开题报告
三体船
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
在很久以前，印度尼西亚人为了提高独木舟的稳性，曾在独木舟的两侧各安装一个小型的舷外浮体，这两个浮体通过两根横向布置的竹竿和中间的独木舟连在一起，这就是多体船的雏形。在小型风帆船中，多体船概念已应用多年。
由单体船发展，将船体改设计成两个关联的细长片体降低了兴波阻力获得较高的航速，于是有了高速双体船的船型概念该型船较适用，于沿海高速客运不太适应内河航道，因其生成的尾浪大需要的回旋半径大易掀翻其周围的小船。为提高船舶的耐波性能，为取得更高的航速，澳大利亚新南威尔士大学的学者于20世纪末开发了一种超细长双体船其两个片体各长35米，宽仅1米（单体船船体的长宽比一般不超过10），长度排水量系数约为11.2（即整个船体的长度值除以排水体积的立方根值之数，该数显示船体的肥瘦程度）用335千瓦功率的柴油机2台推动61吨排水量的船，航速达到23海里/小时，快速性能极佳，开发成功后不久，有6艘此型船下水。
1998年8月，英国国防部(MOD)与沃斯伯·桑尼克罗夫(Vosper Thornycroft)公司签订合同，设计和建造一艘长约100米，宽20米，排水量为1000t~1300t，主机功率5MW，最大行组22kn的三体船。该船1999年开工，2000年8月交船并命名为“RV Triton”(研究船“海神”号)，见图。建成后至2002年9月的两年时间里完成了实船的各种性能和船体结构强度方面的航行实验，以及海上补给与舰载直升机的起飞与着陆试验。现代高速三体船设计不仅是为了提高船舶的稳性，三体船还具有其他的许多优点，如：宽敞的露天甲板、能降低高速航行时的兴波阻力、耐波性能好等。
在改善船舶航行性能的同时，新的船型不断出现，如为了提高其他性能，在小水线面船的基础上派生了四体船；在三体船的基础上，又派生出五体船等。
Daniel Tollet最早提出了四体船设计概念，并于1990在法国主持建造了第一艘四体船“Alexander”号。它长17.5m，重13.5吨，由四个300马力的发动机推进，航速达到了60节。“Alexander”号在法国地中海沿岸航行了五年，运载了大量的旅客。
20世纪90年代，人们进行了对各种尺寸四体船的设计。法国的大型钢铁企业SOLLAC看到了高强度钢质大型四体船的市场，于是赞助122~175m长的四体货船的设计工作。26m长的四体货船“Roxelane”号在法国建成，并在加勒比海的马提尼克成功试航。它的设计航速只有30节。美国的营造商在诺福克的Moon Engineering公司订购了另外一艘26m长时速高达50节的铝质四体渡船。
“Alexander”号四体船设计概念是在常规双体船的基础上，进一步提高船舶的快速性，扩大甲板面积和增大船舶的吨位，使之向大尺度船舶发展。由于片体形状为瘦长的窄楔型，并采用相互平行的并列布置形式，使四体船不仅在高速时具有较低的兴波阻力，同时具有更好的横稳性。在相同的排水量的情况下，它的吃水可以做到比单、双体船都要浅，适合于浅水道航行；同时尾流很小。此外，与双体船相比，四体船的抗沉性与破舱稳性都能得到进一步的提高。在推进方面，对于平行孤立的4个片体，螺旋桨能够获得均匀的水流，提高了螺旋桨的工作效率。这种形式的四体船，不适合在较低速度航行，因为低速时兴波阻力占总阻力的比重不大，主要为摩擦阻力。显而易见，四体船的湿面积较大，而且四个片体彼此排列较紧密，会阻碍水流和气流畅通，而且无论对于粘性阻力还是对于性波阻力都必然存在强烈的不利干扰，从而增加阻力。
在布置方面，由于片体内的空间狭小，很难布置足够功率的主机，因此限制了四体船航速的提高与优势的发挥。向大型化发展的并列四体船将是必然的趋势。
1998年，美国海军开发建造了一艘用于海上巡逻的新型小水线面高速四体船，命名为“海飞削”号（SEA SLICE）。在纵、横两个方向上，它的片体采用错位布局并通过四个支柱支撑上平台，构成小水线面四体多功能公务艇。
该船是由洛克希德••马丁公司按照美国海军研究署（ONR）的“先进技术演示开发计划”（ATD）开发并投资，从1993年起开始概念设计和进行模型试验工作。由夏威夷
太平洋海事服务公司承担实艇建造，1994年底，在珍珠港船厂的41号的船台上开工铺底，1996年11月下水，1997年完工开始试航，共花了4年时间，进展颇为迅速。1998年—1999年间继续进行扩大功能试验，其中包括军转民试验，并宣称建造300客位的军转民小水线面四体渡船需要花费800万～1000万美元，与常规渡船不相上下。
根据不同功能模块的设计与灵活更换，这种小水线面四体船不仅可作为执行缉私、搜救、巡逻、海洋调查、跟踪监测、港监饮水、布标供应等任务的公务船，而且可作为旅游观光、娱乐、油井支援、泄油回放、潜水作业、高速客渡等用途的商务船，也可作为执行警戒、指挥控制、有人/无人潜器母船，特种战、水声监听、导弹攻击、战、直升机两栖战和靶场服务等任务的军用船。
四体船与三体和五体船有着极大的不同。它设计独特，是一种高速、浅吃水、航行平稳、尾流很小的高性能船舶。四体船的四个窄楔形船体，可以产生水动升力，并且在船体间的窄带空间里还可以由空气动力产生附加的升力，因此推进器的需求功率可以比普通船舶小得多。另外伴随着气动升力，气体在船底可以产生气垫来减小阻力。四体船的四个船体并排展开，这样它就有更好的可靠性和幸存机会，因为一个船体出了问题并不会很容易的传到其它的船体。
在推进方面，四体船在四个船体上布置2个螺旋桨，因此比同排水量的单体船和双体船需要的推进功率较小。但对较小的四体船来说，较低的船体太狭窄，所以很难在两个船体上布置足够的功率，不过对
于大型的四体船则不存在这个问题，因为功率密度随着功率的增加而迅速增大。对于小型四体船可以采用舷外侧发动机，这样就避免了在狭窄船体上布置动力的难题。
在阻力方面，一般认为：四体船的湿面积较大，必然会产生很大的摩擦阻力；四个船体彼此排列较紧密必然会产生强烈的相互影响力和多余的阻力；另外船体间距较小，也会阻碍水流和气流从而增加阻力。其实不然，四体船的四个及其狭长的船体有着尖角而且没有侧翼，这样就会受到非常小的兴波阻力。水动和气动升力也会减少浸没水中的船体表面积。船体间的气体压力也可以减少波浪的产生和波浪阻力。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
四体船侧体横向位置b变化对横倾复原力臂GZ曲线的影响。
主要解决的问题：推导出四体船大倾角稳性计算公式，代入各侧体主尺度，求出大倾角稳性。
三、研究步骤、方法及措施：
先出四体船大倾角稳性计算公式，考察各侧体主尺度的改变对大倾角稳性的影响。
四、参考文献
船舶设计原理
船舶设计实用手册
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