國外艦船外形分析

王安存（中國艦船研究設(shè)計中心,武漢 430064）

國外艦船外形分析

王安存
（中國艦船研究設(shè)計中心,武漢 430064）

摘 要：艦船外觀體現(xiàn)著其作戰(zhàn)使用功能、技術(shù)水平。文中選取國外典型艦船進行外形要素量化提取，分析外形要素對艦船總體設(shè)計的影響。關(guān)鍵詞：艦船外形；總體設(shè)計；分析

1 引言

軍艦作為搭載戰(zhàn)爭武器的海上鋼結(jié)構(gòu)建筑，具有顯著的外觀特征，外觀特征給人以不同的感性認知[1]。一艘布置井然有序、外形高大的艦船能給人一種威武感、迅捷感和現(xiàn)代感，可增強其影響力和威懾力。艦船設(shè)計師在保證作戰(zhàn)使用要求的前提下開展艦船外觀設(shè)計，使艦船集中體現(xiàn)著時代最先進的技術(shù)水平和創(chuàng)新的設(shè)計理念。

艦船形狀分為水線下形狀和水線上形狀。文中所述船舶外形是指艦船水線上部分，主要包括其船體水上部分、上層建筑及其武器、電子設(shè)備組合的整體造型。艦船外形與裝艦設(shè)備有著密切關(guān)系，綜合體現(xiàn)出作戰(zhàn)使用功能。優(yōu)秀的外觀設(shè)計可與艦船功能設(shè)計相互補充，不僅可體現(xiàn)其使用功能，而且體現(xiàn)出其技術(shù)特征和美學(xué)特性[2]。近年來國外艦船尤其注重外觀設(shè)計，日益凸顯出趨勢性特征。本文對國外當(dāng)代典型艦船外形進行分析，梳理艦船外形普遍特點，總結(jié)艦船外形的一般規(guī)律，為艦船外形設(shè)計提供指導(dǎo)和借鑒。

2 國外艦船外形分析

2.1 外形分析要素

艦船外觀研究要素較多，難以全面計及，本文僅針對其中部分要素，對艦船側(cè)視圖、力線、上層建筑、艏柱斜度等幾個方面進行分析。

（1）側(cè)視圖。艦船外形分為多向視圖，一般選艦船的側(cè)向作為研究對象。是由于側(cè)向視圖表現(xiàn)內(nèi)容更豐富，展現(xiàn)出的美感更強。側(cè)視圖包含水線以上的主船體、上層建筑、桅桿以及各種武器設(shè)備。側(cè)視圖中體現(xiàn)出艦船視覺構(gòu)圖上的統(tǒng)一與均衡[3]，通過整體的外形線條構(gòu)成以及上層建筑數(shù)量、位置分布實現(xiàn)。

（2）力線[4]。力線是引導(dǎo)人的視覺注意力并把各構(gòu)型連成整體的線條。這些線條大多位于構(gòu)型的表面。力線的指向、分布以及相互的配合可以給人不同感觀，是艦船造型的重要內(nèi)容。力線有時還出于外形隱身角度考慮。外形隱身設(shè)計日漸受到重視，為力線設(shè)計增添新的內(nèi)涵。

（3）上層建筑。位于主艦體以上的艦面艙室及大型凸出結(jié)構(gòu)?？紤]到煙囪在艦艇側(cè)視圖中占據(jù)面積較大，也計入上層建筑，連續(xù)的上層建筑按一個上層建筑計。主要分析上層建筑的數(shù)量、與艦體的相對尺度和位置。上層建筑的長度表征了上層建筑大小，影響艦艇穩(wěn)性。上層建筑相對艦體的位置影響艦艇重心縱向位置?，F(xiàn)代的煙囪設(shè)計形式一般考慮外形隱身和紅外隱身設(shè)計。在外形中主要計及與上層建筑的結(jié)合情況。

（4）艏柱斜度。艦艇的艏柱與水線的夾角。艏柱一般為近直線的弧形，本文將其簡化為直線，計其整體與水線的夾角。艏柱斜度表征了艦艏外飄程度，影響艦體的威武感。

（5）主甲板線型。主甲板在側(cè)視圖中的線條形式，表征了艦體艏艉外觀設(shè)計。艏艉上翹的主甲板形式在增強美觀效果的同時，還有助于減緩艏部上浪。

2.2 國外艦船外形要素

文中主要選擇了美國、英國、俄羅斯、日本、法國、德國具有代表性的11條艦船開展外形分析。為使不同的艦船之間具有良好的對比性，本文對各艦相對船長進行歸一處理。通過對外形分析，提取影響外形的幾個主要外形特征要素，并進行量化。9個特征要素分別為：上層建筑個數(shù)n、上層建筑長度與艦長比例b、上層建筑高與艦長比例c、上建中心相對于艦長的位置d、最高點相對艦長位置e、力線的角度f、主甲板線型g、煙囪形式h、艏柱斜度i。其中最高點相對艦長位置為該處距艦艉距離與艦長比，上建中心相對于艦長的位置為上建中心至艦尾距離與艦長比值。11條艦船外形特征要素具體數(shù)值見表1。將表1中數(shù)據(jù)進行匯總分析后，得出各幾何參數(shù)的取值范圍，見表2。

