穿浪船船型及相关研究综述

魏成柱，李英辉，易宏

1上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240 2上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240

穿浪船船型及相关研究综述

魏成柱1，李英辉2，易宏1

1上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240 2上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240

穿浪船属高性能船舶。由于其特殊和针对性的船型设计，穿浪船在波浪中普遍具有优良的快速性和耐波性。近年来，穿浪船引起了广泛关注并在实际工程中得到推广。比较系统地介绍单体、双体和三体穿浪船船型的现状，从快速性、耐波性及安全性等方面概述穿浪船船体性能研究的进展，评述穿浪船船体性能的预报方法，提出了若干与穿浪船有关的潜在研究方向。

穿浪船；船型；船体性能；高性能船舶

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20160921.1350.040.html期刊网址：www.ship-research.com

引用格式：魏成柱，李英辉，易宏.穿浪船船型及相关研究综述［J］.中国舰船研究，2016，11（5）：1-8.

WEI Chengzhu，LI Yinghui，YI Hong.A comprehensive review on hull forms and relevant researches of wave piercing vessels［J］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（5）：1-8.

0　引言

穿浪船是具有穿浪特性的船舶的统称。作为高性能船舶，穿浪船最主要的特点是，通过采用合理的穿浪设计，减小甚至消除船体在波浪中所受到的砰击载荷，减小船体在波浪中的加速度和运动幅值，使船体在波浪中获得优异的快速性和适航性。由于各国经济和军事的需求，穿浪船型近年来得到了愈来愈多的发展和应用。在军事领域、游艇设计领域和运输领域都能看到穿浪船的身影。国内外学者亦对与穿浪船相关的课题进行了研究，以探索穿浪船的船型特点，改进和完善穿浪船，并进一步实现穿浪船船型的创新。目前，穿浪船已发展出多种船体形式。不同船体形式的穿浪船具有其自身特有的优势。本文将对穿浪船船型现状、船体性能及船体性能的预报方法进行适当的概述和总结。

1　穿浪船船型现状

穿浪船从船体（片体）数量上可以分为穿浪单体船（Wave Piercing Monohull，WPM）和穿浪多体船。穿浪多体船主要包括穿浪双体船（Wave Piercing Catamaran，WPC）和穿浪三体船（Wave Piercing Trimaran，WPT）。穿浪船的船型主要由2种途径产生：第1种是由传统船型修改而来；第2种是采用创新性的船型设计。

1.1穿浪单体船

穿浪单体船早在铁甲舰时代就已经出现。由于在高速航行时或在恶劣海况下船体容易被淹湿，并且由于火炮技术的发展，采用内倾式设计的铁甲舰暂时退出了历史舞台。近年来，为了获取高海况下优良的快速性和适航性，采用细长船体和瘦削船艏的穿浪单体船重新出现。另外，经典的穿浪单体船由于采用了内倾式设计而具备了隐身特性。随着各国对能够在高海况下执行任务的高性能船舶需求的增加以及对隐身技术的愈发重视，穿浪单体船得到愈来愈多的重视和发展，一些创新的单体穿浪船船型设计陆续问世。

作为目前最先进的驱逐舰，美国的DDG-1000为了达到船体隐身的目的，采用了经典的单体内倾式穿浪型设计。该舰也是目前最为人们所熟知的穿浪船之一。美国海军研究局（Office of Naval Research，ONR）公开了一种与DDG-1000非常类似的穿浪单体船ONR-TH（图1［1］）以供研究人员进行该类型船舶的探索研究。已公开的与穿浪单体船相关的研究大多以ONR-TH为研究对象。

