新型四体船水上救生艇分析

新型四体船水上救生艇分析

肖锦娟,龙觐

重庆交通大学  重庆市  40074

摘要：本文以内陆洪涝灾害为背景，首先分析了我国现有的救生设备、存在的不足以及设计一款新型的救生救援设备的必要性。然后浅析片体的布局设计，讨论浮体横向错位、和片体的形状，救生艇的载重和吃水对兴波阻力的影响。最后，确定本文设计的四体船结构，模型试验后结果显示，该船型速度快，转弯性能好，抗倾覆能力强，可较好的适用于内陆洪水的救援。

关键字：救援设备、四体船、错位布局、兴波阻力

0引言

随着经济和社会的快速发展，各种自然灾害频繁发生。中国幅员辽阔，地形复杂，季风气候显著。中国是世界上洪水频发、影响巨大的国家之一，其中洪水是最常见、最有害的。在2021年7月20日河南突降暴雨，救援过程中有7名干部伤亡，因灾死亡33人，失踪300余人。洪水这一自然灾害，有不可预测的危险存在，使得救援工作难以顺利进行，救援过程中难免存在救助人员的伤亡。为保证及时、安全地对危险区域进行救援，急需一种容量大、稳性强的新型救生设备。

1现有水上救援方式

现有的水上救援设备缺乏多方面优化设计，未考虑到用户的生活环境、危险场景和使用便利性。

1.1依靠人力进行救援：救援人员死亡率高，救援风险高。救援人员在短时间内花费了太多的精力，最终自我体力支撑不住，失去了救援能力，溺水身亡。溺水者溺水时的生存本能和恐慌心理。他们挣扎的拉或拉等动作严重干扰和制约了救援人员的救援过程，导致救援失败甚至溺水即便受到专业训练的救援人员在进行溺水救援中也有很大的危险性，据统计，在2015年有多位人民警察牺牲于水域救险战斗之中，占比超过2015年人民警察在救援抢险任务中牺牲的50%。综上分析可知，缺乏便捷、迅速和抗倾覆能力强的救援装置是夏季溺水事件发生但不能及时救援的主要原因之一。

1.2简单救生圈、救生衣等小型典型救生装置：提供额外浮力并且给落水者支援，避免其沉到水底。但在水流冲击严重的情况下，落水者很快将被冲走，或被淹没入水中。如果救援速度慢，耽误最佳救援时机，即使使用了救生圈依然存在溺水风险。

1.3救援突击艇、皮划艇等大型救援装置：当出现大洪水、救援距离长等问题时，此类设备不能逆浪而上且移动速度慢，很容易延误救援时间。此外，在遇到水流湍急，波浪颠簸，水底漩涡等情况，冲锋舟容易倾翻或者直接被水流冲翻。

2新型四体船救生艇的提出

通过查阅资料可以发现:高速双体船的灵活性强，转弯半径、制动性能前所未见，最高速行驶时的制动距离只有一个半船身，但船体自重高且排水量有瓶颈。三体船其主船体长，且水线面系数相对较小，因此减少阻力，航向时节省功率。两侧片体也提高了船体的稳定性，但要承受较大的弯曲和扭转力矩，降低了操纵性。因此，结合两者的优势提出新型四体船的概念，即利用双体船转弯半径的灵活性，三体船的减阻性、稳定性等有点创造新型四体船，用于内陆洪水的救援。

3布局设计

本文所指的四体船是由四个片体构成。前端两个片体主要用来控制转向，使转弯灵活，后面两片体主要用来抗倾覆，提高航速。前双片体之间的间距小于后双片体的间距，即采用前后片体横向错位的布局。这有利于高速航行和高耐波性能。通过查阅四体船片体布局实验，找到前后浮体横向错位对比实验，由得到的数据可以发现，在慢速阶段横向错位对阻力消减的作用并不明显，因为慢速时，摩擦阻力和粘性压力阻力是主要组成部分，兴波阻力相对来说较小，衡向错位对流场影响并不大。在阻力最大处，横向错位的影响也不明显，随着速度的增加，横向错位的影响逐渐表现出来，速度越大，愈趋显著。此外为了达到迅速救援，将新型四体船救生艇设计为当船舶空载去救援时仅靠四个片体承载整个船重，满载时船底和片体同时吃水也能较快速度航行，因此，优化了前后四个片体的线型和重量分布，达到了减少阻力和提高推进效率和航行速度的目的，并改善运动姿态。

4 船舶动力

四体船与三体和五体船有着极大的不同。它具有独特的设计，是一种高速、吃水浅、航行平稳、尾流较小的高性能船舶。此外，一般的小水线面四体船的四个窄楔形船体可以产生水动力升力，船体之间窄带空间的空气动力也可以产生附加升力，因此推进器所需功率可以比普通船舶小得多。此外，通过气动升力，可以在船底产生气垫，以减少阻力。四体船的四个片体合理布局，向前和向后展开，使其设计具有独特创新性，航行时更安全可靠，因为一个片体出了问题并不容易的影响到整个船体航行，还可以保证船舶的继续航行。

就推进力而言，四个螺旋桨布置在四体船的四个片体上，因此与具有相同排量的单体船和双体船相比，它所需的推进功率更小，因为随着功率的增加，功率密度迅速增加。对于小型四体形，可以使用舷外发动机来避免在窄船体上布置动力的困难。就阻力而言，四片体前端和它们狭长的船体有锐角，没有侧翼，所以它们受到的兴波阻力较小。水动力和气动升力也会减少水下船体的表面积。船体之间的气压也可以减少波浪的产生和波阻，使船舶有足够的动力。

5结论

（1）通过查阅文献、数值计算和实验测试，可以证明新型四体船的航速快、转弯半径小，制动性能好。

（2）新型四体船救生艇可以较好的适用于内陆洪水救援，在一定程度上，弥补了我国现有的水上救生装置的不足。

（3）对于四体船，横向浮体错位布局有效的降低兴波阻力。虽在低速航行时其阻力消减的作用并不明显，但随着速度的增大，兴波干扰变为有利干扰，横向错位的影响也逐渐表现出来。

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