本发明涉及一种三体船设计方法，属于复合型高性能船技术领域。
背景技术：
排水量在100～600吨、设计航速在40～50节的高速船，因速度较高、总体造价较低，因而在军事和民用两方面都有广泛应用。这种类型的高速船是介于排水型船和滑行艇之间的一种船型，称为过渡船型。常规单体船型为了满足横稳性要求，长宽比一般较小，因而在风浪中的兴波阻力和波浪增阻均较大，在过渡阶段的经济性和安全性均较差。三体船型正是为解决单体船型在高速时的局限性而出现的。
三体船的主船体长宽比较大，为细长体结构，长宽比一般超过10，主船体前部设计为尖锥形，其兴波阻力和波浪增阻均较小，但横稳性不足。为增强其横稳性，在主船体两侧增设两个长宽比更大的小侧船体，由于侧船体的排水量很小，其对三体船的主要作用就是增强三体船的横稳性，对三体船的其他性能影响很小。但常规三体船型也有其局限性，如船体细长，在排水量相同的情况下，湿面积较大，进而导致摩擦阻力较大；又如细长体的垂向阻尼较小，因而在波浪中的摇摆幅度也较大，纵稳性差。
专利cn201710403681.x、cn201710190920.8、cn201610343848.3等，提出采用水翼来降低阻力，在高速时水翼会抬升船体，使船体与水体接触面积减少，从而降低阻力。由于船在航行中的状况多变，固定的水翼适应性较差。而可变攻角的水翼可解决此类问题，由自动控制系统根据海面情况、船身姿态、速度、加速度等参数不断调整其攻角，来获取不同的动升力，但这种结构较为复杂，加工成本高。这些专利中并未提到如何提高纵向稳定性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种纵向稳定性高、适应性高且结构简单的三体船设计方法。
本发明的技术解决方案：一种三体船设计方法，通过以下步骤实现：
第一步，设计由主船体和两个侧船体构成的三体船型；
本步骤根据三体船航速设计需要和横向稳定要求，确定主船体和侧船体大小、安装位置等，可采用本领域公知技术进行设计。
所述的侧船体安装在主船体浮心两侧，其船型与主船体类似，其大小根据三体船所需的横稳性要求设计。
所述的侧船体与主船体夹角α≥艏波与主船体轴线夹角，侧船体与主船体夹角α是指侧船体顶端和主船体顶端连线与主船体轴线的夹角。这种设计，使主船体产生的艏波都从侧船体与主船体之间流过，降低了三体船的阻力。
第二步，设计水翼系统，
所述的水翼系统由前水翼、中水翼和后水翼构成，前水翼安装在主船体前部的下方，中水翼跨接在主船体和两个侧船体的中部的下方，后水翼安装在主船体后部的下方；
所述的水翼系统的各水翼为固定水翼，固定水翼要保证水翼系统在三体船在航行中产生纵向自稳力矩，该纵向自稳力矩用来平衡三体船在航行中产生的纵向摇摆力矩。
第三步，设计扰流板系统，
所述的水翼系统所述的扰流板系统由扰流板和扰流板控制器构成，所述的扰流板安装在主船体尾端面底部，通过扰流板控制器实现扰流板在主船体尾端面上的纵向运动，控制扰流板伸出主船体尾端面船底的高度，产生抑制船首向上的纵向力矩；
第四步，判断经第一至三步设计的三体船的纵向稳定性是否满足设计需求，若不满足，则返回第二步和第三步对水翼系统和扰流板进行调整，若满足则完成设计。
所述第四步中对水翼系统和扰流板进行调整，是指对水翼系统中各水翼攻角、翼展、设置深度进行调整、对扰流板高度调节范围进行调整(扰流板高度增加)，可以同时对水翼系统和扰流板进行调整也可只针对其中一个进行调整。
所述第四步中三体船的纵向稳定性判断依据是根据第二步水翼系统在航行中产生的纵向自稳力矩与第三步扰流板产生的纵向力矩与三体船在航行中产生的纵向摇摆力矩之间的差距是否满足设计需求。
水翼系统在航行时产生的纵向自稳力矩、攻角之间关系及扰流板产生的纵向力矩可以通过力学计算获得。本领域技术人员可以根据本发明，结合具体设计需求，采用本领域三体船设计公知技术，对水翼系统产生的纵向自稳力矩和扰流板产生的纵向力矩进行分配，从而确定水翼和扰流板。
本发明通过调节扰流板伸出主船体尾端面船底的高度来产生不同大小的纵向力矩，与水翼系统产生的纵向自稳力矩相配合，有效提高了三体船的纵向稳定性。
本发明采用固定水翼，结构简单，配合高度可调的扰流板，提高了三体船能适应航行中的多变状况，解决了固定水翼适应性差的问题。
所述的扰流板伸出船底高度越大，其产生的纵向力矩越大，抑制船首向上的能力越强。
