游艇的艇型设计 ![]() 在现代游艇设计中,主尺度与艇型参数并非决定性能的唯一要素,游艇形状对其性能影响更为关键。即便尺度、系数相同,圆舭型与尖舭型艇,或型线各异的同类艇,性能与设计都可能大相径庭。可见,游艇型线设计才是塑造独特性能的核心密码。 ![]() 1 游艇艇型的优劣 究竟如何来判断两种不同艇型的游艇孰优孰劣呢?我们可用一个衡量指标--运送效率(transport efficiency)ET来做出判断。该运送效率考虑了艇的排水量、航速及推动该艇所需要的功率,表示成: ![]() ![]() 游艇的ET越高,代表此艇的总体性能越好,反之则越差。 下图为运送效率的曲线图,体积弗劳德数Fv在0.9-1.9时,圆舭型艇效率最优;速度更高时,尖舭型艇表现更好;低速航行下,双体型艇不适用。图中曲线为各艇型的理想运送效率,实际设计因不追求极致性能,效率有限。新设计游艇若达理想效率的75%已属优秀,一般不宜低于60%。 ![]() 运送效率的曲线示意图 ![]() 2 艇型的分类 1.圆舭型艇 圆舭型艇主要指连接艇底和艇边的舭部呈圆弧形的艇。该型艇在高速航行时舭部可能产生负压力。其典型的剖面形状如图: ![]() 典型的圆舭型剖面形状示意图 2.尖舭型艇 尖舭型艇的艇底和艇边之间有一明显的尖舭连续贯穿全艇。该尖舭的主要功能是促使水流从舭部尽快分离。其典型的剖面形状如下图: ![]() 典型的尖舭型剖面形状示意图 另外一种较常见的尖舭型艇为双舭型艇。有上下两个尖舭连续贯穿全艇,下舭一般较窄,航行时的长宽比较大,可降低中低速、中速下艇的阻力,也可改进艇在波浪中的适航性能;上舭较宽,可改善低速下的横稳性。其典型的剖面形状如下图: ![]() 典型的多舭型剖面形状示意图 尖舭型艇又有普通V形和深V形之分,它们的区别主要是舭部斜升角β不同,后者的舭部斜升角β更大一些,我们一般把舭部斜升角β大于20°的艇称为深V形艇,这种艇具有良好的适航性能,非常适合于海上航行,但在静水中阻力较大。下图为普通V形和深V形艇剖面形状示意图: ![]() 普通V形和深V形艇剖面形状示意图 3.混合型艇 混合型艇由圆舭型艇和尖舭型艇“杂交”而成,主要有两种混合方式。其一,艇首部类似圆舭型,向艉部过渡时舭部圆弧半径渐小,艉部变为尖舭,可避免高速艉部下陷,增强航向稳定性,常用于优化高速圆舭型艇性能;其二,艇首尖舭向后渐变为圆舭,能提升航向与动态稳定性。 ![]() 3 各类艇型性能比较 1.静水阻力 ![]() 圆艇、尖艇、双舭形艇阻力的比较示意图 上图为圆艇、尖艇、双舭形艇阻力的比较示意图,当游艇在静水中低速航行时,如果艇的尺度相同,圆舭型艇的阻力比尖舭型艇要小很多;与此相反,当游艇在中速以上的速度航行时,尖舭型艇的阻力更小。 2.适航性 在中低速迎浪航行时,等长的圆舭型和尖舭型艇适航性相近;顺浪或艉斜浪中,尖舭型艇表现更优;横浪静止或低速航行时,尖舭型艇横摇阻尼大、横摇小,且因底部平坦便于安装减摇装置。下图为圆艇、尖艇、双舭形艇阻尼的比较示意图: ![]() 圆艇、尖艇、双舭形艇阻尼的比较示意图 顺浪且艇速接近波速时,圆舭型艇易甩横。此外,尖舭型艇在湿性方面始终占优。 3.承载能力 当游艇的长度相等时,尖舭型艇的承载能力更大,超载后吃水变化也较小。 4.其他 当游艇在中高速航行时,尖舭型艇的航向稳定性、动态稳定性都优于圆舭型艇。 ![]() 4 艇型的选择 艇型的选择没有一个固定的标准,可根据客户的要求并参照下表--两种艇型的选择参考表选择。 ![]() 两种艇型的选择参考表示意图 从上表中可看出,设计侧重低速静水阻力或运送效率,圆舭型艇最佳;速度较高、追求动态与航向稳定性时,尖舭型艇更优。弗劳德数FL≤0.4选圆舭型,FL>1.1选尖舭型,0.4<FL<1.1则需综合其他因素抉择。 ![]() ![]() 上述艇型选择虽有参考准则,但基于现代游艇航速特性,中小型多取尖舭型,大型则多种艇型并存,后续将聚焦尖舭型这一主流艇型,深入剖析其型线设计对性能优化的关键作用。 编辑|黄清凤 审核|谢夏薇 |
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