图1　美国海军开发的穿浪单体船Fig.1WPM developed by US Navy

美国国防高级研究计划局（DARPA）和国防部长办公室（OSD）合作开发的Very Slender Vessel（VSV）是一种细长的高速穿浪单体船（图2）。VSV的设计目标为：减小自身的目标特征，能够直接穿过波浪而不是像传统深V型滑行艇那样在波浪上跳跃，减少波浪冲击载荷，获取在波浪中优异的快速性和适航性。根据相关专利［2］的描述可知，VSV主要具有以下特征和优势：通过使用全凸起的船底壳和舷侧辅助单元，获得船体在恶劣天气下的良好性能；通过很小的性能损失来获取高载荷；更低的雷达信号特征；同传统滑行艇相比燃油消耗减少20%。该设计已被投入到实际应用中。英国皇家海军特种舟艇中队装备的一艘VSV时速超过60 kn。VSV设计也被推广到游艇设计上，Maryslim号亦采用了VSV的设计。

图2　VSVFig.2VSV

Transonic Hull Company（THC）公司开发并申请专利［3-4］的超临界船（Transonic Hull，TH）具有细长的三角形船体，如图3所示。该船型的干舷几乎垂直于水面。THC宣称：与3种传统船相比，不论在静水还是波浪中，TH在相同马力下的速度可提升17%；耐波性试验表明，TH在全航速和各种波浪状况下都能保持零纵倾角并有效避免砰击载荷，加速度小。

图3　超临界船Fig.3Transonic hull

Van diepen设计了一种平面穿浪船艏（图4），并申请了专利［5］。不同于DDG-1000，VSV及TH所采用的瘦削的穿浪船艏，该船艏比较宽扁，旨在利用船艏的内倾面来平衡穿浪时波浪浮力所产生的抬升力。根据相关专利的描述可知，该设计能减少甚至消除纵摇运动和砰击载荷，减轻船体结构重量，改善适航性，减少静水阻力。

图4　平面穿浪船艏Fig.4Flat wave piercing bow

Ulstein开发了X-Bow船艏（图5）用来改善在高海况下的船体操作。该设计主要被应用于海洋工程领域。X-Bow的概念于2005年提出。截止到2016年，采用X-Bow的船舶订单已经超过100艘。广东中远船务承接建造的Vos Partner号就是一种采用了X-Bow船艏的中型海洋平台供应船。

图5　X-Bow船艏Fig.5X-Bow

上海交通大学魏成柱所在团队以经典的内倾式穿浪船型为基础船型，通过大量的船型特征对比和优化，设计了高速穿梭艇［6-9］，并对高速穿梭艇在高速段的性能进行了研究。其所在团队设计的高速穿浪单体船具有瘦削的船艏、方艉及艏部防溅条，采用过渡型船体设计，并进一步将防溅条发展成压浪干舷来更好地控制船体淹湿。

1.2穿浪双体船

广义的穿浪双体船是指采用穿浪设计的双体船，狭义的穿浪双体船是指最早由澳大利亚提出的一种穿浪双体船，下文将采用WPC-AU来标记。这种由澳大利亚提出的穿浪双体船方案结合了小水线面双体船的低阻力、高耐波性的优势，并通过使用深V船型来克服小水线面双体船的片体储备浮力不足、空间较为狭小的缺点。该穿浪双体船设计方案因其优良的快速性和耐波性受到了大量的关注和赞扬。目前对穿浪双体船的研究和应用大多以该方案为基础。图6所示为AMD公司为澳大利亚海军建造的HSV。中国海军022型导弹艇采用了类似的设计方案。中国舰船研究设计中心对类似的穿浪双体船进行了深入研究，已形成系列设计。

图6　HSV穿浪双体船Fig.6HSV wave piercing catamaran

不同于AMD公司设计的穿浪双体船，由大不列颠团队（Great Britain）设计的穿浪双体船采用了双体滑行带断阶式设计。在双体断阶滑行艇的基础上，该穿浪双体船的船艏被修改为瘦长且有一定内倾角的穿浪型船艏，并且片体连接桥的船艏部分被移除，如图7所示。其上层建筑采用流线型设计以减小迎浪的砰击。该穿浪双体船旨在打破横穿大西洋的速度记录。据英国《每日邮报》报道：在条件适当的情况下，该穿浪双体船穿越大西洋仅需48 h；该船的平均速度将高达105 km/h，有望于2018年夏天打破1992年创造的2 d 10 h 54 min横穿大西洋的记录。但该穿浪双体船的实际使用效果还有待观察。

