水線面

水線面（water plane），船舶工程術語，是指水平面和船體的截交面。例如：拿一個葡萄酒杯，（鬱金香形狀）慢慢向水裡浸入，當杯底接觸水面，水線面是一約4厘米直徑圓；當繼續深入，杯底進入水後，杯柱相繼進入水中，水線面就是一小圓面；再向下杯體進入水面，水線面就是一個越來越大的圓面。

當艦艇在水中航行，是免不了海浪搖晃影響的。這會影響海軍艦艇觀察，搜尋，射擊等。但是有個訣竅，就是小水線面艦船的受海浪搖晃幅度最小。所以我國的新型飛彈艇就是雙體小水線面船型。

基本介紹

• 中文名：水線面
• 外文名：water plane
• 定義：水平面和船體的截交面
• 套用：雙體小水線面船型
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶總體

基本概念

水線面係數

水線面係數是指與基平面相平行的任一水線面的面積與由船長和型寬所構成的長方形面積之比。常用的是設計水線面係數，反映了設計水線兩端的尖瘦程度。對船的初穩性有較大影響，也與船的快速性有關。通常，低速船該係數較大，高速船則較小。

設計水線面

設計水線面是指通過船舶設計水線(民用船舶通常是船舶滿載時的吃水線)與中縱剖面垂直的水平面，它把船體分為水上和水下兩部分。設計水線面與船體表面的交線稱為設計水線。

面雙體船

船型特點

小水線面雙體船(Small Waterplane Area Twin Hull，SWATH)是由水下左右兩個潛體、寬敞的上船體和連線水下潛體的支柱三部分組成。其原理是將提供船舶大部分浮力的浮體置於遠離波浪干擾的一定水深處，水線處只有截面很小的支柱，減小了水線面面積，而上船體距離水面較遠，降低了波浪對船體的擾動，從而提高了耐波性。

圖1

在相同排水量情況下，與常規單體船相比，通常SWATH船長更小，船寬更大，吃水更深，滿載吃水以下船體濕表面積比單體船大近80%，乾舷更高，如圖1所示。

小水線面雙體船的船體材料一般為鋼質，但也有一些高速小水線面船為了儘可能提高航速而採用鋁合金材料。小水線面雙體船船體通常造型簡單以便於建造，有寬闊的甲板平台，可根據不同的功能要求調整有效載荷布置。水下潛體(或稱下船體)為兩個彼此平行且對稱的流線型圓筒結構，推進器裝在尾部。正常航行時兩個下潛體浸在水中，支柱劃開水面，水下潛體提供小水線面雙體船主要浮力。一般推進傳動機構、穩定鰭的執行機構以及各種液體艙都布置在水下潛體內。支柱橫截面為流線型，將上船體與下潛體連成一個整體。

主要優點

(1)耐波性好。遠離水表面的下潛體占小水線面雙體船排水量大部分，當它在波浪中航行時，所受到的波浪擾動力比常規單體船和常規雙體船小很多。所以，小水線面雙體船的耐波性比同等排水量的單體船好，且橫搖周期長，經實船驗證小水線面雙體船千噸級的橫搖周期與萬噸級的單體船相當，橫向運動小。另外，小水線面雙體船的幾何形狀變化調整空間大，這與單體船是不同的，設計人員可以通過改變下潛體的幾何形狀、重量分布等多種手段，調整小水線面雙體船的垂盪、縱搖和橫搖運動固有周期來避開海區中波浪出現頻率高的周期，從而降低其在海上的運動回響。

(2)推進效率高。小水線面雙體船螺旋槳安裝在水下潛體尾部，螺旋槳工作區域伴流均勻，使得船身效率較高。另外，該狀態下螺旋槳浸深較大，螺旋槳直徑幾乎不受限，大直徑和低轉速螺旋槳的使用提高了推進效率。

(3)寬大的甲板面積。小水線面雙體船其甲板面積比同等排水量的單體船要大很多，這有利於設計人員根據需要進行總體布置最佳化。

(4)操縱性好。小水線面雙體船的水下潛體與支柱相連的結構形成，使得水下側面積大，有效保證了航向穩定性。此外，小水線面雙體船一般為雙槳船，兩個橫向距離較遠的螺旋槳正反轉時產生迴轉力矩較大，故迴轉性較好。

