荷兰高性能斧刃船艏

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  斧刃船艏(axe bow),顾名思义就是形状像斧头的船艏,是近几年出现的一种新型船艏形状,主要用于改善船舶在高速下的适航性,同时可以减少航行阻力。其实从一战时称霸海洋的“无畏”舰身上就可以看到斧刃船艏的影子。设计者采用了近平直立的船艏设计,以减少航行阻力,使庞大的“无畏”舰相比于常规舰艏外飘战舰,能够保持航速上的优势。
  近期兴起的斧刃船艏是20世纪90年代设计,由荷兰达门公司主导开发的,其开发过程则可以追溯到“放大型舰艇概念”(ESC)的开发上。
  
  放大型舰艇概念
  
  当前快速补给船、调查船、救生艇等对速度的要求越来越高,并需要在各种海况下作业。此时船舶在静水中的性能已不能作为主要衡量标尺,在波浪中保持高速和平稳成为重要的考量因素。
  1995年达门公司和代夫特大学共同开展了一项研究,考查加长船体对船舶性能的影响。达门公司一艘26米长的巡逻艇被作为母船,然后分别加长25%和50%,同时保持功能(舱室、上层建筑、航速等)不变,形成两艘“放大型舰艇”。研究小组针对三艘舰艇进行了多方面的测试,包括建造成本、运行成本(主要是燃料)、运输效率、可操作性(如耐波性)。
  “放大型舰艇”在运输效率和可操作性上均获得较大提高,操作成本因为航行阻力的减小也有所下降,建造成本仅受长度增加的影响(因为加长部分是空的),因此从总体来看,舰艇从船体的加长中是受益的。
  
  为了进一步改善耐波性。1997年,在为安的列斯群岛和阿鲁巴岛海岸警卫队建造巡逻艇时,达门公司将35米的常规设计加长到了42米。同时,研究人员根据对船舶纵摇运动的分析发现,当船艏所受浮力较小且在纵摇过程中浮力变化平缓时,船艏的垂直加速度也将缓慢增减,也就是说船艏的上下起伏会比较平缓。于是,他们对艏部进行了优化,减小了船艏入水截面积,保持船艏横截面为窄V型,水线以上部分的外飘尽量小。这样纵摇不再剧烈,但纵摇的幅度可能变大,因此又将船艏加高,防止甲板进水,同时船艏吃水加深,避免砰击。
  以上两艘舰艇在水池中进行了试验,从垂直加速度测试的结果来看,艏部优化后舰艇的耐波性更好。
  
  斧刃船艏
  
  对“放大型舰艇”船艏的改进可认为是一次探索,而斧刃船艏则是这种探索的一种极端版本。
  2003年,由达门公司领导,代夫特大学船舶水动力学系、荷兰皇家海军、美国海岸警卫队、荷兰海事研究所、达门公司谢尔德海军船厂、达门公司高速和海军舰艇部参与,对改进放大型A艇、穿浪型B艇和斧刃船艏型c艇三种船舶进行了适航性测试。
  试验表明,B艇静水阻力较小,但船头进水过多。C艇垂直加速度比A艇减小50%,而A艇已经比常规型艇减小了50%。35节航速时,C艇比A艇阻力减小5%。受到尾部侧浪冲击时,c艇较容易保持航向。
  
  为了不破坏水动力学特性,斧刃船通常较为细长和轻快,这意味着相比于同长度的常规船型,其可用空间要小,50米长的斧刃船大体相当于43米长常规船型的装载能力。设计人员还优化了船底轮廓和附属设备,消除了转弯与操舵问题。
  2006年2月,达门公司设计的第一艘采用斧刃船艏的试验船进行了海试。实验人员表示:面对汹涌而来的海浪,斧刃船艏仅仅缓慢抬起,且不会急速升降:船艏也未脱离水面,因此没有造成砰击,船舶适航性良好。
  目前,达门公司采用斧刃船艏开发了FCS系列快速人员输送艇,已在墨西哥、克罗地亚、新加坡、马来西亚等国投入使用。FCS系列主要有以下几种。
  FES-3307艇,长33.5米,宽6.8米,侧高3.3米,甲板面积为65米2,载重40吨,乘员8人,乘客70人,航速28节,全铝制造。
  FCS-3507艇,长33.95米,宽7.33米,侧高3.3米,甲板面积120米2,载重40吨,乘员6人,乘客30人,航速28节,全铝制造。
  FC-5009艇,长50.3米,宽9.2米,侧高4.2米。甲板面积为230米2,载重250吨,乘员6人,乘客100人,航速26节,钢制船体,铝制上层建筑。
  目前,达门公司正致力于将斧刃船艏应用于游艇和巡逻艇,更新颖的船型概念也被提出,在不久的将来必会有一艘全副武装的“利斧”在海上劈波斩浪。
  
  编辑/严晓峰
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