【文章內(nèi)容簡介】 （212）四個(gè)特征根凡是由水動(dòng)力系數(shù)決定的,所以小水線面雙體船的縱向運(yùn)動(dòng)的固有周期!半衰周期和阻尼比也取決于方程(3一12)中各水動(dòng)力系數(shù)和恢復(fù)力系數(shù)通過設(shè)計(jì)合適面積的首尾穩(wěn)定鰭的目的就是改變船體的水動(dòng)力系數(shù),從而達(dá)到使船體具有合適的固有周期!半衰周期和阻尼比的值,以提高小水線面雙體船在波浪的運(yùn)動(dòng)性能相反的,通過對三個(gè)縱向運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)的比較,可以對各個(gè)穩(wěn)定鰭尺寸和位置方案的優(yōu)劣衡量提供一個(gè)數(shù)字指標(biāo) 航速對SWATH船縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響 穩(wěn)定性判據(jù)的簡化——單一的 e0判據(jù)按式(25)判定SWATH的穩(wěn)定性相當(dāng)繁?？紤]到SWATH的水線面積較小的特點(diǎn)，是否有可能使式(25)中的基本條件得以自動(dòng)滿足，從而使判據(jù)簡化。為此進(jìn)行了SWATH6A實(shí)船的縱向穩(wěn)定性計(jì)算，其中穩(wěn)定鰭采用的是平面形狀為矩形的NACA0015鰭型。 SWATH6A的主要參數(shù)排水量/t2802水線長/m水線面積/m2主體長/m主體最大直徑/m吃水/m支柱最大厚度/m片體中心距/m重心縱向位置(距主體首端) /m重心垂向位置(距基線)/m橫穩(wěn)心高度/m縱穩(wěn)心高度/m橫向慣性半徑/m縱向慣性半徑/m 穩(wěn)定鰭的主要參數(shù)鰭名稱展長/m弦長/m最大厚度/m面積/m2安裝位置/m前鰭3．112．590．398．05后鰭5．364．480．6724．01注：安裝位置是鰭軸到船重心的距離。 SWATH6A的外形圖計(jì)算SWATH6A船在各種狀態(tài)下的穩(wěn)定性參數(shù)，包括裸船體不同航速，安裝不同尺度尾鰭，尾鰭縱向位置變動(dòng)，以及安裝不同尺度組合的首鰭和尾鰭。作為例子，表 出了“SWATH6A 裸體船體在不同航速時(shí)的穩(wěn)定性參數(shù)值。表中，，，.、為特征方程(24)的系數(shù)。表中也給出了特征方程(24)的四個(gè)特征根的值(，)。，尾鰭的縱向位置均在距船重心約25米的下潛體中后部，航速均取節(jié) 。鰭編號以各船的l 鰭為標(biāo)準(zhǔn)鰭，按縮尺編號， 。如SWATH6A 1后鰭的尺寸為:展長 ，,。以后所有的如此表達(dá)都具有同樣的意義。 “SWATH 6A”不同尾鰭的穩(wěn)定參數(shù)（航速為30節(jié)）鰭尺度裸體鰭面積/下體投影面積0%%%%%12%臨界速度（節(jié)）20判斷穩(wěn)定性不穩(wěn)穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)不穩(wěn)不穩(wěn)注：。，當(dāng)時(shí)，B，,以及A值均大于零，相應(yīng)的四個(gè)特征根都有負(fù)實(shí)部，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。反之，當(dāng) e0時(shí)，則至少有一正實(shí)部的特征根，運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)。從計(jì)算結(jié)果看，對裸船體而言，除值外，其他各項(xiàng)穩(wěn)定性判別系數(shù)還未出現(xiàn)小于零的情況。這可能是因?yàn)镾WATH的水線面積很小，系數(shù)、的值要比質(zhì)量M和質(zhì)量慣性矩小得多，故系數(shù) a、b均大于零。若將中各系數(shù)展開，也可用類似理由解釋。至于0，則由于項(xiàng)數(shù)太多，難以從直觀上解釋清楚。，當(dāng)鰭面積不太大時(shí)，仍可作為唯一的穩(wěn)定性判據(jù)；而鰭面積超過一定值后，即使，也會(huì)出現(xiàn)0的情況，使運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)。這可能是因?yàn)槲馋捗娣e增大后不僅使增大，從而使增大，而且也使運(yùn)動(dòng)方程中的水動(dòng)力系數(shù),發(fā)生變化，相應(yīng)地使特征方程的其他系數(shù)均發(fā)生變化。計(jì)算結(jié)果表明，隨著尾鰭面積的增大，特征方程和系數(shù) a、b、c、d都是增大的，其中b值增加得最顯著，故而便值也增大，而則減小，當(dāng)鰭面積過大時(shí)由于此項(xiàng)小于零而失穩(wěn)。因而從縱向穩(wěn)定性考慮，尾鰭面積應(yīng)有一最大限制值。SWATH6A船的計(jì)算表明此限值約為水下船體投影面積的10%。只要尾鰭面積不超過此值，采用作為縱向穩(wěn)定性的唯一判據(jù)仍是可行的，通常實(shí)用尾鰭面積不會(huì)大到超過此值.首鰭對穩(wěn)定性帶來的不利影響，因而通常不單獨(dú)安裝首鰭，但可以與尾鰭同時(shí)使用，構(gòu)成組合鰭 。如果再加裝首鰭，只要鰭面積不過大，仍可采用作為穩(wěn)定性判據(jù)。