小艇高速航行橫傾問題解決方案

肖初陽

（江龍船艇科技股份有限公司，珠海 519055）

1 前言

在小艇設(shè)計(jì)建造實(shí)踐中，特別是艇體結(jié)構(gòu)為鋁合金材質(zhì)的小艇，由于外板板薄、結(jié)構(gòu)骨材小的原因，經(jīng)常會(huì)遇到艇體建造過程中，焊接變形大等因素，使得水線以下艇體左、右舷的幾何形狀不完全對(duì)稱，造成小艇高速航行時(shí)出現(xiàn)向一舷橫傾的現(xiàn)象，我們稱之為高速航行時(shí)的永久動(dòng)態(tài)橫傾（以下簡稱“動(dòng)態(tài)橫傾”），其橫傾角度稱為動(dòng)態(tài)橫傾角（ 以下簡稱“橫傾角”）。本文詳細(xì)論述了動(dòng)態(tài)橫傾角的測量方法，以及如何調(diào)整小艇動(dòng)態(tài)橫傾的方法。

2 動(dòng)態(tài)橫傾角的測量

小艇高速航行時(shí)動(dòng)態(tài)橫傾角的測量，看似是一件很容易的事情，但在實(shí)踐中其實(shí)不然，主要是因?yàn)樵趯?shí)際測試過程中很難找到平靜的試驗(yàn)水域，小艇航行時(shí)會(huì)受到水流、潮流的影響，所以測得的試驗(yàn)結(jié)果是小艇自身的動(dòng)態(tài)橫傾與其受到水流、潮流的影響引起的橫傾疊加的結(jié)果，而并非真實(shí)的小艇自身動(dòng)態(tài)橫傾，因此如何消除測試過程中的水流、潮流影響引起的橫傾是解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

對(duì)于在非靜水水域中進(jìn)行高速航行動(dòng)態(tài)橫傾測試的小艇，每一次的測量必須采取兩個(gè)單程（往、返各一次）的試驗(yàn)方法進(jìn)行測量，以便消除水流、潮流對(duì)小艇影響引起的橫傾。特別要注意的是，并非每一次往返的航行試驗(yàn)中測得的橫傾角度都是方向相反的，因此必須規(guī)定小艇的橫傾角度方向的正負(fù)，本文假定右傾的橫傾角為正、左傾的橫傾角為負(fù)。每一次往返的航行試驗(yàn)中，往的方向（即第一個(gè)單程）橫傾角用符號(hào)θ1表示，返的方向（即第二個(gè)單程）橫傾角用符號(hào)θ2表示，則小艇每一次往返航行試驗(yàn)中橫傾角的平均值，就是小艇自身動(dòng)態(tài)橫傾角，即

若計(jì)算結(jié)果θ 為正值，表示小艇動(dòng)態(tài)橫傾方向?yàn)橛覂A；θ 為負(fù)值，則表示小艇橫傾方向?yàn)樽髢A。

在橫傾角的測試試驗(yàn)中，需注意以下事項(xiàng)：

（1）盡量找到一段較直的航段，兩岸不要有支流或溝渠匯入，以避免支流或溝渠的水流對(duì)主航道水流的影響，導(dǎo)致對(duì)小艇往返橫傾角的影響；

（2）測試時(shí)一定要保持直線航行，且航向角不變，因?yàn)椴煌暮较蚪菚r(shí)水流、潮流對(duì)小艇影響引起的橫傾角度是不同的，有時(shí)很小的航向角變化，就會(huì)導(dǎo)致很大的橫傾角變化；

（3）同一次試驗(yàn)的往、返航向角相差盡量為180°，以減小往、返航行中水流對(duì)艇體水動(dòng)力影響的不對(duì)稱引起的誤差；

（4）在內(nèi)河中用磁羅經(jīng)作為讀取航向角的儀器時(shí)，由于受兩岸建造物對(duì)地磁的干擾，磁羅經(jīng)顯示的航向角有時(shí)會(huì)有較大偏差，故最好能使用陀螺羅經(jīng)，如果沒有陀螺羅經(jīng)則可以采取以陸地上一個(gè)高的固定參照物作為確定航向的目標(biāo)，同時(shí)結(jié)合磁羅經(jīng)的方位角來保證同一單程航行的航向角不變，保證橫傾角測量的準(zhǔn)確性；