图7　大不列颠团队设计的穿浪双体船Fig.7Wave piercing catamaran designed by the team Great Britain

1.3穿浪三体船

穿浪三体船主要由穿浪单体和穿浪双体船发展而来。途径1为以穿浪单体船为母船体，在母船体两侧添加片体，进一步提高船体稳性并改善船体横摇；途径2为以穿浪双体船为母船体，在两个片体中间添加附体，改善船体在波浪中的纵向和垂向运动。此外，还有其他类型的穿浪三体船。

最著名的一艘穿浪三体船为“地球竞速”（Earthrace）号游艇，如图8所示。“地球竞速”号是为了打破UIM“机动船环游世界时速记录”而设计建造。该船由中央穿浪主船体和左右两个片体构成。据称，“地球竞速”号的挡风玻璃设计可承受高达7 m的水压，理论上可承受15 m的浪高，然而在海上试验中该船迄今只淹没到4 m。该船在与日本捕鲸船相撞时沉没，新的“地球竞速”号正在建造中。遗憾的是，未查到与该艇相关的公开研究资料。

图8　“地球竞速”号穿浪三体船Fig.8Earthrace wave piercing trimaran

法国、英国等也先后提出了一些基于穿浪三体船的驱护舰设计方案。法国设计的Ocean Eagle 43（图9）是一型用于海上监视与安全维护的高性能三体舰。Ocean Eagle 43采用了与“地球竞速”号相似的布置方案，不过其中央主船体的长宽比更大，片体对称布置在船长中部。片体的这种布置方式除了增加船体稳性之外，还有利于提高细长船体的回转性。

图9　Ocean Eagle 43Fig.9Ocean Eagle 43

赵连恩等［10］在AMD型穿浪双体船的基础上在中央船体艏部下方加一半潜体，形成了穿浪多体船。

不同于以上穿浪船的概念，Matveev等［11］提出了一种特殊的穿浪三体船概念，如图10所示。该概念设计采用细长的支柱将三个滑行片体同机翼型上层建筑连接起来，综合利用了水和空气的动升力。

图10　Matveev等设计的穿浪三体船Fig.10WPT by Matveev et al

2　穿浪船船体性能概述

船体性能主要包括船舶的浮性、稳性、抗沉性、快速性（船舶阻力、船舶推进）、操纵性及耐波性。相比于传统船型，穿浪船更加强调其在波浪中优良的性能。因此，穿浪船的耐波性更受关注。同时，由于穿浪船大多采用非传统船型设计，因此其安全性（稳性、抗沉性等）也很受关注。

2.1快速性

经过优化设计的高速穿浪船的快速性有明显提高。VSV同传统滑行艇相比燃油消耗减少了20%。THC宣称，与3种传统船相比，不论在静水还是波浪中，TH在相同马力下的速度可提升17%［12］。高航速时，穿浪双体船（WPC-AU）不仅静水阻力小，波浪增阻也小。世界最快渡船Francisco号高速穿浪型双体船是一艘以液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）为主要燃料的大型双燃料高速滚装船，空载时速可超过58.1 kn。但是赵连恩等［13］也指出，从静水阻力的角度来看，穿浪双体船（WPC-AU）不适合在低航速时航行。

