高性能船的产生背景、形成和分类

高性能船的产生背景、形成和分类一、高性能船产生的背景新的技术革命厂直在世界船舶运输事业中悄悄地进行着，其影响正席卷全球，人们从一个侧面感受到不可抗拒的浪潮，这就是水运高速化。高性能船(又称为高速船)是水运高速化的主角。高性能船种类繁多，其新船型层出不穷，日新月异，在各类船舶中是新思想最丰富、最有创新、也最富活力的领域。几乎是每隔10年便至少有一种新型高性能船问世：20世纪40年代是水翼船，50年代是气垫船，60年代是地效翼船，70年代是高速双体船和小水线面双体船，80年代是高速穿浪双体船，90年代则是复合船型。如此快的创新速度在其他交通运输工具也不多见。据统计，各国载客的民用高性能船总数达数千艘，固定航线数百条，商业营运的高性能船的平均船龄仅为9．3年。这表明在近10多年内，高性能客船的发展是何等之快。我国内地最早使用高性能船进行客运的是1980年广东省航运部门与香港油麻地小轮公司合作，采用英国侧壁式气垫船开辟的广州至香港航线。由于高速客运对改善投资环境、繁荣经济、促进贸易发展起到了重要作用，经10多年的发展，广东地区高速客运航线已达40余条，投入营运的高性能船超过140艘。不久，我国华东及长江水系、环渤海湾地区、浙江福建沿海和黑龙江水系也相继开辟了高性能船客运航线。1995年我国投入营运的高性能船达到190余艘，1980—1995年投入营运的高性能船年平均增长率为38％。为什么高性能船会进入这般百花争艳、百鸟争鸣的境界呢?社会实践的需求是最大的原动力，科学技术的飞跃发展提供了实现的可能。此时再回顾一下造船的历史颇耐人寻味。“刳木为舟，剡木为楫’’是最原始的水运工具。史书记载武王伐纣时姜尚率47艘筏船运送4万余士兵从孟津横渡黄河灭商，反映了当年军事行动的需要和当时技术水平的结合。人们学会了利用风力驾船后，始有郑和率庞大船队下西洋，哥伦布发现新大陆，麦哲伦环游世界，凡此种种，为航海事业创立了伟绩丰功。18世纪出现了铁质船体，随后蒸汽机的应用和螺旋桨的发明更促使船舶事业产生了新的飞跃，20世纪的造船业绩是人类技术发展史上的骄傲。现在已经没有必要再强调船舶运输的重要性了，因为它对人类文明发展的作用是不言而喻的。海洋占全球面积的71％，现代世界贸易的货物量85％是靠海上运输的，世界各大城市60％位于海岸边上或距海50km以内，世界人口约三分之二居住在沿海80kin以内，内陆城市大部分在大河两岸。水运的载重量之大是其他运输方式所无法比拟的，海运航道的通过能力极大，即使是内河通过能力也是非常惊人的，一条多瑙河相当于19条铁路，一条莱茵河相当于0条铁路。海上运输燃料省，以平均每吨货物运输1km所消耗的燃料折合标准煤计，船舶运输为2kg，火车为12kg，汽车为40kg，航空为800kg。水路运输的成本显著低于其他运输方式，美国内河运费约为铁路运输的四分之一、公路运费的十五分之一，海运运费比内河的更低。水运建设投资比铁路、公路、航空低，天然航道不占土地。海洋除交通运输外，还具有更重要的意义，辽阔的海洋有丰富的资源，包括渔业的生物资源、化学资源、矿物资源等，人们正日益重视海洋资源的开发和利用。综上所述，海洋对我们有着极其重要的政治、经济、军事意义，船舶则是维护国家主权、海洋权益、发展经济必不可少的工具。船舶运输虽然有运输量大、通航能力大和经济性好的特点，但常规船舶航速太低，且在波浪上航行时，不论是人员的舒适性还是船的运行使用均受到较大制约，不能适应现代水运事业的要求。当今世界经济格局发生了深刻的变化，世界贸易货物组成也发生了变化。二三十年前不发达国家输出原材料，发达国家加工后输出成品。为了降低运费，数量很大、价格低廉的原材料只能用船舶运输，只有少量价格高昂的产品才由飞机运输。从今天和将来预计的来看，欠发达国家将就地利用原材料加工制造产品，而发达国家输出资金和技术，输入的是半成品或成品。这将导致海上运输货物结构的变化，从而迫切需求运输速度快而价格介于海上常规船舶运输与飞机运输之间的运输工具，以适应货物结构的变化。这就是水运高速化的强烈呼声，也是推进高性能船发展的原动力。二、高性能船的分类数千年来，船舶虽然有了很大的发展，但一直离不开阿基米德原理，始终依赖静浮力支承船重。水的密度是空气的800倍，在同样情况下阻力也将是空气中的800倍。而且船在水气界面上航行，会兴起波浪，这一由兴波而引起的阻力一般与航速的6次方成正比，因此提高船舶的航速确有难度。然而在需求原动力的牵引下，同时在船舶相关科学技术进展的激励下，经过人们的不断探索，提高航速的努力终于有了突破性进展，高性能船的应运而生便是其主要标志。高性能船的发展，不仅取决于先进的船型，而且依赖于轻型大功率发动机、高效的推进方式、灵巧可靠的运动控制系统、轻质高强度新材料和完善配套的设备装置等。这些在半个世纪以来都日趋成熟，是高性能船诞生和发展的技术保证。三、高性能船的分类高性能船的分类方法有两种：一是按照船的流体力学支承原理来划分，可以分为水浮力型、水动升力型、气垫压力型、空气动升力型和复合型等五类高性能船；二是按照船身布局来划分，可以分为单体船、双体船和多体船等三类高性能船。现按照第一种分类方法，对各类高性能船作一概括。(1)水浮力型高性能船这种高性能船虽与常规排水量船相似，利用水的浮力支承船的重量，但为减少水的阻力和波浪的干扰，其船体形状(因而浮力分布)不同于甚至大大不同于常规船。属于这种高性能船的有圆舭型船、深V型船、高速双体船、穿浪双体船和小水线面双体船等。(2)水动升力型高性能船利用高速运动的滑行面或水翼所产生的水动升力支承船的重量，其优点是升阻比高。滑行艇和水翼船就是这种类型的船。(3)气垫压力型高性能船依靠船底下封闭气垫的静压力，把船体抬离水面以减少水的阻力。这种高性能船称为气垫船，主要分全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种。(4)空气动升力型高性能船这种高性能船就是地效翼船，它凭借其翼化船身贴近水面高速运动时产生的水面效应，获得很高的气动力升阻比，能作超高速贴水(但不触水)航行。(5)复合型高性能船将上述两种(或多种)流体力学支承原理加以复合而形成的新型高性能船，它兼有原型之长，而无原型之短，如水翼双体船、水翼潜体船、气垫双体船等。各种高性能船由于采用的流体力学支承原理不同而具有不同的特点。例如地效翼船的超高速，全垫升气垫船和地效翼船的两栖性，自控深浸水翼船和小水线面双体船的优良耐波性，等等。正因为如此，各种高性能船也有各自的不足之处，在进行方案设计时必须对航行水域环境、使用要求、技术现状等关键问题进行综合权衡和全面考虑，实事求是、扬长避短地选择最合适的船型。从这个角度讲，将两种或多种船型原理杂交而成的复合型高性能船，博采了各家之长，克服了各家之短，是近代高性能船的发展方向，是21世纪极有希望的新船型。