水线面

船舶工程术语

水线面（water plane），船舶工程术语，是指水平面和船体的截交面。例如：拿一个葡萄酒杯，（郁金香形状）慢慢向水里浸入，当杯底接触水面，水线面是一约4厘米直径圆；当继续深入，杯底进入水后，杯柱相继进入水中，水线面就是一小圆面；再向下杯体进入水面，水线面就是一个越来越大的圆面。

基本概念

水线面系数

水线面系数是指与基平面相平行的任一水线面的面积与由船长和型宽所构成的长方形面积之比。常用的是设计水线面系数，反映了设计水线两端的尖瘦程度。对船的初稳性有较大影响，也与船的快速性有关。通常，低速船该系数较大，高速船则较小。

设计水线面

设计水线面是指通过船舶设计水线(民用船舶通常是船舶满载时的吃水线)与中纵剖面垂直的水平面，它把船体分为水上和水下两部分。设计水线面与船体表面的交线称为设计水线。

面双体船

船型特点

小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hull，SWATH)是由水下左右两个潜体、宽敞的上船体和连接水下潜体的支柱三部分组成。其原理是将提供船舶大部分浮力的浮体置于远离波浪干扰的一定水深处，水线处只有截面很小的支柱，减小了水线面面积，而上船体距离水面较远，降低了波浪对船体的扰动，从而提高了耐波性。

在相同排水量情况下，与常规单体船相比，通常SWATH船长更小，船宽更大，吃水更深，满载吃水以下船体湿表面积比单体船大近80%，干舷更高，如图1所示。

小水线面双体船的船体材料一般为钢质，但也有一些高速小水线面船为了尽可能提高航速而采用铝合金材料。小水线面双体船船体通常造型简单以便于建造，有宽阔的甲板平台，可根据不同的功能要求调整有效载荷布置。水下潜体(或称下船体)为两个彼此平行且对称的流线型圆筒结构，推进器装在尾部。正常航行时两个下潜体浸在水中，支柱划开水面，水下潜体提供小水线面双体船主要浮力。一般推进传动机构、稳定鳍的执行机构以及各种液体舱都布置在水下潜体内。支柱横截面为流线型，将上船体与下潜体连成一个整体。

主要优点

(1)耐波性好。远离水表面的下潜体占小水线面双体船排水量大部分，当它在波浪中航行时，所受到的波浪扰动力比常规单体船和常规双体船小很多。所以，小水线面双体船的耐波性比同等排水量的单体船好，且横摇周期长，经实船验证小水线面双体船千吨级的横摇周期与万吨级的单体船相当，横向运动小。另外，小水线面双体船的几何形状变化调整空间大，这与单体船是不同的，设计人员可以通过改变下潜体的几何形状、重量分布等多种手段，调整小水线面双体船的垂荡、纵摇和横摇运动固有周期来避开海区中波浪出现频率高的周期，从而降低其在海上的运动响应。

(2)推进效率高。小水线面双体船螺旋桨安装在水下潜体尾部，螺旋桨工作区域伴流均匀，使得船身效率较高。另外，该状态下螺旋桨浸深较大，螺旋桨直径几乎不受限，大直径和低转速螺旋桨的使用提高了推进效率。

(3)宽大的甲板面积。小水线面双体船其甲板面积比同等排水量的单体船要大很多，这有利于设计人员根据需要进行总体布置优化。

(4)操纵性好。小水线面双体船的水下潜体与支柱相连的结构形成，使得水下侧面积大，有效保证了航向稳定性。此外，小水线面双体船一般为双桨船，两个横向距离较远的螺旋桨正反转时产生回转力矩较大，故回转性较好。

(5)横稳性好。尽管小水线面双体船支柱的水线面较小，但由于两支柱体的间距大具有较大的复原力矩，故横稳性很好。

主要缺点

(1)纵稳性较差，单体船纵稳心高远远大于横稳心高，而小水线面双体船因支柱断面小其纵倾恢复力矩仅为单体船的10%～20%。所以小水线面双体船的纵稳性也是必须考虑的一个因素。

(2)纵向稳定性较差，小水线面双体船在较高速度航行时，水动力引起的纵向埋首力矩Monk力矩与其纵向恢复力矩不能平衡，故极易产生纵向不稳定，为此必须增加首尾鳍来平衡。

(3)小水线面双体船的空船重量与同等排水量的单体船要大，装载量相对减少。此外，由于水线面面积较小，较小的载荷变化(例如航行中燃油的消耗)会引起吃水的变化较大，这大大增加了技术复杂性和可靠性。

(4)湿面积大，摩擦阻力较大。小水线面双体船的湿表面积与同等排水量的单体船相比增大80%左右。故小水线面双体船低速航行时。由于摩擦阻力所占比例较大，其总阻力也较大。

(5)机器设备布置维护与检修比较困难，主要是因为水下潜体与支柱体内部空间狭小。小型的小水线面双体船由于其下潜体容积小，难于布置主机，故将主机设于上船体内，通过垂直传动来驱动螺旋桨，这增加了技术复杂度。

四体船

20世纪90年代洛克希德·马丁公司在小水线面双体船的基础上推出了一种小水线面四体船——“司莱斯” (SLICE)小水线面四体船船型、SLICE船型的基本设计目标是在保持小水线面双体船原有耐波性能特点的前提下想办法进一步减小阻力、提高推进效率和航行的舒适性。

SLICE船型采用四支柱、四下潜体式的小水线丽船型，各下潜体都采用球鼻艏和尖锥艉型；前双下潜体间距小于后双下潜体间距，又都采用短支柱，前、后双下潜体线错位能降低凯尔文波影响，不仪利于减少兴波阻力，而且降低在港湾内航行时对岸壁及其他船只的影响，这有利于突出小水线面船快速性和耐波性能好的特点；前后四下潜体线型，流线布局，重量分配经优化设计，以达到减少阻力，提高推进效率与航速，改善运动姿态的目的，该船没有舵，船的转向由左右桨差动实现，下潜体内侧配有稳定鳍，与压载水舱实现综合控制，可调节船的重量和浮态该船采用触屏式船舶运动姿态控制系统，使船在各种海情、航速和工况下均可自动控制，得到最佳的航态，使航行舒适和平稳。与普通小水线面双体船相比，它具有耐波性和稳性好以及快速性能佳的优点

首制艇“司莱斯”号是一艘小水线面四体多功能公务艇：该艇1997年建成，它的排水量约177t，总长约32m，前后下体垂线间长约24.9 m，最大宽约16.8 m，上层建筑宽约12.5 m，上层建筑底部距水面约2.1m，干舷约3.36m，吃水约4.3m，如图2所示。该艇在5级海况下，任意航向的航速仍达到30 kn，比设计最高航速31kn，最多只降低1kn。这为小水线面船在恶劣海况下维持其高航速做出了有益的尝试、

“司莱斯”号在船中后部有一个有效负载模块，重约50 t，长约17.4 m，宽约13.1m。模块按不同功能设计可以灵活更换，改变成可执行不同任务的公务船、商务船和军用船。设计中的模块与主结构相连，预留有4个联结基座及标准机电、管系接口。换上不同功能的模块，该船即可变换成执行缉私、搜救、巡逻、海洋调查、跟踪监测、港监引水、布标供应等任务的公务船；执行观光、娱乐、油井支援、浮油回收、潜水作业、高速客渡等任务的商务船；执行警戒、指挥控制、深潜器母船、特种战、水声监听、导弹攻击、水雷战、直升机两栖战和靶场服务等任务的军用船。

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