深V型滑行艇靜水阻力性能影響因素研究

岳國強 姚朝幫 董文才

1中國艦船研究設計中心，湖北 武漢430064 2海軍工程大學 船舶與動力學院，湖北 武漢430033

深V型滑行艇靜水阻力性能影響因素研究

岳國強1姚朝幫2董文才2

1中國艦船研究設計中心，湖北 武漢430064 2海軍工程大學 船舶與動力學院，湖北 武漢430033

基于深V型滑行艇的系列模型阻力試驗數據，比較系統地分析了深V型滑行艇靜水阻力的影響因素，研究了阻力、浸濕面積、浸濕長度以及航行縱傾角隨折角線長寬比、重心縱向位置、負荷系數、艇底斜升角等因素的變化規律，指出在舯部斜升角保持24.6°不變的前提下，艇底艉部橫向斜升角為10°左右時滑行艇靜水中的阻力性能較優，進一步增加增升角度對靜水阻力性能不利。

深V型滑行艇；阻力；斜升角

1 引言

滑行艇由于其良好的靜水快速性而得到廣泛應用，但常規的滑行艇由于過于追求靜水阻力性能而普遍采用較小的艇底斜升角，如著名的滑行艇美國系列62的艇底斜升角從舯部到艇尾保持12.5°不變［1］。相同艇重下，較小的艇底斜升角有利于提供較大的滑行面，因而能獲得良好的靜水快速性，但隨之帶來波浪中運動性能的惡化及阻力的增加。

為了改善美國系列62在波浪中的運動性能，荷蘭Keuning J A及Gerritsina等學者將該系列艇底斜升角12.5°分別增大到25°和30°，并盡可能保持其它艇型參數不變，由此引起了國際上對深V型滑行艇的研究。Keuning的試驗結果表明斜升角增大后，系列62的耐波性得到改善，但當折角線長與最大折角線寬之比Lp／Bpx較小時，阻力增量較大［2，3］。為了克服艇底斜升角增大后存在的耐波性改善與靜水阻力性能變差之間的矛盾，Keuning開展了艇底縱向扭曲的研究［4］，將底部斜升角從舯部25°連續變換到艉部5°，這為兼顧快速性和耐波性對艇型的不同要求提供了一種解決途徑，但Keuning的研究只是嘗試性的，其結果還不能為深V型艇型設計提供依據。

2 系列試驗模型

考慮到深V型艇來源于滑行艇，其靜水阻力影響因素也與常規滑行艇阻力影響因素相同［5-7］，即折角線長與最大折角線寬之比Lp／Bpx，重心縱向相對位置xcgp，體積傅氏數F▽，面積負荷系數Ap／▽2／3，艇底斜升角β等，同時也應注意扭曲型V型艇的艇底特點，引入了艇尾斜升角βA。Ap為艇底部折角線投影面積，▽為排水體積，重心縱向相對位置Xcgp＝（XAP－Xg）／Lp，其中XAP為折角線投影面AP的形心，Xg為重心縱向位置。為了通過有限的系列模型試驗達到較系統地研究上述參數變化對深V型艇阻力性能影響的目的，我們設計了與艇型密切相關的SV系列及JYK系列模型，如圖1所示，模型參數變化范圍如表1所示。

圖1 系列模型橫剖線圖

表1 試驗模型的主要參數及變化范圍

表1中βM為舯部艇底斜升角。

SV系列共有4條模型，都具有相同的艇底斜升角；變化參數為折角線投影長寬比LP／BPX、面積負荷系數AP／▽2／3、重心縱向相對位置Xcgp以及體積傅氏數。

JYK系列共有5條模型，它們具有相同的折角線投影長寬比LP／BPX、面積負荷系數AP／▽2／3，變化參數為艉部艇底斜升角、重心縱向相對位置Xcgp以及體積傅氏數。

對SV及JYK系列共進行了63個有效試驗狀態的試驗，有關試驗數據見研究報告［8］。

3 折角線長寬比變化的影響

對滑行艇來說，折角線長寬比是一個重要的船型參數，它對阻力性能有較大影響，探討其對阻力、浸濕面積、航行縱傾角以及浸濕長度的影響規律對滑行艇的設計有指導意義。圖2～圖5給出了xcgp為3%，面積負荷系數為5.5，船舯底部橫向斜升角為24.6°，艇尾底部斜升角βA為21.5°，Lp／Bpx變化對單位排水量阻力Rt／W，航行縱傾角θ，浸濕面積以及浸濕長度的影響曲線。從圖2中可知：①當F▽＜3時，Lp／Bpx增大會引起Rt／W的減少；②3＜F▽＜4.5范圍內，Lp／Bpx對Rt／W的影響不大；③F▽＞4.5時，較小的Lp／Bpx會有較大的Rt／W。

圖2 折角線長寬比對單位排水量阻力的影響

圖3 折角線長寬比對縱傾角的影響

由圖3可知：Lp／Bpx對航行縱傾角影響較大，尤其是在排水航行及過渡航行階段 （F▽≤3），基本規律是Lp／Bpx增加，航行縱傾角減少。從圖4、圖5可知，Lp／Bpx增加，引起相同F▽時，浸濕長度及浸濕面積增加，在相同Lp／Bpx時，浸濕長度及浸濕面積隨F▽的增加而減少。試驗結果［8］表明：xcgp為6%、9%時Lp／Bpx變化對阻力浸濕面積、航行縱傾角以及浸濕長度的影響規律與xcgp為3%的相同。