船速越高，三体船纵向越不稳定，通过扰流板和水翼系统的协同作用，能产生纵向自稳力矩抵消部分三体船产生的纵向摇摆力矩，提高了三体船的纵向稳定性；水翼系统还可以产生一定升力，减少阻力。
所述第三步中的扰流板控制器可以采用齿轮传动、涡轮结构等机械结构，只要能实现扰流板在主船体尾端面上的纵向运动即可。
所述第二步中的前水翼安装在主船体前部，主船体1/2船长之前，通过翼型支柱与主船体底部连接，前水翼以主船体轴线为对称轴安装。
所述第二步中的中水翼安装在主船体中后部，通过对称分布在主船体的翼型支柱与主船体底部连接，在两端分别与通过侧船体支柱与侧船体底部连接，中水翼以主船体轴线为对称轴安装，中水翼为翼展为两个侧船体中心距离。
所述第二步中的后水翼安装在主船体后部，主船体2/3船长之后，通过对称分布的翼型支柱与主船体底部连接，后水翼以主船体轴线为对称轴安装。
所述第二步中的水翼系统，中水翼的设置最深，其次为前水翼，后水翼设置最浅，中水翼翼展大于后水翼翼展，后水翼翼展大于前水翼翼展。
本发明通过对水翼系统中各水翼的安装深度和翼展大小设定，使得水翼系统能更容易在高速时能提供纵向自稳力矩平衡，提高三体船纵向稳定性，同时提供升力，从而减少三体船阻力。
所述的三体船设计方法还包括设计位于主体船后端的动力系统，设计根据所需航速，采用本领域公知技术得到。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明采用水翼系统和高度可调扰流板配合，产生纵向自稳力矩平衡三体船在航行中产生的纵向摇摆力矩，大大提高了三体船的纵向稳定性；
(2)本发明通过对水翼系统中各水翼的安装深度和翼展大小设定，使得水翼系统能更容易在高速时能提供纵向自稳力矩平衡，提高三体船纵向稳定性，同时提供升力，从而减少三体船阻力；
(3)本发明采用固定水翼，结构简单，可避免采用复杂的控制机构、降低水翼系统的设计难度，配合高度可调的扰流板，提高了三体船能适应航行中的多变状况，解决了固定水翼适应性差的问题；
(4)本发明通过确定侧船体与主船体夹角，使主船体产生的艏波都从侧船体与主船体之间流过，兴波阻力较小，三个船体间还能产生有利兴波干扰，使得阻力进一步降低；
(5)本发明具有减阻、节能的效果，并增强了船舶的耐波性、运动稳定性等水动力性能。
附图说明
图1为本发明侧视结构示意图；
图2为本发明俯视结构示意图；
图3为本发明正视结构示意图(从船尾看向船首)；
图4为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。
本发明如图4所示，提供一种三体船设计方法，通过以下步骤实现：
1、设计由主船体和两个侧船体构成的三体船型。
如图1、3所示，包括由主船体1和两个侧船体2构成的三体船型所述的侧船体安装在主船体浮心两侧，其船型与主船体类似，其大小根据三体船所需的横稳性要求设计。
如图2所示，本实例三体船的主船体长宽为12，为细长体结构，主船体前部为尖锥形，锥角为10°。在设计航速最高速时，主船体船首产生的艏波与主船体轴线夹角为15°，为使艏波在侧船体和主船体之间，侧船体与主船体夹角α设计为18°。试验证明，如此设计，使主船体产生的艏波都从侧船体与主船体之间流过，有效降低了在高速时三体船的阻力。
2、设计水翼系统。
水翼系统如1、2、3所示，由前水翼3、中水翼5和后水翼7构成，前水翼3通过翼型支柱4安装在主船体1前部的下方，中水翼5通过对称分布在主船体1底部的翼型双支柱6和安装在侧船体2底部的侧船体支柱11跨接在主船体1和两个侧船体2中部的下方，后水翼7通过对称分布在主船体1底部的翼型双支柱8安装在主船体的下方。如图3所示，中水翼5的设置最深，其次为前水翼3，后水翼7设置最浅，中水翼5翼展大于后水翼7翼展，后水翼7翼展大于前水翼3翼展。
3、设计扰流板系统。
扰流板系统由扰流板9和扰流板控制器10构成，扰流板9安装在主船体尾端面底部，通过扰流板控制器10实现扰流板在主船体尾端面上的纵向运动，控制扰流板伸出主船体尾端面船底的高度。
4、判断三体船的纵向稳定性是否满足设计需求，若不满足，则对水翼系统和/或扰流板进行调整，若满足则完成设计。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。