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游艇的艇型设计（中）  尖舭型游艇如何在风浪中实现高效航行？其型线设计暗藏玄机！横剖面、纵剖线、水线面与舭部折角线，这些关键型线元素究竟如何塑造游艇性能？让我们从型线图出发，逐一拆解背后的设计密码！  1 型线图的简介 下图为一艘假想游艇的型线图。设计水线常取满载水线，按长度十等分形成0-10号站线，若曲线变化大，可增设站线。型线图涵盖主尺度、排水量等关键信息，艇体型线通常由三视图构成。  型线图示意图 （1）侧剖面视图 侧剖面视图呈现游艇侧面轮廓，包含舷边线、艏柱线等多种线条。其中，折角线和1/4艇宽纵剖线对游艇性能影响最大，艏脚线及中龙骨与艇体交线次之。中龙骨主要用于稳定航向、保护推进器，而舷边线等外型轮廓线则主要关乎艇的造型设计。 （2）横剖面视图 横剖面视图展示艇横剖线、折角线投影等结构。因艇体对称，右舷显示0-5站横剖线，左舷显示5-10站。艏、舯、艉部横剖线的舭部斜升角显著影响游艇性能，艏部干舷高度与外飘程度则对艇的淹湿性起关键作用。 （3）水线面视图 水线面视图主要给出艇的各条水线，其中，设计水线的形状最为重要。该视图也显示舷边线和折角线（面）水平投影线。 2 横剖面形状 现代游艇横剖面多采用V形或深V形。深V形舭部斜升角大，能优化风浪中性能，适合大风浪海域；普通V形舭部斜升角小，静水中阻力更低，更适用于平静水域。 V形游艇的横剖面形状有许多种，可大致分为凹形剖面、凸形剖面、直线剖面、倒钟形剖面、平面舭剖面和碗形剖面，如下图：  尖舭型横剖面形状示意图 （1）凹形剖面 凹形剖面虽能使舭部水流易分离，具备较强平波能力与静水中高动升力，但在波浪中易产生集中砰击，对结构设计要求极高。因此，现代游艇鲜少在海浪航行中采用该剖面形状。 （2）凸形剖面 凸形剖面正好相反，相对于上述剖面，不仅不容易发生砰击，而且即使发生，其砰击力也容易被稀释。这种剖面的主要问题是其水流不易从舭部分离，甲板上浪的概率较大。 （3）直线剖面 直线剖面介于上述两者之间，主要优点是成形简单。 （4）倒钟形剖面 倒钟形剖面是前两种剖面的有效组合，取两者各自的优点，并摈弃两者各自的缺点，在现代游艇设计中比较常见。 （5）平面舭剖面 平面舭剖面与倒钟形剖面功能相近，前者凭借更大动升力、更优水流分离效果和更低飞溅度，成为现代中高速游艇主流选择。但其缺点明显，停泊或航行时，舱内容易受波浪砰击平面舭的噪声困扰。 （6）碗形横剖面 碗形横剖面正好可以弥补这个不足，但它的飞溅程度比较大，有时为了减小飞溅，需要在艏部加防溅条。 小结 选择游艇横剖面形状时，舭部斜升角β是关键参数，既影响艇的阻力性能，也对适航性起决定性作用。适航性主要受艏部斜升角β影响，β越大，艏部（1/2站附近）冲击加速度越小，一般50°-60°为宜，且β从艏至艉逐渐减小，舯部取20°-25°，艉板处为10°-20°。设计横剖面形状还需考虑中心线附近形状，中高速、高速游艇此处设计成圆弧状有利于滑行，这也是平面舭剖面、碗形剖面受欢迎的原因之一。 3 1/4艇宽纵剖线 现代中高速尖舭型游艇的航行纵倾角是影响性能的关键，与舯后纵剖线形状密切相关，其中1/4艇宽纵剖线最具代表性。 舯后部纵剖线的形状影响水流压力分布和纵倾角，改变航行阻力，当设计弗劳德数FL>0.4时，7站到艉板保持直线利于水流分离；更高航速下，纵剖线拉直点前移，艉板浸深加大。舯前部纵剖线的形状多为上升曲线，艏部1/4水线长曲率过大，或艉部纵剖线内凹，与舯后部纵剖线都会影响游艇动态稳定性。 在游艇型线设计中，1/4艇宽纵剖线斜升角τ1/4是衡量最大航速的关键参数，它指1/4艇宽处后部纵剖线与设计水线夹角。通常在一定航速内，该夹角越小，潜在最大设计速度越高。低速排水型游艇（FL<0.4），τ1/4可取7°左右；中高速艇可减至2°甚至0°。