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第52章 未来的高速客船

船舶是交通和旅游中最理想的工具,它既有运载量大的特点,又有价格低廉的优势,但也有速度缓慢的不足。为此,世界各造船国十分重视高速度客船的研制与开发。

有的国家规定,航速在22节以上的客船为高速客船。但从船舶技术的观点讲,把航速22节定为高速船也有不科学的地方。从流体力学的角度分析看,船的航速与水的重度有关,即与重力加速度有关。在研究船的阻力时,人们引用了一个无因次量——傅汝德数。傅汝德数等于航速除以船长与重力加速度乘积的平方根,傅汝德数是表示船舶高速性能的一个重要指标。若船的傅汝德数相同,那么船所产生的波形相同,船具有的波浪阻力也相同。

对于排水量型船舶(航行于水面,其重量全部靠水的浮力支撑的船),傅汝德数一旦超过0.3,船的波浪阻力就开始急剧上升。在这种情况下,不管主机的功率增加多大,船速也不会提高,在造船技术上称这种现象为达到波浪阻力界限线。在未达到阻力界限线前,船的阻力主要是水的阻力。超过阻力界限线以后,其阻力主要是空气阻力。由于空气阻力比水的阻力小得多,相对容易克服。故造船专家们想出了各种各样减少水的阻力而得到高速的方法,从而开发出了多种形式的高速船。在高速航行时,仅部分船底接触水面,其重量大部分靠水动力作用而产生的升力支持,当航速达到一定标准时,船体基本脱离水面而滑行的船称为滑行艇。靠船体下水翼产生的升力支持船重,当航速达到一定标准时,船体被抬出水面航行的船称为水翼船。利用高于大气压的空气产生气垫,使船体浮出水面而航行的船称为气垫船。无论哪一种高速船,其傅汝德数都比排水量型船高,有的甚至达到1.

另外,高速船的重量轻是必要的条件,所以一般都采用铝合金和玻璃钢(FRP)等轻型材料,并选用重量轻、马力大的发动机为主机。

水翼船中最早的是水面贯通式水翼船,因其具有自身的稳定性,所以,即使不进行特别控制也能高速行驶。为此,在控制技术不发达的时候,只能建造这种水翼船。但是,水面贯通式水翼船由于自身的稳定又导致了在逆波中航行时运动性能的下降,船体产生的上下加速度使乘客感到非常不舒适。根据挪威的标准规定,人们能承受的船的上下加速度的界限值为重力加速度的0.02倍。但实际上,小型高速客船远远超过这个值。小型高速客船的任务就是运送乘客,所以,其适航性是最重要的基本性能,必须给予充分的保障。全潜式水翼船就是利用把水翼全部浸在水中,几乎一点都不受波浪影响这一特性,来改善高速客船的适航性能。

全潜式水翼船是一种适航性十分优越的船型,得到世界各国的认可和争相开发。最早开发成功的是美国和日本。美国的韦斯特水翼公司制造了“韦斯特水翼25”型船,日本川崎重工业公司建成了“喷水式水翼120”型船。“韦斯特水翼25”的主机是两台功率为735千瓦的柴油机,推进器选用了空气螺旋桨,船体全部用玻璃钢制造。乘客定员180名,航速达40节。川崎的“喷水式水翼120”型船较小,乘客定员仅120名,航速也是40节。

日本三菱重工业公司开发出双体型全潜式水翼船“超级梭400”型船。乘客定员为350名,主机是4台2058千瓦的柴油机,试航速度达到46节,服务航速为38节。由于主机选用柴油机,使得营运成本和维修费用都有较大幅度降低。另外,因双体型比单体型船宽得多,从而加大了有效载荷。双体型全潜式水翼船“富豪尔卡特2900”型船已建成,乘客定员为160名,主机是两台功率为1999千瓦的柴油机,最高航速达49.5节。

混合式高速船是利用两种以上船型的特性混合在一起,而开发出来的混合船型的船。

日本日立造船公司开发的“超级喷水30”型船是利用水翼船和滑行艇两种船型的特点,而制造的一种双体型混合式水翼船。该种船与水面贯通式水翼船一样,也具有自身的稳定性,是一种适航性能很好的船型。其中1号船的乘客定员为200名,主机是两台功率为3675千瓦的柴油机,最大航速38节。另外,该公司开发定员300名、航速36节的大型“超级喷水40”型船和定员为120名、航速24节的小型“超级喷水25”型船也有订单。

