某小型高速巡逻艇总体设计

赵健

（海军驻上海地区舰炮系统军事代表室，上海 200135）

摘 要：本文介绍了某小型高速巡逻艇的总体设计过程，重点从艇的主尺度、线型、总布置及外形、结构设计以及船机桨匹配性方面进行了详细论述，为类似船型设计提供一些参考经验。

关键词：船型优化、船机桨匹配、结构设计

中图分类号：U662.2 文献标识码：A

1 前言

该艇是一型出口型交通巡逻艇，主要用于出口某国海岸交通运输、巡逻警戒任务。目前已出口交付多艘，获得了用户的一致好评。

2 主尺度设计

2.1 艇长

本艇设计傅氏数Fr～0.65，属于高速船范畴，增加艇长，可有效改善阻力，因此在满足设计任务书要求的前提下，兼顾总体布置的基础上，尽量增加艇长。

2.2 型宽

型宽在一定航速下，型宽小的艇快速性能明显优于型宽大的艇。该艇的型宽设计首先以满足机舱布置和稳性（该艇稳性要求按近海航区校核）为前提，尽量选择小型宽来改善阻力性能，同时控制宽吃水比，改善横摇性能。

2.3 型深

型深对稳性及适航性有较大影响，该艇型深在满足稳性和底舱布置的前提下，在艇中前部设计有400 mm的半升高甲板，有效改善了首部甲板上浪以及主船体舱室布置空间。

2.4 排水量

该艇排水量小，航速性能受排水量变化异常敏感，因此控制重量是该艇设计中一个首要问题，本着“以轻代重、件件不漏、设备从简”的原则，开展艇的设计建造工作。

该艇最终确定的主要参数如下：

总长： 26.80 m；

型宽： 4.40 m；

型深： 2.50 m；

设计排水量： ～55 t；

设计航速： 19.5 kn；

续航力： 700 n mile/17 kn；

航区： 沿海航区。

3 线型设计

3.1艇型

该艇拟采用高速圆舭船型，以提升阻力性能。

3.2尾型

高速圆舭艇一般采用方尾，方尾能使水流平直有力地脱离船体，减少水流弯曲，降低能量损失；同时尾板相对宽度（尾板宽度/型宽）b/B也是影响高速排水型艇的阻力性能参数之一，b/B值过小，会导致艇剩余阻力系数Cr增大。项目组采用CFD方法对b/B对艇阻力性能影响进行了分析，一定范围内的b/B对艇阻力性能并不“敏感”。b/B在65%，航速低于14 kn时的阻力性能最佳；当b/B在75%，航速大于14 kn时的阻力性能更佳，最终b/B确定为75%。

3.3 浮心位置

对于该型高速圆舭艇来说，浮心纵向位置LCB在船舯后（1～5）%均是合适的。项目组采用CFD方法对LCB位置对艇阻力性能影响进行了分析，LCB在舯后3%，航速大于18 kn阻力性能更佳。该艇最终LCB确定为舯后3%。

3.4 线型

综合前面线型优化的研究结果，该艇线型在母型船基础上进行了适应性修改，修改后的横剖面线型图图1所示：

（1）排水量长度系数C△

排水量长度系数C△=△/（0.1L）3，该系数是影响剩余阻力的重要参数，在一定傅氏数Fr下，剩余阻力直接与C△成正比关系。如增加 C△值，则艇体粗短，兴波阻力增大。可见在既定艇长条件下，重量控制得越好，阻力性能越佳。该艇C△=3.52。在瑞典SSPA圆舭艇 C△=1.96～4.63[1]范围之内，比较合理。

（2）方形系数Cb

通常圆舭艇的Cb比较小，主要是力争艇体瘦削，减少剩余阻力。但Cb过小，将导致B/T减小，湿面积增加，影响阻力性能。故在合理选定排水量长度系数的基础上，适中选择Cb=0.42。