2.2耐波性

由于穿浪船设计和优化时对波浪中航行的针对性，穿浪船普遍展示出优良的耐波性。波浪中的运动、波浪增阻、加速度都有明显改善，实现了波浪中的缓和运动。THC宣称的与3种传统船相比，TH在相同马力下的波浪中速度提升17%表明其具有较小的波浪增阻。根据文献［14］中的耐波性试验结果可知：TH与传统船型BL-175相比，在耐波性上表现出压倒性的优势；TH在航速50 kn、波高1和2 m时，靠近船艏的加速度与BL-175相比减幅达71%；TH在全航速和各种波浪状况下都能保持零纵倾角并能有效避免砰击载荷，船体加速度小。Van diepen等［15］在对Flat bow的研究中指出：采用穿浪设计的船的艏艉和重心处加速度（1/10有义值）都比传统船体的小，但穿浪船的艏部最大加速度值根据穿浪船艏形状的不同或大于或小于传统船舶；采用穿浪设计的船的升沉和纵摇幅值（1/10有义值）都比传统船体的小；同传统船型相比，所有测试的穿浪船的垂荡、纵摇和加速度都显著下降，根据航速和海况选取的不同，减幅最高可达40%。关于X-Bow的水池试验结果［16］表明，同传统球鼻艏相比，采用X-Bow设计的船在波浪中具有以下优势：没有艏部砰击载荷；具有更小的加速度和纵摇；穿浪而过时不引起剧烈的艏部飞溅；波浪中的失速更小。Dubrovsky［17］对文献［11］中提到的三体穿浪船进行模型试验后指出，同传统滑行艇相比，该设计在相同速度下的艏部加速度更小。

横摇角影响人的运动能力，大致可以分为3个区域：在0°～4°范围内对人的活动没有影响；在4°～10°范围内使人的运动能力明显下降；10°以上使乘员吃饭、睡觉及在船上走动都发生困难。穿浪船的干舷内倾式设计会影响到船体的横摇性能。Lin等［18］通过对比ONR内倾式和外飘式船型指出：在谐摇区附近，内倾式船体的横摇角度要比外飘式船体横摇角大很多；当波长等于谐振值时，内倾式船体横摇角度是外飘式船体横摇角的2倍，如图11所示。但是穿浪船通过使用创新的船体设计可以改善波浪中的船体横摇性能，例如VSV采用的舷侧突出设计可以改善横摇和增加储备浮力。Ikeda等［19］通过研究指出，由于固有周期短，横阻尼大，波浪扰动力矩小，一艘112 m的穿浪双体船（WPC-AU）在横波中的横摇共振幅度很小。三体式设计对穿浪船的横摇非常有益。根据CMN船厂公开的海试资料，采用穿浪三体船设计的Ocean Eagle 43在5级海况下以28 kn航行时，纵摇角度在±2°之间，横摇角度在±6°之间，显示出其在高海况下的航行优势。

相比于外飘式船艏，穿浪型船艏对波浪的扰动很小，不容易在船艏附近形成剧烈的飞溅，可以减小砰击。图12示出了穿浪船型与外飘式船型遭遇波浪时对波面的扰动。图12（a）显示了采用X-Bow设计的船与采用传统球鼻艏的船在相同波浪条件下航行时的艏部飞溅情况。由图可见，采用X-Bow的船没有像加装球鼻艏的外飘式船型那样引起剧烈的艏部飞溅，该现象也得到了实船海试的验证。图12（b）对比了TH与采用斧型艏的船体遭遇波浪时的艏部飞溅情况。显然，穿浪型船艏对波浪的扰动小，艏部几乎没有飞溅产生。

图11　内倾式船（实线）和外飘式船（虚线）在不同波长下的横摇对比，Fn=0.066Fig.11Normalized roll motion angle for different values of λwith Fn=0.066.The solid line shows the numerical results for the tumblehome hull and the dashed line the numerical results for the flared hull

图12　穿浪船艏对船艏处波浪的扰动小Fig.12Wave piercing bows have small disturbance to the waves

单体穿浪船所面临的砰击载荷主要来自船艏，而穿浪型船艏对波浪的弱扰动使船体面临的砰击载荷明显减小。但是，低干舷的单体穿浪船在波浪中会面临高概率的上层建筑砰击，过低的干舷会让波浪直接漫过船艏甲板进而冲击上层建筑。张进丰等［20］在试验过程中观察到了很明显的甲板上浪现象。因此，流畅的上层建筑和较高的船体干舷对一些单体穿浪船是非常有益的。此外，中国造船工程学会船舶力学委员会高性能船学组指出，湿甲板砰击是穿浪双体船研究的重中之重。French等［21］通过试验确定了砰击发生的临界值。对于一艘长112 m、航速为20和38 kn、模态周期为8.5 s的双体穿浪船（WPC-AU），当有义波高小于1.5 m时，砰击不会发生。