（5）測試試驗(yàn)至少需重復(fù)3 次以上，以避免試驗(yàn)的偶然誤差導(dǎo)致的試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，對(duì)每一次試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)中明顯異常的數(shù)據(jù)要及時(shí)去除并重做試驗(yàn)；

（6）橫傾角的測試試驗(yàn)需找一個(gè)駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富的艇長駕駛，以保證同一單程航行的航向角不變，減小航向角的變化對(duì)測量準(zhǔn)確性的影響；

（7）需記錄每一次試驗(yàn)的每一單程航行的主機(jī)轉(zhuǎn)速、航行方向、船首航向角、航速、橫傾方向、橫傾角度。

本文以同一系列的兩艘總長12 m、由兩臺(tái)舷外汽油掛機(jī)驅(qū)動(dòng)的小艇，分別加裝楔形塊和截流板為例來說明測試試驗(yàn)的情況和結(jié)果。假定加裝楔形塊的為A艇，加裝截流板的為B 艇。A 艇未加裝楔形塊前的動(dòng)態(tài)橫傾角測試結(jié)果見表1，B 艇未加裝截流板前的動(dòng)態(tài)橫傾角測試結(jié)果見表2。

表1 A 艇動(dòng)態(tài)橫傾角測試試驗(yàn)結(jié)果記錄

由表 1 可以看出：A 艇未加裝楔形塊前的最大動(dòng)態(tài)橫傾角為 2.8°，橫傾方向?yàn)橛覂A。

表2 B 艇動(dòng)態(tài)橫傾角測試試驗(yàn)結(jié)果記錄

由表2 可以看出：B 艇未加裝截流板前的最大動(dòng)態(tài)橫傾角為3.2 °，橫傾方向?yàn)樽髢A。

3 橫傾的解決方案

測出了小艇的動(dòng)態(tài)橫傾角后，就要解決小艇的橫傾問題。通常調(diào)整小艇橫傾的方法有兩種：一種是在艇的尾部加裝楔形塊；另一種是在艇的尾部加裝截流板。

3.1 加裝楔形塊方案

（1）楔形塊調(diào)整小艇橫傾的原理

小艇高速航行時(shí)，楔形塊底面與艇底高速流動(dòng)的水流形成一個(gè)攻角而產(chǎn)生升力，形成向另一舷的橫傾力矩，達(dá)到調(diào)整小艇高速航行時(shí)橫傾的目的[1]。

（2）加裝楔形塊的方法

在小艇尾部橫傾一側(cè)的底部靠近舷側(cè)處加裝一個(gè)楔形塊，小艇橫傾的方向?yàn)橛覂A，故楔形塊加在右舷，安裝位置如圖1 所示。

圖1 楔形塊的安裝位置示意圖

加裝的楔形塊尺寸為：長240 mm、寬130 mm、后端厚度18 mm，如圖2 所示。

圖2 楔形塊詳細(xì)形狀尺寸示意圖

楔形塊的長度，一般取水線長的2.5%～3.0%；楔形塊的寬度，需根據(jù)艇舭部的形狀確定，舭部有雙折角線的艇可取不大于雙折角線的間距；楔形塊后端的厚度，一般可根據(jù)橫傾角度的大小在10 ～20 mm 范圍內(nèi)取值，橫傾角度小的取10 mm，橫傾角度大的取20 mm，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。一般認(rèn)為，若小艇的動(dòng)態(tài)橫傾角小于1°即為滿意。A艇加裝楔形塊后，動(dòng)態(tài)橫傾角測試結(jié)果見表3。

表3 A 艇動(dòng)態(tài)橫傾角測試試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可以看出：在尾部右舷船底部加裝長240 mm、寬130 mm、后端厚度18 mm 的楔形塊并調(diào)整3次后，動(dòng)態(tài)橫傾角最大值減小到0.4 °，達(dá)到了滿意的程度。