但高速、超高速游艇，τ1/4不宜过小，以防因航行纵倾角过低而产生过大的阻力过大与动态横向不稳定。 此外，艉部纵剖线（完全平直、局部下压和局部上翘三种形状）对游艇性能影响显著。如下图：  纵剖线近艉部的形状示意图  （1）静水阻力 艉部局部纵剖线形状通过改变航行纵倾角影响游艇性能：中低速时，艉部纵剖线局部下压可减小过大的航行纵倾角，降低阻力；中速、中高速时，平直纵剖线表现更佳；中高速、高速时，艉部纵剖线局部上翘能让纵倾角接近4°的最佳值，减少阻力。 （2）适航性 当艉部纵剖线由局部上翘向局部下压转换时，游艇的纵摇幅值会减小，而且这种下降有随速度的增加而加剧的趋势。此外，垂向加速度也会随着这种转换而减小。 （3）动态稳定性 减小艉部纵剖线的局部下压或增加其局部上翘都会改善游艇的动态横向稳定性，在较低速度下，艉部纵剖线的局部形状影响不大；但在高速下，就要考虑它们的影响。 小结 一般来说，设计航速低于半滑行速度（FV<3.0）时，选艉部下压纵剖线可减小过大纵倾角；航速很高（FV>4.5）时，选艉部上翘纵剖线增加纵倾角更利性能。但下压或上翘都需适度，过度下压会增阻、加剧飞溅并降低动态横向稳定性，过度上翘也有不良影响。 4 舭部折角线形状 折角线形状既关乎游艇外观，也影响性能。其高低宽窄与舭部斜升角直接相关，而后者显著影响游艇性能，因此折角线形状选择在艇型线设计中至关重要。游艇舭部折角线（面）的形状如图： 典型的游艇折角线（面）的形状示意图 （1）在侧剖面图上的形状 折角线在侧剖面图上的形状直接影响游艇外观与性能，且因航速不同而有差异。中低速游艇折角线艏部低，显沉稳优雅；中高速游艇折角线艏部高，具飘逸感。设计其侧面形状时，需关注三个要点：一是与设计水线交点位置，随航速在3-5站范围内变动；二是与艏柱交点高度，航速越高交点越高、与水线交点越靠后，以应对砰击，中低速艇则相反，靠前位置利于获取动升力、减阻；三是艉端形状，中速、中高速游艇艉端浸深大、夹角下压0.5°-1.0°，中低速游艇浸深小、夹角稍上扬。 （2）在水线面上的形状 折角线在水线面的形状取决于舭、艉部所围区域，其水平投影面积与形心位置，直接影响游艇动升力和动态横向稳定性。低速艇艉部折角线窄，形心靠前；高速艇则相反，且航速越高，艉板折角线越宽、形心越靠后。 小结 游艇折角线的最大宽度一般为5-6站，如果主机在艉部，可能会向后移到7站甚至8站。中速、中高速游艇的艉部折角线宽度约为最大折角线宽度的90%。 5 水下侧面的形状 水下侧面形状指航行时实际水线与折角线以下的侧面轮廓。航行时，艏部抬升导致前部水下侧面积大幅减小，后部因折角线遮挡，水下侧面积也小于静止状态，即航行与静止时的水下侧面积存在差异。有下图： 典型的游艇水下侧面形状示意图 艇在航行时的水下侧面积和面积形心位置对艇在风浪中的适航性和操控性有决定件的影响，主要表现在两方面： (1)艇在风浪中保持航向稳定性的能力； (2)艇对操舵指令的反应能力。 后部水下侧面积影响游艇性能：面积大利于风浪中保持航向，但过大会导致舵反应迟钝、削弱回转能力，如某艇因后部水下龙骨侧面积过大，满舵回转时失控，减小面积后问题解决；反之，面积过小则难以维持航向稳定。 前部水下的侧面积不要太大，特别是在艏脚处。要设法使水下侧面积的形心保持在艇重心稍后一点的位置，不可太靠前，否则，艇有可能会失去平衡，突然甩横。所以，中速、中高速游艇的艏脚一般不大，其原因就在于此。 游艇型线设计中，多种要素影响性能。横剖面形状与舭部斜升角密切相关，影响阻力与适航性；纵剖线形状改变水流压力与纵倾角，1/4艇宽纵剖线斜升角可衡量最大航速；折角线形状关乎外观与性能，其在侧剖面、水线面的形态因航速而异；后部水下侧面积需适中，过大过小都会影响航向稳定性与操控性。 编辑|黄清凤 审核|谢夏薇 |
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