穿浪船在短、陡波中的优良性能基本得到认可，但并不意味着某一穿浪船型或者具体穿浪船只在所有海况中都有良好的耐波性。Vakilabadi等［22］在对一艘极细长穿浪三体船在规则波中的垂荡和纵摇的模型试验研究中观察到，模型的纵摇运动比较剧烈，如图13所示。传统双体穿浪船的实际运营表明，该类型穿浪双体船适航性的优劣很大程度上取决于其所航行的海区及波长范围，在非设定海域中受限于细长的片体，其垂荡和纵摇运动较大。可见，特别细长的船体在获得快速性提高的同时也牺牲了一些耐波性。而Ocean Eagle 43采用的主船体和片体的布置方案可能对改善这种不利局面有利。

图13　细长穿浪三体船在规则波中的纵摇运动Fig.13Amplitude of the pitching motion measured during the towing of the wave piercing trimaran model

一些学者尝试对传统穿浪双体船（WPC-AU）在波浪中的垂向和纵向运动进行控制和改善，来扩大该类型穿浪双体船的应用范围。实践证明，T型水翼大大改善了船舶在波浪中的纵摇和垂荡［23］，使船上工作人员及乘客的工作和生活条件得到了极大的改善。可控的T型水翼首先被安装在穿浪双体船上。常进［24］、刘金玲［25］、刘英和［26］等对T型水翼在穿浪双体船上的应用展开了研究。此外，马涛等［27］在穿浪双体船上添加中体，通过模型试验证实该措施可以很好地改进穿浪双体船型的耐波性。郑义等［28］通过加装水翼来改善某250 t级高速轻型穿浪双体船的纵向运动，模型试验表明，该措施可以使迎浪纵摇和垂荡有义幅值减少20%～30%。

晕船率（Motion Sickness Incidences，MSI）也是高速船耐波性的重要评判指标之一。穿浪双体船的低频运动可能带来晕船，这将给船员及乘客带来疲劳和不适。Fang等［29］针对一艘40 m长穿浪双体渡船CAT-I的垂向运动晕船发生率进行了研究，指出垂向运动晕船率在随浪时（浪向角≤60°）不显著，但是会随着浪向角的增大而升高。Ikeda等［19］给出了112 m长穿浪双体船（WPC-AU）的MSI分布图。

2.3安全性

经典的穿浪船是由传统外飘式船舶内倾干舷和船艏而来，干舷以上船体几何容积减少，船体的储备浮力发生改变，由此引发对船体安全性（例如船体的稳性［30-31］、参数横摇［32-34］、倾覆［35］）的担忧，与此相关的研究多集中于ONR-TH上。根据已公开的研究，对于具有相同水线以下几何形状的船体，内倾船型的安全性有所降低。Bassler等［30］指出，内倾船型的倾覆风险对重心小幅变化的敏感性与外飘船型相比会显著升高。Mccue等［32］在对ONR-TH的参数横摇研究中指出，相比采用直壁式和外飘式设计的ONR船体，采用内倾式设计的ONR船体在波浪中的平均初稳心高（GM）要小，其在迎浪中的参数横摇会在更低的前进速度下遇到。

3　穿浪船船体性能的研究方法

船体性能的研究方法主要包括理论方法、以CFD为基础的数值仿真和模型试验。不同于传统船舶，穿浪船特殊的外形设计和航行状态使得在对其进行船体性能预报时要考虑水线以上干舷和上层建筑的影响，需计入干舷和甲板的淹湿、上浪、砰击等非线性因素。

与穿浪船有关的研究多以水池试验的方式进行。水池试验不仅包括拖曳水池试验，还包括自航模水池试验。

穿浪船型的特殊性对传统的一些理论研究方法提出了很大的挑战，但并不意味着这些研究手段失效。张进丰等［20］通过模型试验和非线性时域方法，对一内倾低干舷隐身船在顶浪时规则波和不规则波中的纵向运动响应开展了研究，并且在时域计算中考虑了船体湿表面变化和甲板上浪对纵向运动的影响。与试验结果的对比表明，考虑了船体湿表面变化和甲板上浪对纵向运动影响的非线性时域方法能够比较准确地预报内倾船型在波浪中的纵向运动。