通常首鰭面積都比尾鰭小，故尾鰭不過大，首鰭亦不會(huì)過大?！癝WATH 6A”。相應(yīng)的1 ，,，其面積顯然比該船1 尾鰭小， 。，e0作為縱向穩(wěn)定性的唯一判據(jù)依然是可行的。 “SWATH 6A”首尾鰭在不同航速的穩(wěn)定性參數(shù)航速2930313235321341352362373384448特征根 臨界速度（節(jié)）判斷穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)不穩(wěn)注：；。總之，以上SWATH6A船在各種狀態(tài)下的縱向穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，均表明在工程應(yīng)用中可以采用e0代替式(25)作為SWATH 的縱向穩(wěn)定性判據(jù)。穩(wěn)定性判據(jù)的這一簡化不僅使穩(wěn)定性判別簡便和計(jì)算簡化，而且也更便于分析各種因素對縱向穩(wěn)定性的影響。 臨界穩(wěn)定航速，可以將作為SWATH船的縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性判據(jù)。將帶入即可得到： （213）由于，因此，（213）式又可表示為： （214）將恢復(fù)力系數(shù)的表達(dá)式帶入式（213），得： （215）式中，第一項(xiàng)為靜縱向恢復(fù)力矩，第二項(xiàng)為Munk力矩，第三項(xiàng)是由粘性升力引起的力矩，第四項(xiàng)是鰭所引起的縱向力矩，它們各自乘以縱傾角即分別表示相應(yīng)的縱向力矩。將恢復(fù)力系數(shù)、和的表達(dá)式帶入第五項(xiàng)，可得到：（216）再把（216）帶入（215），得 （217）只要支柱不是嚴(yán)重的不對稱于平面，水線面面積矩與面積之比就是小量。靜縱向恢復(fù)力矩項(xiàng)相比是高階小量；對裸船體，它們的比值,對帶鰭狀態(tài),?？梢娫谑?214)中忽略最后一項(xiàng)不會(huì)對縱向穩(wěn)定性的判別帶來明顯影響。式(217)中的第三、四兩項(xiàng)均與速度平方成正比，但通常第四項(xiàng)的值比第三項(xiàng)要小得多，因?yàn)榈谒捻?xiàng)中的積分值是下體在xoy平面上的投影面積對Y軸的矩，只要下體不是明顯地不對稱于Y軸，其值不會(huì)很大，加之粘性升力系數(shù)值變化不大，而第三項(xiàng)中的升沉附加質(zhì)量卻是大體上與排水量的值相當(dāng)。故隨著航速增加，第三項(xiàng)munk力矩的迅速增大是縱向失穩(wěn)的主要威脅。由于第一項(xiàng)靜縱向恢復(fù)力矩是不隨航速改變的，所以隨著航速增大，SWATH的失穩(wěn)危險(xiǎn)顯著增大。當(dāng)然鰭的影響項(xiàng)即式(217)的第五項(xiàng)亦是隨船速的平方而增大的，可見尾鰭是抑制縱向失穩(wěn)的有效措施。 根據(jù)式（217）可以求得，SWATH船發(fā)生縱向運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)的最小航速，即臨界航速可被表示為： (218)對工程應(yīng)用中可以進(jìn)一步簡化式(218),從(215)可知當(dāng)忽略項(xiàng)后臨界航速可表示成： (219)在工程應(yīng)用中,上式可以很簡潔地計(jì)算出臨界航速.對于未裝鰭的船，式（218）中分母第三項(xiàng)為零。在速度小于臨界航速時(shí)各穩(wěn)定性參數(shù)均為正值，而航速一旦超過臨界航速，穩(wěn)定性參數(shù)中即出現(xiàn)負(fù)值，相應(yīng)的特征根有正實(shí)部，運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)。因而，也可以用式(218)計(jì)算的臨界航速來判斷SWATH是否失穩(wěn)。這種判斷方法對工程實(shí)用來說顯得更直觀，它可以給出某確定狀態(tài)的SWATH不喪失穩(wěn)定的最高限制航速。 航速變化對縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響為了分析航速變化對SWATH船縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響。 裸體SWATH6A對應(yīng)不同航速的穩(wěn)定特性航速/節(jié)510152025運(yùn)動(dòng)周期/秒垂蕩9縱搖不穩(wěn)定阻尼比垂蕩縱搖不穩(wěn)定半衰周期/秒垂蕩3548縱搖不穩(wěn)定臨界航速： 21節(jié) SWATH6A安裝1前后鰭時(shí)對應(yīng)不同航速的穩(wěn)定特性航速/節(jié)510152025303540運(yùn)動(dòng)周期/秒垂蕩縱搖2636111———阻尼比垂蕩縱搖———半衰周期/秒垂蕩14—縱搖6——臨界航速：43節(jié)注：；；“—”表示過阻尼情況。，裸體船隨航速的增加垂蕩運(yùn)動(dòng)性能是逐漸變壞的，其中垂蕩半衰周期惡化最嚴(yán)重，縱搖運(yùn)動(dòng)性能則是逐漸變好的，但是當(dāng)速度超過臨界速后便產(chǎn)生失穩(wěn)。安裝穩(wěn)定鰭后SWATH船的