对高速船舶尚无严格的定义,一般可从下列不同角度做出限定。
①从历史发展角度定义。高速船舶最初是从常规排水型船舶的基础上,通过采用多种特殊技术演变而来,并以其速度远高于常规排水型船舶而得其名。为了对其加以区别,于是采用与船舶航速密切相关的傅汝德数作为限定的依据。傅汝德数的数学表达式为:
式中,
为船舶航速,米/秒;
为重力加速度,米/秒2;
为船舶长度,米。一般认为,当傅汝德数
0.4时,即为高速船舶。
②从国际海事组织规定角度定义。国际海事组织在高速海船安全法中规定当


时,称为高速船舶。式中
为船舶航速,米/秒;
为船舶满载排水量,立方米。
③从习惯与现实条件角度定义。一般常规排水型船舶的航速均在15~25节范围;高速船舶航速为30~40千米,有的甚至超过80千米。为此,人们通常将航速大于25节的船舶统称为高速船舶。
此外,为促进高速船舶的发展,中国船级社《海上高速船入级与建造规范》对高速船舶亦做出相应的定义。
高速船舶种类繁多,基本技术原理和特征各异,是当代船舶技术与造船工程领域中新概念、新思想最丰富,最具创造性和最富有活力的领域之一,并仍在不断的发展之中。一般可按下列两种方法进行分类,并简述其基本技术特征。
高速船舶在水上航行时,按照船体重量支承方式的不同,船型分类划分如下:
①浮力型高速船。浮力型高速船主要有高速单体船、高速双体船、小水线面双体船等多种类型。尽管它们和常规排水量型船舶船体重量的支承原理相同,但为了减小阻力实现高速航行和提高船舶在风浪中的耐波性,船体外形与常规排水型船舶存在较大的差别。
②水动升力型高速船。水动升力型高速船主要有滑行艇和水翼船两种类型。此类船舶船体重量的支承力是由滑行面和水翼在运动时高升阻比的水动力升力所提供。
③空气静压力(气垫)型高速船。空气静压力(气垫)型高速船主要有全垫升式气垫船和侧壁式气垫船两种类型。此类船舶船体重量的支承力是由封闭气垫的静压力所提供。若封闭气垫的静压力将船体全部抬离水面,则构成全垫升式气垫船;若封闭气垫的静压力将船体底部部分抬离水面,则构成侧壁式气垫船。它们主要是通过减少船体水的浸湿面积及波浪干扰而实现高速航行。
④空气动升力型高速船。空气动升力型高速船主要指掠海地效翼船。它是一种介于飞机和船舶之间的“表面效应飞行器”,当船体和机翼在贴近水面高速运动时,高升阻比所产生的空气动升力,使掠海地效翼船在波面0.5~3.0米或更高的高度上平稳掠飞,实现高速航行。
⑤复合型高速船。复合型高速船是将上述各单项技术经相互渗透、杂交演变而成。如将双体技术与水翼技术相结合,可构成双体水翼船;将双体技术与气垫技术相结合,可构成双体气垫船等。
各类高速船舶的基本技术原理和特征各异,按其基本特征可大致分类如下:
①高速单体船(high speed monohull craft,high speed mono-hull ship)。主要有滑行艇、半滑行艇、深V形高速单体船及消波型高速单体船等多种类型。进入20世纪90年代,气泡润滑原理船已开始有所应用。
滑行艇在水面航行时,仅部分艇底与水面接触,静水浮力的大部分为水动力所代替,且支撑面和浸湿面积随速度增长而减小(图1)。处于滑行状态的船艇,兴起波浪小,水对船的阻力也相应减小,因而航行速度可以大幅度提高。其缺点是耐波性较差,不适于在大风浪中航行;滑行时,波浪对船体结构产生很大的冲击力,致使滑行艇的应用和发展受到一定的限制。
图1 滑行艇
深V形高速单体船是由常规单体船演化而来,其基本特征是把常规单体船较为平坦、丰满的圆舭形船底改为尖舭形。尽管深V形单体船在低速航行时阻力性能并不理想,但在高速航行时却能有效降低占重要成分的兴波阻力,具有良好的耐波性。在波浪中的失速小,航速可高达40节以上。船型有大型化趋势,适合于在沿海中短途客/车渡船航线上组织营运。
消波型高速单体船是一种圆舭过渡型快艇,具有阻力小,产生波浪小等优点,稳性和回转性也比较好,是一种有发展前途的新船型。