CFD技术的发展为穿浪船相关研究提供了新的途径。可靠的湍流模型、多自由度运动模型和多相流模型为穿浪船的数值仿真提供了基础保证。重叠网格更是方便了船体大幅值运动的模拟。在以CFD为基础的数值仿真中，船体的几何细节能够被充分保留，穿浪船的受力、运动姿态、上浪和淹湿都能够得到很好的捕捉和描述。随着CFD技术的发展，可动的螺旋桨和舵被引入到自航模的数值仿真中。Carrica等［1］在对ONR-TH进行瘫船分析时，在光体模型上引入了可动的舵和螺旋桨来更加真实地模拟船体在波浪中的运动。相对于传统的船舶绕流仿真，该方法虽然更加接近真实情况，但计算资源消耗巨大。Carrica在研究中用到的网格单元数量达到2.11×107，普通个人计算机根本无法完成如此大规模的计算。此外，实船CFD模拟已经逐渐成熟。真实海况和实船CFD仿真可为穿浪船的研究提供更加直接的性能预报。

4　结论

通过以上研究，可以得出以下主要结论：

1）穿浪船型近年来得到了快速发展，船型更加丰富，船体性能被进一步探明。

2）穿浪船型普遍但并未全部采用瘦削的船艏来减小艏部浮力，减少砰击和纵摇。

3）与一些传统船型相比，穿浪船型具有一定的快速性优势。

4）与传统船型相比，针对船体在波浪中的运动、受力及加速度而优化设计的穿浪船型在上述方面改善明显。

5）采用极细长船体设计的穿浪船在获取快速性优势的同时一定程度上牺牲了耐波性，导致其在某些海况中的纵摇和垂荡运动比较剧烈，需要改善。

6）由传统外飘式船型修改而来的内倾式穿浪船在一些恶劣海况下的安全性有所降低。

与已进行广泛而深入研究的传统船型相比，目前对穿浪船的研究是有限的。对于穿浪船，以下几个方面值得进行深入研究或者开创性研究：

1）高速穿浪单体船、高速穿浪双体船、高速穿浪三体船船型创新及相关船体性能的探索；

2）现有穿浪船型耐波性的进一步改进；

3）穿浪船在长峰波中的运动；

4）全封闭式穿浪船在极恶劣工况（例如，船体完全从波浪中穿过）下的运动及受力；

5）针对穿浪船船型特殊性的、快速而准确的船体性能预报理论方法；

6）穿浪船甲板和上层建筑砰击及针对减小砰击而进行的优化设计。

相信通过进一步的研究和创新，穿浪船家族会得到进一步的发展和壮大，并在未来大海洋时代中发挥更加重要的作用。

［1］CARRICA P M，SADAT-HOSSEINI H，STERN F. CFD analysis of broaching for a model surface combatant with explicit simulation of moving rudders and rotating propellers［J］.Computers and Fluids，2012，53：117-132.

［2］THOMPSON A.Boat：US6116180［P］.2000-09-12.

［3］CALDERON A A.Transonic hydrofield and transonic hull：US6158369［P］.2000-12-12.

［4］阿尔伯特·阿尔瓦雷斯-卡尔德伦.跨声速船体和流体场：CN1984811A［P］.2007-06-20.

［5］VAN DIEPEN P.Wave piercing bow of a monohull marine craft：US20030089290［P］.2003-05-15.

［6］魏成柱，李英辉，易宏.楔形压浪体在内倾式船艏中的应用研究［J］.船舶工程，2013，35（1）：9-12. WEI Chengzhu，LI Yinghui，YI Hong.Application research of anti-green-water wedge to intilted bow［J］. Ship Engineering，2013，35（1）：9-12.