2.3 外觀影響分析

盡管上層建筑是艦體外形重要組成，但其尺度應(yīng)進行控制。上層建筑涉及諸多方面，如穩(wěn)性、隱身性、天線性能等。上層建筑尺度與艦的重心高度和受風(fēng)面積有關(guān)，影響艦的穩(wěn)性。從減小隱身特性角度出發(fā)也需要控制其尺度。所選艦船側(cè)視輪廓的高長比一般約0.24左右，艏上層建筑長度一般占艦長的0.15左右，艏上建高度一般占艦長的0.1左右，艏上層建筑中心一般距艦尾0.6倍艦長，全艦最高點一般距艦尾0.55倍艦長。被成為當(dāng)代驅(qū)逐艦成功典范的伯克級驅(qū)逐艦為例，其上層建筑的尺度相對較小。上層建筑所處位置還將影響艦的重心縱向位置，以至于在全艦重量分布、船型設(shè)計等工作中有所考慮。

從表1中可見力線與水線的夾角一般在80°左右。力線角度與設(shè)計時代有關(guān)，隨著技術(shù)進步和理念變更，力線與水線夾角有進一步減小的趨勢。早期艦船力線通常為90°，隨著演變逐漸增加了斜度。力線角度化也使得艦體外形日趨多樣。

主甲板線型在舯后一般平直，艏部一般為斜線或弧線。從歐洲最新艦船來看，主甲板平直是當(dāng)代艦艇主要趨勢，具有明顯的現(xiàn)代特征，如T45、地平線級驅(qū)逐艦和薩克森級護衛(wèi)艦。艏部弧線形式在實際中有助于改善艏部上浪和錨的布置，但隨著艦船大型化以及性能提高，上浪已經(jīng)不是主要的設(shè)計考慮因素。

艏柱斜度一般取45°左右，變化范圍不大。DD（X）級驅(qū)逐艦艏柱改為后傾形式。艏柱一般略帶弧度，伯克級、光榮級、金剛級和KDX-3級驅(qū)逐艦艏柱弧線較為明顯，結(jié)合艏部主甲板的弧線增強了艏部美感。而接近直線的艏柱與平直主甲板匹配有助于增強整體現(xiàn)代感。

表1 各型艦幾何特征參數(shù)

煙囪一般與上建共形設(shè)計，單獨設(shè)置時考慮外形美觀、隱身特性。隨著時代發(fā)展煙囪在艦船外觀中的比重越來越小，逐漸與上層建筑集成設(shè)計，如DD（X）和FDZ 2020艦上層建筑與煙囪已高度集中。

表2 幾何特征參數(shù)取值范圍

3 總結(jié)

艦船外形的演變過程充分顯示出艦船外形受技術(shù)發(fā)展影響的顯著特征。艦體外形整體應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，體現(xiàn)出一定風(fēng)格特征。綜合來說，當(dāng)前艦船外形日趨以簡潔、隱身為主。外觀設(shè)計應(yīng)在滿足使用功能的基礎(chǔ)上綜合權(quán)衡，局部外形設(shè)計應(yīng)與整體特征保持一致。從以上艦船外觀分析，艦船外形設(shè)計具有如下趨勢：（1）外形設(shè)計依然以功能設(shè)計為基礎(chǔ)，逐漸趨向為直線構(gòu)型，整體日趨簡潔，隱身在設(shè)計中考量逐步加大；（2）上層建筑逐步集中，數(shù)目逐步縮減為1個，尺度逐漸減小，上層建筑外形與艦體外形整體更加統(tǒng)一；（3）外觀造型中更加注重細節(jié)構(gòu)型，突出外觀的整體協(xié)調(diào)性。

參考文獻：

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[3]俞嘉虎.對船舶外部藝術(shù)造型中美學(xué)法則的探討[J].交通科技，2000(05):36-38.

[4]曹國瑞.艦船工程美學(xué)在水面艦艇外觀設(shè)計中的應(yīng)用.艦船科學(xué)技術(shù),1997(05):6-10.

作者簡介：王安存（1978-），男，碩士，研究方向：船舶總體設(shè)計。