旗鱼仿生游艇设计研究

旗鱼仿生游艇设计研究

聂紫薇

【摘要】随着社会的快速发展,游艇不再只属于发达国家的高层贵族,也逐渐变得平民化,游艇旅游业呈上升趋势.本文介绍了以仿生设计为主的游艇设计,以旗鱼为仿生对象,参考旗鱼的形态模式,结合空气动力学原理,将其应用在游艇造型设计中.旗鱼,海洋中游速最快的鱼类之一,远看似一面面旗帜在海面上穿梭.本设计创新点如下:一是将其鱼鳍化作帆的形态,使造型新颖独特;二是帆面能根据风向调整角度,使得游艇借助风力在海面上航行.由此完成设计内容.

【期刊名称】《家具与室内装饰》

【年(卷),期】2017(000)007

【总页数】2页(P64-65)

【关键词】仿生设计;旗鱼;游艇;远航

【作者】聂紫薇

【作者单位】武汉理工大学,湖北武汉 430070

【正文语种】中文

【中图分类】TS664.01

自然界的一切都是经过很长一段时间的演变而来，从地球诞生之初开始，地球上便有了生命。这些生命，是大自然选择的结果，它们比我们所认为的“适合”要更契合自然，更能遵从自然界的规律和规则。在悠久的历史中，从人类诞生起，我们便从大自然中的植物、动物身上捕捉灵感，仿生便是将这些生物的特征提炼再应用于

设计里的一种研究方法。利用这一设计方法，本文阐述了一款概念游艇的设计。

作为一种水上运动的方式，游艇同时也属于机械类工业产品[1]。游艇在国外作为

休闲娱乐的一种方式已经比较普遍，而在国内用于公共游览比较多，随着科研能力的不断增强，我国游艇产业的发展还有着很大的提升空间。就目前发展状况而言，国内设计的游艇造型外观大多没有新意和明显的特色，尚且处于初步萌芽阶段[2]。游艇除了出海航行之外，也是十分理想的聚会场所之一。当游艇离开码头航行，游艇人员和聚会时间都受到游艇容纳量的限制,因而游艇内部空间具有局限性，空间

局限也限制了游艇设计的艺术表现手法[3]。本次设计的游艇可以远距离航行，进

行数小时或半天的离岸聚会。游艇最大的消费群体是中等收入群体[4]。由于中小

型游艇占据了国内主要游艇市场，本设计旨在针对社会中上层阶级，尤为青年（25—40岁）家庭，设计出适合家庭出游休闲的中小型游艇。

此次设计的游艇主要突出整体的流线感和现代感，除此之外，高辨识度也是另一重要方面，游艇设计应让人一眼就能看出自身特点及与其他游艇的不同之处。该设计同时新增帆的功能，使得在远洋航行时可以借助海面上风力，无需使用自身动力便可行驶前进。设计将完成游艇的新颖造型、功能说明、动力系统和空间结构四大板块。

2.1 游艇外观

以仿生为主要特点，仿生对象是旗鱼。旗鱼，又名“芭蕉鱼”，是游速最快的鱼之一，旗鱼是海洋中的短跑冠军，在加速游动时，它收起背鳍减少水的阻力，前部细长的吻突将水往两边分开得以快速前进。游艇外观曲线取自于鱼的形态，整体的造型为流线型，流畅自然又使人感到亲切。除了生物原型的选择之外，由生物外形到产品造型的一系列转变过程，都会影响到游艇外观设计和舱室的结构布置[5]。

除此之外，船帆的造型设计也是亮点之一，将旗鱼的鱼鳍简化为仿生元素，应用在船帆的形态上，设计出五张大小不同、相互分离的船帆帆面，游艇快速前进时，将

船帆收起，类似于鱼快速游动时将背鳍收起，当快速前进时，可通过计算机操作，将帆立起，利用风力行驶在水面上，远远看去像一只游动在水面的鱼。

2.2 游艇功能

通过计算机系统的数据处理，调整帆面之间和帆面与风力之间的角度，使得游艇利用风力在水面上前进。其原理来源于伯努利定律。

2.3 游艇动力

两种动力方式，自带发动与风力发动相结合。一是在追求速度感时，可通过内置涡轮发动实现快速行驶，由水流穿过正在旋转的机片来获取动能，这种方式使得游艇具有很大的速度提升，另一方面，这种推动方式无需使用大量燃油，减少了能源消耗与废气排放，绿色且环保。二是，当不需要很大的速度时，可通过计算机控制帆的角度，利用风能当作动力来源，从而行驶在海面上。

2.4 空间结构

内部空间上，结合人性化设计的设计方法，合理布局，由于该设计是中小型游艇，合理利用空间十分重要，由于尺寸限制，内部空间可能会稍显狭窄，这样一来便会使人有压抑感，因此，空间上方封顶处设计成玻璃，抬头侧头便可看到天空和海面的美丽景色，游艇内部更加宽敞明亮，让人生活舒适，身心放松，避免感到空间压抑。

3.1 设计参数

长度：12.8米，宽度：3.3米，型深：2.6米，吃水：1.1米，乘员：4—6人，巡航速度：40节，最大航速：50节，排水量：87吨。

3.2 外观设计

游艇外观曲线取自于鱼的形态，整体的造型为流线型，流畅自然使人感到亲切；将旗鱼似旗子的鱼鳍，简化为仿生元素，应用在船帆的形态上，远远看去像一只游动在水面的鱼。如图1，图2，图3分别是游艇整体造型、收帆造型、侧风造型。色

彩上，游艇以蓝白为主色，蓝色与天空和大海颜色相同，白色代表着宁静和永恒。

3.3 功能设计

本设计功能的亮点是通过计算机系统的数据处理，可以调整风帆角度，使得利用风力在水面上行驶。其原理来源于伯努利定律：当流体流动速度提高时，表面的静压力降低。简而言之，就是流速大，压力小。

很多人认为，当船艇顺风时是航行速度最快的时候，其实并不是如此。当风从正前（后）方吹来时，由于船艇自身重量有限，可能支撑不住海面上的风力，从而会有翻船的隐患，一般来说，当船上操作员是新手时，需要至少72小时的适应才能控制顺风航行的船艇。最好的风向是侧风，包括侧逆风和侧顺风，以下以侧逆风举例说明。一方面，当风吹来时，根据伯努利原理，迎风面（凹下去的面）流体速度比空气流速低，从而迎风面压力增加，背风面流体速度比空气高，则背风面压力减少，从而帆面与帆面之间形成了压强差，产生很大的吸力，由此可以前进。另一方面，当风从侧面吹来时，风作用在帆上的力，可看作压力，与其受力面垂直，这个风力分解为两个力，方向互相垂直，一个力推动帆船向前行驶，另一个分力则使船向背风一面倾侧。使船倾侧的力部分和船底中央板（稳向板）对水的作用产生的力相互抵消，通常情况水手会站在船身的一侧，以自身的重力抵消另一小部分的力。此时只剩另一个前进的力，便作为动力，促使船帆前行。

由此，可以推想，如果船帆和风向恰好成正确角度，便可利用风力前行。计算机可以精确算出帆面上每一点的压力，因而通过调整桅杆的旋转，来掌控帆面角度，实现无动力风力行驶。

3.4 空间设计

游艇的内部空间是人活动的主要场所，一般分为驾驶区和休闲区，图4是游艇的

俯视结构分层图，蓝色区域代表驾驶操作区，黄色区域代表沙发坐椅区，淡黄色区域代表休闲娱乐区。驾驶区是游艇舱室内部的重中之重，属于游艇的“大脑中枢”，