［7］魏成柱，李英辉，易宏.基于CAD与CFD的穿梭艇局部船型特征分析［J］.船舶工程，2014，36（3）：28-32. WEI Chengzhu，LI Yinghui，YI Hong.Analysis of shuttle vessel's local hull form characteristics based on CAD and CFD［J］.Ship Engineering，2014，36（3）：28-32.

［8］魏成柱.穿梭艇性能特征与船型优化［D］.上海：上海交通大学，2013.

［9］魏成柱，毛立夫，李英辉，等.单体半滑行穿浪船船型与静水航行性能［J］.中国舰船研究，2015，10（5）：16-21. WEI Chengzhu，MAO Lifu，LI Yinghui，et al.Analysis of the hull form and sailing characters in calm water of a semi-planing wave-piercing boat［J］.Chinese Journal of Ship Research，2015，10（5）：16-21.

［10］赵连恩，何义，李积德，等.穿浪多体船运动性能研究［J］.中国造船，1997（4）：20-28. ZHAO Lian'en，HE Yi，LI Jide，et al.A study on motion performance of multi-hull wave piercer［J］.Shipbuilding of China，1997（4）：20-28.

［11］MATVEEV K I，DUBROVSKY V A.Aerodynamic characteristics of a hybrid trimaran model［J］.Ocean Engineering，2007，34（3/4）：616-620.

［12］Transonic Hull Company Inc.Corporate mission and technologydescription［EB/OL］.（2016-02-19）［2016-02-19］.http：//www.transonichullcompany.com/.

［13］赵连恩，谢永和.高性能船舶原理与设计［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［14］CALDERON A，HEDD L.Theoretical considerations and experimental investigation of seakeeping of transonic hulls［C］//Proceedings of the 11th International Conference on Fast Sea Transportation.Honolulu，Hawaii，USA：FAST，2011.

［15］VAN DIEPEN P，MOLYNEUX D，TAM G.A flat wave piercing bow concept for high speed monohull［C］//Annual Meeting Papers Non Transactions.［S.l.：s.n.］，2003.

［16］ULSTEIN.Tank test and real-life comparison［EB/ OL］.（2016-02-19）［2016-02-19］.http：//ulstein. com/innovations/x-bow/comparison-tests.

［17］DUBROVSKY V A.‘Wave-piercing’trimaran：the concept and some applications［J］.Ships and Offshore Structures，2009，4（1）：89-93.

［18］LIN R Q，KUANG W J.Modeling nonlinear roll damping with a self-consistent，strongly nonlinear ship motion model［J］.Journal of Marine Science and Technology，2008，13（2）：127-137.

［19］IKEDA Y，YAMAMOTO N，FUKUNAGA K.Seakeeping performances of a large wave-piercing catamaran in beam waves［C］//Proceedings of the 6th Osaka Colloquium on Seakeeping and Stability of Ships. Osaka，Japan：［s.n.］，2008.

［20］张进丰，顾民，魏建强.低干舷隐身船波浪中纵向运动的模型试验及理论研究［J］.船舶力学，2009，13（2）：169-176. ZHANG Jinfeng，GU Min，WEI Jianqiang.Model testing and theoretic study of the longitudinal motions in waves of low-freeboard stealthy ship［J］.Journal of Ship Mechanics，2009，13（2）：169-176.

［21］FRENCH B J，THOMAS G A，DAVIS M S.Slam occurrences and loads of a high-speed wave piercer catamaran in irregular seas［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part M：Journal of Engineering for the Maritime Environment，2013，229（1）：1-13.

［22］VAKILABADI K A，KHEDMATI M R，SEIF M S. Experimental study on heave and pitch motion characteristics of a wave-piercing trimaran［J］.Transactions of FAMENA，2014，38（3）：13-26.

［23］ESTEBAN S，DE LA CRUZ J M，GIRON-SIERRA J M，et al.Fast ferry vertical accelerations reduction with active flaps and T-foil［C］//Proceedings of the 5th IFAC Conference on Manoeuvring and Control of Marine Crafts（MCMC2000）.Aalborg：IFAC，2000.