（3）棱形系数Cp

该系数是影响快艇性能的重要参数之一。该艇前体处于较强的兴波区，同时方尾本身又需要较大的排水体积，所以要求艇体两端适度半满，以改善快速性和耐波性。针对该艇航速，棱形系数一般推荐值在0.62-0.65范围，该艇取Cp=0.643，亦属合理。

4 总布置及外部造型

该艇总布置原则：充分利用有限空间、合理布置、通风采光好、使用功能与造型协调统一。船体舱室的划分布置，除了满足结构强度及不沉性之外，还要保证艇良好的浮态。内部装修要求简洁明快，色彩满足船东有关要求，家具摆设紧凑适用，驾驶室视野开阔，保证为船员提供一个舒适的工作、休息环境。

在外观设计上，通过对甲板室及桅杆等外形进行了优化改进，首部增加局部舷墙，使艇的整体外形更加简洁美观，具有时代感，见图2。

5 结构设计

该艇为高速巡逻艇，在保证结构强度的前提下，尽可能减少结构重量。为节省结构重量，本艇甲板室采用铝合金结构，与钢质主船体及机舱棚的连接采用钢铝复合材进行连接。甲板室围壁及甲板采用轻型铝质搅拌摩擦焊接带筋板，在减轻结构重量的同时，又大大减少板架焊接的焊缝数量，从而很好的解决铝质薄板构件焊接变形影响甲板室美观的问题。

为防止结构有害振动，对舵机舱、机舱区域进行了局部振动计算。根据计算，在强度满足规范要求的基础上对舵机舱区域的船底纵骨及肋板结构进行加强，提高该区域结构振动固有频率与激励频率错开的储备。该艇实际使用中船体振动情况良好，艇员工作、生活的舒适度得到保证。

6 船機桨匹配性

小型快艇通常采用高速柴油机，因为它具有体积小、重量轻、转速高、功率大、进气管（下转第页）（上接第页）

道要求空间小、排气背压高、可由两舷排气等优点，使总体设计有较大的灵活性。

该艇采用2机2桨推进，主机选用的是河南柴油机重工有限公司生产的TBD234V12船用高速柴油机，额定转速2 100 r/min，额定功率485 kW。

为使设计艇能得到所需的推力而达到预期航速，船、机、桨之间应有很好的配合，即螺旋桨应与主机功率、转速、船型、阻力和航速相匹配，否则会因匹配不当，功率未能得到充分发挥而造成较大的效率损失。

该艇船机桨匹配考虑如下：

首先，设计上应留有适当储备，该艇设计选择了在主机额定功率的基础上，留有5%的功率储备裕度。

其次，鉴于快艇螺旋桨进速与艇航速基本相同，该艇的伴流系数，根据参考文献[2]实取w=0.03，船身效率取1.0。

第三，受船尾线型以及螺旋桨梢隙比的要求[3]，该艇螺旋桨限制直径0.9 m，根据螺旋桨图谱计算最佳转速，选取齿轮箱减速比2.545，螺旋桨盘面比AE/A0选取了1.05，螺距比P/D=1.17，螺旋桨效率η=0.646，螺旋桨与船身间隙0.18 D，尾轴倾斜度为4.77°，螺旋桨外旋。螺旋桨选用机翼型叶剖面的 B型5叶桨，其具有良好的敞水效率，采用瓦根宁根空泡限界线进行空泡校核，尚有余量，满足空泡要求。

经实船航行试验，在额定转速下主机功率储备为6.2%，最高航速达20 kn，与设计状态基本吻合，说明船机桨匹配性良好。

7 结束语

该型交通巡逻艇快速性、适航性等方面都突出了高速圆舭艇的特点，特别是航速指标在同类艇中具有较强的优势，为我国交通、公务高速船型开发提供了设计经验。

参考文献

[1] 王凌译.高速排水型船的阻力预报及参数研究[M].

[2] 朱珉虎.内河船舶设计手册[M]. 1996.

[3] 盛振邦， 刘应中.船舶原理[M].2004.