TSL-日本新型超高速船型的开发.docVIP

TSL--日本新型超高速船型的开发　　日本政府为了进一步提高各造船企业在高速船设计与建造方面的技术能力，作为国家项目实施了新型超高速船(简称TSL)的船型开发研究项目。其目标是开发能达到船速为每小时50海里，载货量为1000吨，续航力为500海里，并能在6级海况中安全航行这4项基本指标的高性能船。这个项目从1989年度开始至1995年度结束，历时长达6年，由运输省协调与指导，日本 7大重工企业参加项目并分头实施，旨在确立TSL新型超高速船的船型概念和设计与建造的基础技术。这7家公司是：　　(1)三菱重工业株式会社；　　(2)石川岛播磨重工业株式会社；　　(3)川崎重工业株式会社；　　(4)住友重机械工业株式会社；　　(5)日立造船株式会社；　　(6)日本钢管株式会社；　　(7)三井造船株式会社。　　根据传统的造船理论 ，船体总重量越大，船速就越小，而船速越快，船体总重量则要求越小。如果船速为每小时50海里，船体总重量不能超过400吨，扣除了燃料的装载量，载货量大约只剩下总重量的1/3～1/4左右，与1000吨的目标值相比相差甚远。因此，TSL船型不能是传统技术的延伸，必须是具有划时代高性能的船型。为了确立这种高性能船的设计与建造技术，围绕如下4个课题推进TSL的研究：　　(1)新的优良船型概念的开发；　　(2)轻型且合理的船体结构的开发；　　(3)大功率喷水推进装置的开发；　　(4)船体姿态控制装置的开发。　　TSL新船型开发项目推进的计划是，在前半期1989年度至1993年度的4年间，完成试验水槽 、理论计算等要素研究；后半期完成要素研究的综合验证、新船型的综合评价、大型缩尺模型实验船的设计、建造和实海域航行试验。实际上，在1993年度，缩尺实验船的设计与要素研究已同时进行了，到1995年度结束时，完成了实海域的航行试验。　　一、TSL船型概念的选定　　1.传统船型概念的特征　　目前较多使用的排水型船舶属于浮力支持方式 ，是低航速运输大量货物和石油的最经济的船型。如果增大船速，排水型船舶的阻力成分中 ，摩擦阻力与粘性阻力与船速的2次方成正比地增大，另外，兴波阻力增大得更快，这样高速航行时，必须大幅度地增加驱动马力。 因此，从经济方面讲，排水型船舶的高速化受到限制。另外，排水型船舶受到大的波浪外力时，发生激烈的摇摆 ，其适航性也十分有限。　　水翼船在正常航行时主要靠水翼产生的动升力支撑船的重量 。当水翼完全浸入水中时，船体被支撑在水面上，几乎不受外力 ，而且水翼对波浪的衰体浮力与全浸水翼的动升力支持船体 ，装载货物的上部船体脱离与水面的接触而位于空中，下体及水翼上部船体由截面很小的片体连接 。这种船型耐波性得到了提高，但必须增加姿态自控系统才能控制船体的摇摆。因此，TSL-F可以成为波浪中摇摆小、航速高且耐波性优良的船型。　　推进方式采用了燃气轮机驱动的喷水推进方式，这是因为在高船速域 ，喷水推进方式比普通螺旋桨方式效率更高。为了减轻重量 ，上部船体采用耐蚀性铝合金，强度要求高的水翼、下体和片体则选用不锈钢。　　3.气垫双体复合船型(TSL-A)　　如图2所示，这种船型，是由提供浮力的两侧船体、船首与船尾的密封围裙以及联接桥(联接两侧船体的上部船体) 构成，船体可在气垫作用下半浮在水面上航行。控制波浪中摇摆的方法主要靠 稳定鳍控制低频摇摆和用气压格栅窗控制高频摇摆，从而提高适航性。推进方式与TSL-F相同，也采用燃气轮机驱动的喷水推进系统，船体采用重量较轻的耐蚀性铝合金。　　二、研究开发的简况　　1.要素研究　　TSL项目从以下几个方面着手研究：(1)整体系统的综合研究；(2)船型性能的研究；(3)船体结构的研究；(4)新材料的研究；(5)推进传动系统的研究；(6)姿态控制系统的研究等。由7大造船企业的研究机构协作完成。　　TSL—F船型的自动回复性差，不能简单地进行水槽内的自航试验 。在船型性能研究的初期，实施了单人手动操作长度约4米的缩尺模型船进行水面姿势控制的试验。试验检证了这种船型概念，而且其上部船体的离 、着水性能、操作性能和耐波减力大，可以减低船体的摇摆，提高适航性。水翼的升力与速度的2次方成正比，提高船速时，采用使水翼小型化的方法，不会增加其阻力 ，即其阻力与速度无关，与升力成线性关系。因此，从阻力的角度来看 ，水翼船适合于高速船型。但是，船大型化时，与排水型船相比，阻力变大。 另外，单位面积的翼面荷重也有限，所以，升力支持方式船的大型化受到限制。　　气垫支持方式是将船体通过空气压力浮在水面上航行 。气垫船在高速航行时，兴波阻力小，空气的润滑作用使摩擦阻力大幅度降低 ，但是船体紧贴在水面上，易受波浪的影响，适航性难以改善。气垫对船体重量的支持力 ，与气垫的