［24］常进.带T型翼的穿浪船运动姿态控制系统（RCS）研究［D］.武汉：武汉理工大学，2012.

［25］刘金玲.穿浪双体船运动仿真与姿态控制研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

［26］刘英和.T型翼和尾压浪板对WPC耐波性影响研究［D］.北京：中国舰船研究院，2014.

［27］马涛，明通，马如仁.穿浪船型对高速双体船耐波性的改进［J］.船舶，1997（4）：4-6. MA Tao，MING Tong，MA Ruren.Improving the seakeeping quality of the high speed catamaran by incorporating the wave-piercing ship type［J］.Ship and Boat，1997（4）：4-6.

［28］郑义，董文才.高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究［J］.中国舰船研究，2012，7（2）：14-19. ZHENG Yi，DONG Wencai.Improvement of longitudinalmotionperformanceofhighspeedlight wave-piercing catamaran by hydrofoils［J］.Chinese Journal of Ship Research，2012，7（2）：14-19.

［29］FANG C C，CHAN H S.An investigation on the vertical motion sickness characteristics of a high-speed catamaran ferry［J］.Ocean Engineering，2007，34（14/15）：1909-1917.

［30］BASSLER C，PETERS A，CAMPBELL B，et al.Dynamic stability of flared and tumblehome hull forms in waves［C］//Proceedings of the 9th International Ship Stability Workshop.Hamburg，Germany：［s.n.］，2007.

［31］HASHIMOTO H.Pure loss of stability of a tumblehome hull in following seas［C］//Proceedings of the 19th International Offshore and Polar Engineering Conference.Osaka，Japan：The International Society of Offshore and Polar Engineers，2009.

［32］MCCUE L S，CAMPBELL B L，BELKNAP W F.On the parametric resonance of tumblehome hullforms in a longitudinal seaway［J］.Naval Engineers Journal，2007，119（3）：35-44.

［33］OLIVIERI A，FRANCESCUTTO A，CAMPANA E F，et al.Parametric roll：highly controlled experiments for an innovative ship design［C］//Proceedings of the ASME 2008 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.［S.l.］：The American Society of Mechanical Engineers，2008.

［34］SADAT-HOSSEINI H，STERN F，OLIVIERI A，et al.Head-wave parametric rolling of a surface combatant［J］.Ocean Engineering，2010，37（10）：859-878.

［35］SADAT-HOSSENI H，ARAKI M，UMEDA N，et al. CFD，system-based，and EFD preliminary investigation of ONR tumblehome instability and capsize with evaluation of the mathematical model［C］//Proceedings of the 12th International Ship Stability Workshop.Washington DC，USA：［s.n.］，2011.

A comprehensive review on hull forms and relevant researches of wave piercing vessels

WEI Chengzhu1，LI Yinghui2，YI Hong1
1 State Key Laboratory of Ocean Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China
2 Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China

Wave piercing vessels have special hull shapes and behaved softly in waves.In recent years，more attention has been paid on wave piercing vessels，and the wave piercing design is becoming popular among practical applications.More innovations related to wave piercing vessels have appeared and more researches on wave piercing vessels are available.Therefore，a comprehensive review on hull forms and relevant researches of wave piercing vessels is presented，which is a good reference for researches related with wave piercing vessels.Moreover，some promising research related to wave piercing vessels areas are provided.

wave piercing vessels；hull forms；hull performance；high performance ships

U661.3

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.05.001

2016-02-23网络出版时间：2016-9-21 13:50

上海交通大学海洋工程国家重点实验室自主研究课题（GKZD010061）

魏成柱，男，1987年生，博士。研究方向：新型船舶开发与数值计算。E-mail：weichengzhu@sjtu.edu.cn

李英辉（通信作者），男，1973年生，博士，讲师。研究方向：新型船舶开发与数值计算。

E-mail：liyinghui@sjtu.edu.cn

易宏，男，1962年生，教授，博士生导师。研究方向：潜器与特种船舶开发，海上装置与系统开发设计，系统可靠性与人因工程