日本三井造船公司把小水线面船和水翼船的特点结合在一起,开发出了双体型混合式高速船“超巴卡特40”型。该型船与日立的“超级喷水”型相比,水线面积小,适航性能更好,而且载客量更大。首制船的乘客定员为400名,主机是功率为1925千瓦的柴油机4台,最高航速达40节。

排水量型船全部靠水的浮力支撑其重量,所以,在航行时船的阻力几乎全部来自水的阻力。故船舶专家们就想出了把船体做成又细又长的办法,来降低水的阻力,以求得到高速。一般舰船的长宽比都在8以下,超细长船的都在10以上。如美国的大型高速船“美国”号的长宽比为10,傅汝德数达到0.38.若把这么大的傅汝德数用在一条常规排水量型40米的客船上,只能得到14.5节的航速。也就是说,达到同样高的航速,小型船比大型船要难得多,傅汝德数大得多。只有把船体制成超细长,才能使小型船既能达到高速,又能使傅汝德数降低。

日本石川岛播磨重工业公司就是根据以上理论开发出了高速双体型超细长船(SSTH)。该型船的第一艘船早已造成。该船的长宽(单体)比为21,乘客定员68名,主机是两台功率为445千瓦的柴油机,试航速度为27.3节。此型船的开发成功,为排水量型高速船的发展打下了良好的基础。现在石川岛开发的“SSTH90”型和“SSTH150”型已完成了设计。“SSTH90”型船为3000总吨,乘客定员400名,装载汽车80辆,主机总功率为20580千瓦,航速达42节。“SSTH150”型船的总吨为11000,乘客定员1000名,装载汽车300辆,主机总功率为41160千瓦,航速40节。

英国泰晤士河上航行的水上客车“泰晤士河”型双体船的船长与单体宽之比达到18,乘客定员62名,主机是两台功率为500千瓦的柴油机,最大航速25节。

澳大利亚悉尼的水上客车“江河猫”型船的长宽比高达36,为极细长双体船。该型船乘客定员196名,主机是两台功率为372千瓦的柴油机,满载航速22节。它是一种高节能船,但是使用水域受限制,只能在几乎没有波浪的静水中航行。另外,由于船体太细长,在大风浪中易弯曲,所以,总纵强度要有充分的保障。

澳大利亚开发的双体型穿浪式高速客船也是引世界注目的高速船型。日本从澳大利亚引进了制造技术,现川崎重工业公司和日立造船公司都得到了制造的许可。

穿浪式船的船艏很尖,艏部的排水量很小,航行时用尖锐的船艏穿过波浪,此时,船体不但摇摆小,而波浪对船艏的阻力也小。该种船在短波浪中航行,适航性能特别好,在长波浪中与其他双体船基本相似。在多佛海峡和巴斯海峡航行时也出现过晕船现象。现在正在研究一种特殊专用减摇设备,以提高船在长波浪中的适航性能。

穿浪式高速船中最大的船是英卡特公司制造的74米双体型穿浪式渡船。该型船总吨约为3000,全长73.6米,宽26米,吃水2.7米,主机是4台柴油机,总功率14406千瓦,最高航速45节,乘客定员350名,车辆搭载84辆。现已有数十艘,分别在欧洲、澳大利亚及南美洲投入运营服务。

半潜式双体船又称为小水线面双体船(SWATH)。自美国海军成功开发出“凯玛丽诺”号船后,日本在民用船方面又开发出各种用途的船,如海洋科学调查船、客船等。这种船因为水线面积小,波浪阻力小,极易向高速和大型化发展,是一种适航性能十分优越的船型。日本东海汽船公司的定期客船“海鸥”号,总吨670,乘客定员410名,主机总功率5953千瓦,航速27.5节。这种船与同规模大小的半滑型船相比,主机功率大了很多,其原因可能是船体重量太大所致。如果能解决主机功率大的问题,这将是向大型化发展的一种船型,特别是用做高速车渡船更为适合。

目前,世界上最大的小水线面双体船是芬兰劳马船厂为美国雷迪森航运公司建造的总吨为18400的客船“钻石”号、“红宝石”号及“蓝宝石”号。现在大西洋中运营服务。

近期世界各国相继开发出各种形式的高速客船,每种船都有自己的独特之处。随着科学技术和造船技术的发展,这些高速客船将会更加完善和提高。

人类在很早以前,就向往像天空的鸟儿一样,能够自由自在地在天空中飞翔。空中交通工具的出现,让人类这一梦想成真了。

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