(5)橫穩性好。儘管小水線面雙體船支柱的水線面較小，但由於兩支柱體的間距大具有較大的復原力矩，故橫穩性很好。

主要缺點

(1)縱穩性較差，單體船縱穩心高遠遠大於橫穩心高，而小水線面雙體船因支柱斷面小其縱傾恢復力矩僅為單體船的10%～20%。所以小水線面雙體船的縱穩性也是必須考慮的一個因素。

(2)縱向穩定性較差，小水線面雙體船在較高速度航行時，水動力引起的縱向埋首力矩Monk力矩與其縱向恢復力矩不能平衡，故極易產生縱向不穩定，為此必須增加首尾鰭來平衡。

(3)小水線面雙體船的空船重量與同等排水量的單體船要大，裝載量相對減少。此外，由於水線面面積較小，較小的載荷變化(例如航行中燃油的消耗)會引起吃水的變化較大，這大大增加了技術複雜性和可靠性。

(4)濕面積大，摩擦阻力較大。小水線面雙體船的濕表面積與同等排水量的單體船相比增大80%左右。故小水線面雙體船低速航行時。由於摩擦阻力所占比例較大，其總阻力也較大。

(5)機器設備布置維護與檢修比較困難，主要是因為水下潛體與支柱體內部空間狹小。小型的小水線面雙體船由於其下潛體容積小，難於布置主機，故將主機設於上船體內，通過垂直傳動來驅動螺旋槳，這增加了技術複雜度。

四體船

20世紀90年代洛克希德·馬丁公司在小水線面雙體船的基礎上推出了一種小水線面四體船——“司萊斯” (SLICE)小水線面四體船船型、SLICE船型的基本設計目標是在保持小水線面雙體船原有耐波性能特點的前提下想辦法進一步減小阻力、提高推進效率和航行的舒適性。

圖2

SLICE船型採用四支柱、四下潛體式的小水線麗船型，各下潛體都採用球鼻艏和尖錐艉型；前雙下潛體間距小於後雙下潛體間距，又都採用短支柱，前、後雙下潛體線錯位能降低凱爾文波影響，不儀利於減少興波阻力，而且降低在港灣內航行時對岸壁及其他船隻的影響，這有利於突出小水線面船快速性和耐波性能好的特點；前後四下潛體線型，流線布局，重量分配經最佳化設計，以達到減少阻力，提高推進效率與航速，改善運動姿態的目的，該船沒有舵，船的轉向由左右槳差動實現，下潛體內側配有穩定鰭，與壓載水艙實現綜合控制，可調節船的重量和浮態 該船採用觸屏式船舶運動姿態控制系統，使船在各種海情、航速和工況下均可自動控制，得到最佳的航態，使航行舒適和平穩。與普通小水線面雙體船相比，它具有耐波性和穩性好以及快速性能佳的優點

首制艇“司萊斯”號是一艘小水線面四體多功能公務艇：該艇1997年建成，它的排水量約177 t，總長約32m，前後下體垂線間長約24.9 m，最大寬約16.8 m，上層建築寬約12.5 m，上層建築底部距水面約2.1m，乾舷約3.36 m，吃水約4.3 m（圖2）。該艇在5級海況下，任意航向的航速仍達到30 kn，比設計最高航速31 kn，最多只降低1kn。這為小水線面船在惡劣海況下維持其高航速做出了有益的嘗試、

“司萊斯”號在船中後部有一個有效負載模組，重約50 t，長約17.4 m，寬約13.1m。模組按不同功能設計可以靈活更換，改變成可執行不同任務的公務船、商務船和軍用船。設計中的模組與主結構相連，預留有4個聯結基座及標準機電、管系接口。換上不同功能的模組，該船即可變換成執行緝私、搜救、巡邏、海洋調查、跟蹤監測、港監引水、布標供應等任務的公務船；執行觀光、娛樂、油井支援、浮油回收、潛水作業、高速客渡等任務的商務船；執行警戒、指揮控制、深潛器母船、特種戰、水聲監聽、飛彈攻擊、水雷戰、直升機兩棲戰和靶場服務等任務的軍用船。