3.2 加裝截流板方案

（1）截流板調(diào)整橫傾的原理

截流板下緣凸出船底板底面一定高度，水流在這一段高度范圍時(shí)，由水平向后改變?yōu)榇怪毕蛳拢瑥亩鴮?duì)艇體產(chǎn)生升力，形成向另一舷的橫傾力矩。通過調(diào)整左、右舷截流板下緣凸出船底板底面的高度來改變左、右舷截流板對(duì)艇體產(chǎn)生的橫傾力矩的大小，達(dá)到調(diào)整橫傾的目的。具體方法是：小艇高速航行時(shí)向哪一舷橫傾，就將這一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)大，或者將另一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)小，直到調(diào)到與船底板底面平齊為止。

需特別注意的是：截流板下緣凸出船底板底面的高度不宜過大，一般不超過40 mm，否則將對(duì)小艇的航速有影響，同時(shí)航向穩(wěn)定性也會(huì)變差；另外，對(duì)于總長小于等于12 m 的小艇，采用截流板調(diào)整橫傾在實(shí)際調(diào)試過程中比較困難，主要原因是：截流板對(duì)小艇產(chǎn)生的橫傾力矩，對(duì)截流板下緣凸出船底板底面的高度太敏感，所以總長小于等于12 m 的小艇，不宜采用截流板調(diào)整橫傾。

（2）加裝截流板的方法

在小艇尾部的尾封板下緣左、右舷對(duì)稱地加裝截流板，安裝位置如圖3 所示。

圖3 截流板的安裝位置示意圖

加裝的截流板的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4 所示。

圖4 截流板詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖

左、右舷截流板下緣凸出船底板底面的高度，需通過試驗(yàn)確定，一般可根據(jù)橫傾角的方向，先將小艇橫傾朝向的一舷，截流板下緣凸出船底板底面的高度取值在10 ～20 mm 范圍內(nèi)：相反方向的一舷，截流板下緣調(diào)到與船底板底面平齊，然后進(jìn)行測試試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整截流板下緣凸出船底板底面的高度，小艇航行向哪一舷傾斜，就將此舷的接截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)大，或者將相反一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)小，直到滿意為止。

B 艇加裝截流板并將截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)整到左舷15 mm、右舷5 mm 后，動(dòng)態(tài)橫傾角測試結(jié)果見表4。

表4 B 艇動(dòng)態(tài)橫傾角測試試驗(yàn)結(jié)果

由表4 可以看出：在小艇尾部的尾封板下緣左、右舷對(duì)稱地加裝截流板并調(diào)整5 次后，B 艇的動(dòng)態(tài)橫傾角最大值減小到0.2 °，達(dá)到了滿意程度。

4 結(jié)束語

本文提供了一種小艇在非平靜水域中高速航行時(shí)動(dòng)態(tài)橫傾角的測量的方法，以及小艇高速航行出現(xiàn)動(dòng)態(tài)橫傾的解決方案，較好地解決了小艇建造過程中出現(xiàn)水線以下艇體左、右舷的幾何形狀不完全對(duì)稱引起高速航行時(shí)動(dòng)態(tài)橫傾的問題；加裝楔形塊和加裝截流板調(diào)整小艇高速航行動(dòng)態(tài)橫傾的兩種方案各有利弊：加裝楔形塊調(diào)整橫傾的方案，優(yōu)點(diǎn)是測試時(shí)，小艇橫傾對(duì)楔形塊的厚度不敏感，小艇橫傾角穩(wěn)定，便于測量和楔形塊的厚度調(diào)整；缺點(diǎn)是每次調(diào)整楔形塊的厚度都需要從艇體上拆下和裝上，且需要進(jìn)塢或者上船臺(tái)；加裝截流板調(diào)整橫傾的方案，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整截流板下緣凸出船底板底面的高度時(shí)不需要從艇體上拆下和裝上；缺點(diǎn)是小艇橫傾對(duì)截流板下緣凸出船底板底面的高度很敏感，小艇橫傾角不穩(wěn)定，不便于橫傾角的測量和截流板下緣凸出船底板底面的高度調(diào)整；另一個(gè)缺點(diǎn)是如果截流板下緣凸出船底板底面的高度過大，將對(duì)小艇的航速有影響，同時(shí)航向穩(wěn)定性也會(huì)變差。