应用气泡润滑原理而设计的高速单体船,由于气泡覆盖于船体表面而减小水的摩擦阻力,在只消耗3%动力装置功率的情况下,就可增加航速30%。俄罗斯生产的“林达”型气泡润滑70客位内河客船于1993年已投入营运。
②高速双体船(high speed catamaran)。高速双体船是由两瘦长片体通过中间连接桥而构成整体,多为铝合金结构。其主要性能特点是:大长宽比、瘦长片体,可降低兴波阻力;结构简单,具有宽敞的甲板面积,便于舱室布置;可采用螺旋桨推进装置或喷水推进装置,工作可靠,效率高;高速双体船一般仍属排水型船,航速增高时阻力增加迅速,因此,最高航速受到一定限制,服务航速一般为30~35节。高速双体船在较大风浪中横摇和纵摇较严重,且由于横摇周期和纵摇周期比较接近,易产生螺旋耦合摇摆运动,使人体产生不舒适感。为改善高速双体船在波浪上的航行性能,可在船首增设阻尼系统装置,使高速双体船在恶劣海况下仍能正常航行。
20世纪90年代,出现了一种新型的穿浪型高速双体船(图2)。采用长而瘦削的片体,主船体高高抬起,并扩大两片体间距,船的两侧片体的船首和主船体的底部都是呈尖利的V形线型。一般在遭受中小波浪时,尖利的V形船首能够直接从浪中穿过,可减小船体在波浪中不断俯仰摇晃的程度。而在面临大的波浪时,由于这种船型本身的主船体抬得很高,可避免全部船体钻入浪中,大浪沿着主船体底部呈V字形的船底向两边倾斜分流,船体仍能穿浪而过,有效的削弱波浪对船首和船底的砰击,减小波浪干扰和船体摇摆,从而可进一步改善高速双体船的耐波性,并为高速双体船向大型化方向发展提供了可能。
图2 高速双体船
小水线面双体船是由常规双体船发展演变而来,通过一对或二对细长的流线型支柱将提供浮力的船体排水体积部分(位于水下)与船体上部主体部分(位于水上)相连接,属半潜船型。此类船舶既保留了常规双体船甲板面积宽敞、横稳性好等优点,同时,又由于水线面狭小,流线型支柱可有效地减小波浪扰动力及兴波阻力,因而耐波性能良好,一般可在6级海况下航行(图3)。该船型还具有噪音小、舒适性好、推进效率高及航向稳定性好等特点。不足之处是回转直径一般较大,船舶载货(客)量的变化,对船舶的浮态(包括吃水等)将产生不利的敏感影响。小水线面双体船是发展中的一种新船型,并有大型化的趋势,服务航速已达25~30节。此外,双体船与气垫船结合,构成双体气垫船;双体船与水翼船结合,构成双体水翼船。
图3 小水线面双体船模型
经过半个多世纪的发展,高速双体船已形成一个庞大的家族,主要有普通型高速双体船、超细长高速双体船、穿浪型高速双体船、小水线面双体船、双体水翼船和双体气垫船等多种类型。通常考虑到小水线面双体船具有特殊的性能,可将其单独列为一种船型,双体水翼船则列入水翼船范畴,双体气垫船则列入气垫船范畴。
③气垫船(air-cushion craft)。主要有全垫升式气垫船、侧壁式气垫船和双体气垫船等多种类型。
④水翼船(hydrofoil craft)。主要有浅浸式水翼船、割划式水翼船、深浸式水翼船和双体水翼船等多种类型。
⑤掠海地效翼船(ram-wing craft)。主要有冲翼艇和气翼艇两种类型。
上述对高速船舶的各种分类是不完善的,并有矛盾与重叠之处,特别是随着复合杂交型船舶的发展,船舶种类不断增加,如三(多)体船等,使高速船舶的分类更为困难。
为了促进高速船舶的发展,中国船级社先后重新修订了《海上高速船入级与建造规范》(2015)和《内河高速船入级与建造规范》(2016)。新规范是在总结中国各船舶设计单位、高速船航运公司、建造厂和验船机构的经验和意见后,并参考国际海事组织《2000年国际高速船安全规则》,同时结合中国对新型高速船的开发需求而编制,对指导高速船进一步发展将具有重要作用。
各类高速船舶在世界各国军事舰船领域中已得到广泛的应用和发展。