受力特点,还提出了小水线面双体船在进行横向强度、扭转强度、总纵强度校核时各种载荷的组合方案和施加方式,供结构设计人员全面、合理地进行强度分析参考。关键词:船舶、舰船工程;小水线面双体船;波浪载荷;横向波浪力;水平扭转力矩;纵摇扭转力矩;载荷组合中图分类号:U661.4文献标识码:A1引言小水线面双体船与常规单体船相比较具有优越的耐波性能(在风浪中运动量最小,失速不严重和宽广的甲板面积,引起了造船界和船东的极大兴趣。美国、日本等国更掀起了建造小水线面双体船的热潮,从20世纪70年代开始建造了40多艘用于海洋考察、水声监听、车客摆渡以及旅游观光的小水线面双体船。我国从1994年开始开展了小水线面双体船的实用设计研究,2001年建成了第一艘200t级的海关监管艇,随后又陆续设计并正在建造最高吨位达到2500t可在全球航行的小水线面双体船,开创了中国造船界一个崭新的领域。小水线面双体船波浪中载荷不同于单体船,此时,其主要波浪载荷为横向波浪载荷,而总纵波浪载荷下降为次要载荷。由于小水线面双体船具有较大的表面积,因此结构质量占总排水量的比例较大,通常为总质量的50%左右。而且其水线面较小,吃水对质量的变化较敏感。质量增大,吃水越深,横向载荷就越大,而且桥体底部的砰击越严重,这对于结构都是非常不利的。因此合理确定横向波浪载荷是其结构设计和校核的关键之一。美国是最早开始研制小水线面双体船的国家,也是建造小水线面双体船最多的国家(达到20多艘,在研制过程中进行了大量的、系统的有关波浪载荷的船模试验和理论计算分析工作,以合理确定小水线面双体船的横向波浪载荷和砰击压力的量值和分布规律[1~3]。在此基础上,美国船级社编制了小水线面双体船建造和入级指南(Americanbureauofshipping:guideforbuildingandclassingSWATHvessels1990/1999简写成ABS(1999。中国船舶科学研究中心长期致力于小水线面双体船的理论和试验研究,从1994年开始先后开展了200t、600t、800t、1600t、2500t、3500t级6艘小水线面双体船的横向波浪载荷及砰击压力模型试验研收稿日期:2006-09-04;修改稿收稿日期:2006-11-09究,用于指导200t级海关监管艇、1600t级沿海测量船、2500t级远洋科学考察船3型实船的结构设计,积累了丰富的经验和资料[4~9]。在小水线面双体船设计中基本上用两种方法确定横向波浪载荷:一是运用考虑左右两个船体之间流体动力相互干扰作用的切片理论或源汇分布法来计算。但是,由于在汹涛中横向载荷和浪高之间强烈的非线性关系,在这种情况下,用上述理论方法进行预报,会使预报精度难以确定。因而通常这种预报方法只适用于在沿海或中低海情中航行的小水线面双体船。二是针对所设计的船进行模型试验,以模型试验结果为基础进行计算。作者以ABS(1999关于小水线面双体船指南为基础,以中国船舶科学研究中心开展的船模试验资料为依据,对小水线面双体船波浪载荷的估算提出了有效和合理的方法。2波浪载荷的确定2.1横向波浪力2.1.1横向波浪力特性横向波浪力是小水线面双体船的主要波浪载荷,它的量值大小主要取决于船的排水量、吃水、支柱体的长度和波浪的波高、周期、浪向以及航速。模型试验[1,3,4,6~9]和理论计算[2,5]结果表明:(1横向波浪力与浪向的关系横向波浪力和横向弯矩的最大值发生在零速横浪工况,并按横浪→顺斜浪→顶斜浪→迎浪/顺浪顺序递减。在顺斜浪/顶斜浪时其量值只有横浪时的一半左右,而顺浪/迎浪时其量值降到不到横浪时的10%[8]。(2横向波浪力与浪级的关系在低浪级时(有义波高<2.5m,横向波浪力与波高基本上呈线性递增关系,随着浪级增大,长波长的波浪