全裙边气垫船（以下简称“气垫船”）与传统排水船舶有根本不同。具体来说，通过风扇和空气导管向空气腔内注入空气形成气垫，其升力直接来源于气垫的总向上压力。气垫船在悬浮时使船体不与水面直接接触，从而显著降低了波浪阻力。因此，气垫船具有三个核心特性：高速度（弗劳德数在0.75–2.0之间）、低阻力以及两栖能力。然而，负责维持气垫升力的系统会消耗能量，这使得气垫船成为非经济型船舶，因此它们主要用于特殊用途。凭借其出色的两栖性能，气垫船被广泛应用于紧急救援和旅游等领域（Kristoffersen和Kendrick Hall，2014；Yun和Bliault，2005）。
气垫船的动态问题可以分为四类：空气导管动力学、气囊裙边动力学、空气腔缓冲动力学和缓冲压力波产生动力学。由于动态系统的复杂性，缩比模型测试仍然是估算波浪载荷的主要方法。相比之下，数值模拟极具挑战性，需要采用多尺度、分阶段的技术方法。
目前，关于气垫船波浪载荷的理论仍在发展中，但已经取得了显著进展。这些进展为这种特殊船舶类型的迭代优化提供了支持，特别是在解析公式和数值模拟领域取得了显著成果。
解析公式的发展：Reynolds等人（1972, 1974, 2009）基于线性运动方程奠定了气垫船动态建模的基础。在此基础上，Doctors（1975）将运动理论从频域扩展到时域，大大简化了气垫船在波浪中运动的非线性微分方程的推导。这一突破使得能够描述气垫船在任何给定时间的状态，并考虑了风扇、空气导管和裙边的非线性效应。
数值模拟技术的突破：近年来，计算流体动力学（CFD）技术显著提高了预测气垫船在复杂海洋环境中行为的准确性。例如：
Milewski等人（2007, 2008）基于边界元方法和浸没边界方法（IBM）开发了ACVSIM程序，为美国海军的LCAC（气垫登陆艇）提供了理论支持。Xu等人（2020）对气垫船裙边缓冲压力系统的压力响应特性进行了数值研究，特别关注指型裙边结构，并提出了一种分析这些特性以及裙边几何参数和缓冲压力参数对压力响应影响的方法。Zhuang等人（2025, 2026）解决了传统封闭模型在模拟气垫船柔性裙边实际工作条件时的局限性，开发了一个考虑腔室间空气交换和裙边指部排气效应的流道模型，更准确地揭示了柔性裙边在形成条件和波浪冲击载荷下的空气动力学和结构响应特性。Jiang和Tang（2022a, 2022b）整合了汽车气囊的数值模型，并采用了控制体积（CV）方法和任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法，提出了一种能够分析包括入水速度、载荷质量、材料属性和倾斜角度等多种因素的气囊响应的数值模拟方法；Gu等人（2022）深入研究了气垫船在不同航行条件下的气垫波产生现象及其对船舶运动特性的影响，涵盖了气垫波产生机制、数值计算方法和动态耦合模型等领域。Petoft等人（2024）探讨了几何形状对气垫船升力的影响，并提出了一种基于空气间隙、侧间隙、入口速度和比例等参数估算气垫升力的新公式。
目前几乎所有气垫船运动和波浪载荷的预测方法都依赖于简化模型来描述气垫船的缓冲系统，以减少复杂性。例如，用于描述气垫压力与空气腔流动之间关系的风扇特性公式忽略了气垫、水体和柔性裙边相互作用之间的动态响应特性。此外，数值模拟在准确模拟空气-固体-液体耦合动力学方面仍面临重大挑战，现有的数值方法通常需要引入强假设和简化。
在过去二十年里，进行了大量关于气垫船运动特性的实验研究。Pinkster和Scholte（2001）使用1:200的缩比模型研究了气垫移动式海上基地的运动特性，发现气垫效应可以减少船体中部弯矩。Ricci等人（2008）对美国LCAC气垫船的四种裙边类型进行了耐波性比较测试，并获得了它们在规则波浪中的振幅-频率响应特性（Milewski等人，2007, 2008）。Zhang等人（2016）对四空气腔气垫船进行了分段模型测试，明确了波浪载荷特性与缓冲压力响应特性之间的相关性。Liu等人（2019, 2024）对气垫船进行了耐波性模型测试，测量了船舶在规则波和不规则波中的运动和波浪载荷响应，并基于波浪载荷完成了结构强度评估。Xu等人（2022）分析了裙边形成计算方法及其对岸上静态悬浮特性的影响，通过分段裙边配置测试和缩比气垫船模型的静态悬浮测试进行了验证。
对气垫船在波浪中运动的理论研究对于预测外部载荷和运动响应具有重要意义。基于控制体积法和三维势流理论，本研究建立了一种用于计算气垫船三维运动和波浪载荷（考虑波浪冲击力）的时域方法，考虑了裙边变形和气垫的可压缩性。进行了一系列数值模拟，并将使用所提方法获得的结果与已发表的数据和实验结果进行了比较，以验证该方法的有效性。
