基于系统设计的小水线面双体游艇造型研究(陈捷-)

基于系统设计的小水线面双体游艇造型研究

——以96英尺小水线面双体/三体动力游艇为例

设计艺术学1103班捷

小水线面双体船在民用船和游艇方面有了日渐广泛的用途，然而这种新型船体的造型设计在我国甚至国际围都仍属于新课题，从一定程度上限制了此类船体在游艇行业的市场。本文通过系统设计的方法，对小水线面双体船的结构和船体布置、运行原理进行了分析和研究，归纳出此类船体造型设计中的特点和制约因素；同时结合当代汽车造型设计的趋势，总结出小水线面双体游艇的造型设计方法，提高此类船体的造型设计工作的效率，为我国小水线面双体游艇的发展提供助力。

关键词：系统设计小水线面双体游艇造型设计

正文：

小水线面双体船（small waterplane area twin hull; SWATH）是为改善耐波性，减少兴波阻力，将双体船的片体在水线处缩小宽度造成狭长流线型面的高速船舶。小水线面双体船的概念是从美国产生的。早在1905年美国的Nelson提出用两个下体构成小水线面双体船的原始概念。目前世界各国正致力于开发中速小水线面双体船，在阻力性能、支架型式、线型优化、运动控制等方面已有了很大的突破。1989年日本制造了新一代的载客410名的“海欧2”号小水线面客船，其航速已突破30节，设有鳍控系统，在5级浪中的旅客晕船率为2.8%，而在6级浪中仅为6.5%。英国的FBN 公司为减少湿表面积、提高中速性能、提高纵摇稳定性、减小装载敏感性，采用了中水线面设计技术，这样可取消复杂的自控系统，已建造了400客FDC型艇。该艇在3m浪高下可达到31.7kn航速，创下了小水线面船目前最高航速的记录。

1932年Faust提出小水线面双体船的初步设想。

1946年加拿大的Creed、1967年美国的Leopold进一

步予以完善并申请专利。1969年美国海军船舶研究与

发展中心(DTNSRDC)和美国海军船舶工程中心(NAVSEC)

开始进行并完成了一系列小水线面双体船的基础性能

研究和方案设计工作。1970年美国海军水下中心(NVC)

作为最终用户，对拟建造的靶场试验保障船开始论证并提出设计要求。1971年美国的Thomes G Lang 博士在美国加州创办Semi-Submerged Ship Co.(以下简称SSS Co.)申请的小水线面双体船专利，已提出在下体上用单或双支柱形式，及加装后稳定鳍、前鸭式翼鳍与控制系统技术。他也因而受美国海军委托，采用小水线面双体船型，组织设计建造"卡玛利诺"号靶场试验保障船。在充分利用美国海军大量研究试验储备支持下，1972年在马里柯第斯海湾的海岸警备队船厂开工。“卡玛利诺”号于1973年建成，交给美海军水下中心(后改名为美海军海洋系统中心)夏威夷试验站。1974-1975年进行了一系列海上扩大试验，包括4级海情下直升机起降试验。该船成为世界上第一艘实用型小水线面双体船。它在服役中，又经历多次大风浪考验，在4.6米浪高条件下作业，未出现甲板上水现象；在7.6-9.2米浪高条件下航行，无结构损伤。1985年海洋考察部门的10位科学家随该船在夏威夷附近太平洋海域工作达2周之后，全都极力推荐今后海洋考察、水文测量等海上作业都应采用小水线面双体船型。

小水线面双体船具有以下特点：1.出色的耐波性；2.良好的操纵性；3航向稳定性好；4宽甲板，易布置；5排水量变化敏感；6航态变化独特。在以上几个特点当中，我们总结出SWATH在游艇应用中应当能够成为空间大、速度快、操控出色的一类游艇。然而，由于SWATH船型有排水量变化敏感的特点，我们对本次研究设计的主体稍作更改，使之成为小水线面双体/三体船型杂交，并拥有一定储备浮力的新船型造型研究。

在国外双体/三体游艇应用方面，由于小水线面双

体船目前为止仍是一种新型船体，因此国外各大厂商

对此种新型船体的应用基本仍在探索阶段。以下是我

们在资料搜集的过程中所获得的一些此类船体在游艇

设计中应用的实例，其中有部分实例仍在概念创作的

阶段。

在结构、船体布置方面，我们通过研究得出小水线面双体/三体船具有以下特点：1.甲板宽大，具有比普通船体多出50%-100%的船体布置空间；2.小水线面双体/三体船包括下潜体、支柱体、上

船体、连接桥和上层建筑几大

部分组成，如图所示为下潜体

及支柱体横剖面示意图。3..

动力部分一般置于船体水线

面以下的潜体中，包括了发动

机、螺旋桨、传动装置甚至油

箱；这个特点为我们在造型以

及空间的设计上提供了更大

的灵活性。

基于以上调查以及船体结构、布置特点的分析，我们以系统设计的方法进入对“霹雳游侠”96英尺小水线面双体/三体动力游艇的设计。

1.在系统的高度进行设计理念及造型设计

造型犀利，色彩抢眼，极具攻击性；饰色调统一，营造一种家的气息；美学与功能的完美结合；对未来的思索、以及对科技美和机械美的不懈追求；这些构筑成为我对于高性能游艇的设计理念。

本款设计首先是作为一种交通工具，需要拥有卓越的性能，其次作为游艇，它是一种奢侈品，它需要精致，要美感十足。要注重线条的变化和小的细节处理，要体现出层次的变化美感，各部位要体现功能的实用性，就像瑞士军刀。用硬朗的线条来刻画一种阳刚之美。要体现未来美、科技美和机械美，让人感觉就像勇士身披无坚不摧的铠甲在战斗，如变形金刚所传达的感觉。在颜色的搭配上运用红蓝的搭配，极具科幻色彩。

2.在系统的高度对船型及船体细节进行设计和选择

为了使我的设计拥有卓越的性能即速度性和舒适性，我起初选择了深v单体高速船作为我的设计船型，可是它耐波性较差，无法诠释我设计理念。此外，普通单体船在水中航行之所以阻力较大，主要是水的兴波阻力和摩擦阻力对船的影响，所以我的设计若想拥有较快的速度，就要减小这两个阻力。首先，可以通过减小水线面的大小从而达到减小兴波阻力的目的。其次，可以通过降低船体的湿表面积达到降低摩擦阻力的目的。

关于减小水线面大小，我考虑到了普通小水线面双体船，普通的小水线面双体船由于潜水体在水面以下，水线面比单体船小很多，它的兴波阻力比单体船也要小很多，并且由于船体较宽，具有