4 重心縱向位置變化的影響

重心縱向相對位置xcgp變化對阻力性能的影響是在下述各參數相同的基礎上進行研究的，即：取Lp／Bpx為4，面積負荷系數為5.5，艇舯底部橫向斜升角為24.6°，艇尾底部斜升角βA為21.5°，調整Xg，使xcgp在3%～9%之間變化。xcgp對阻力、航行縱傾角以及浸濕面積的影響規律見圖6。

圖4 折角線長寬比對浸濕面積的影響

圖5 折角線長寬比對浸濕長度的影響

從圖6可知：在F▽＜2.5以前，重心縱向位置后移（xcgp增大）時，阻力變大，而當F▽＞2.5以后，重心縱向位置后移單位排水量阻力減少；重心縱向位置后移會使航行時的縱傾角增大，浸濕面積減小。在系列模型參數范圍（Lp／Bpx＝4～5.5，AP／▽2／3＝5.5～7），重心縱向位置變化對阻力、浸濕面積、航行縱傾角的影響規律與上述變化規律相同。

5 面積負荷系數變化的影響

面積負荷系數是另一個對滑行艇阻力有較大影響的參數，取Lp／Bpx為4，艇舯底部橫向斜升角為24.6°，艇尾底部斜升角βA為21.5°，xcgp為3%，面積負荷系數在5.5～7之間變化。面積負荷系數變化時，單位排水量阻力、航行縱傾角、浸濕面積的變化曲線見圖7～圖9。

從圖7～圖9可知，滑行艇在進入滑行狀態以前，面積負荷系數增加，單位排水量阻力減少，進入滑行狀態之后，規律相反；面積負荷系數的改變對浸濕面積的影響不大；面積負荷系數變化對航行縱傾角的影響較大，隨著負荷系數的增大，縱傾角呈減小的趨勢。在系列模型參數范圍（Lp／Bpx＝4～5.5，xcgp＝3%～9%）內，面積負荷系數變化對阻力、浸濕面積、航行縱傾角的影響規律與上述變化規律相同。

圖6 xcgp變化的影響規律

圖7 負荷系數對單位排水量阻力的影響

圖8 負荷系數對浸濕面積的影響

圖9 負荷系數對縱傾角的影響

6 艇尾底部斜升角的影響

為了探究艇尾底部橫向斜升角βA對阻力的影響規律，取Xcgp為3%，6%，9%，Lp／Bpx為4.981，面積負荷系數為6.051，βA取值為 5°，10°，15°，21.5°，25°，固定艇舯底部橫向斜升角24.6°，變化βA的同時保持排水量不變，得到的靜水中單位排水量阻力變化曲線如圖10。

從圖10可以看出，F▽＜4以前對于不同重心縱向位置，βA改變時單位排水量阻力變化都很小；當F▽≥4，3個重心縱向位置時，斜升角的變化對滑行艇靜水中阻力的影響規律相同，βA取15°時阻力性能最差，βA為10°時阻力性能較優。

7 結論

1）存在一個最優的Lp／Bpx使滑行艇的單位排水量阻力最小；

2）重心適當后移對高速時艇阻力減小是有利的，但航行縱傾角卻隨之增大；

3）F▽≤3.0，面積負荷的變化對阻力影響不大，進入滑行階段后隨著面積負荷系數的增加，阻力增大；

4）在艇舯底部橫向斜升角保持24.6°不變的前提下，對于艇底扭曲的深V型艇，艇尾底部橫向斜升角10°左右滑行艇靜水中的阻力性能較優。

圖10 艇尾底部橫向斜升角變化時阻力曲線

［1］ CLEMENT E P，BLOUNT D L.Resistance tests of a systematic series of planing hull forms［J］.Trans.SNAME，1963，71：491-579.

［2］ KEUNING J A，GERRITSMA J.Resistance tests of a series of planing hull forms with 25 degrees deadrise angle，1982，3：82-253，667.

［3］ KEUNING J A，GERRITSMA J.Resistance tests of a series planing hull forms with 30 degrees deadrise angle，and a calculation model based on this and similar systematic series，1993，6：94-110，673.

［4］ KEUNING J A.Resistance tests of two planing boats withtwisted bottom，1987，87-176.

［5］ 董文才，郭日修.滑行艇阻力研究進展 ［J］.船舶力學，2000，4（4）：68-81.

［6］ 熊國強.滑行艇艇型參數對船舶性能影響的探討［J］.湖南交通科技，2001，27（2）：80-82.

［7］ 吳曉光，石仲埅，曹為午.滑行艇船型優化設計［J］.船舶工程，2005，27（3）：15-19.

［8］ 董文才，等.深V型滑行艇系列模型縱向運動試驗研究報告［R］.中國國防科學技術研究報告（報告編號2008－502－31），海軍工程大學，2008，12.

Study of Influence Factors on Resistance of Deep-V Planing Craft in Still Water

Yue Guo－qiang1Yao Chao－bang2Dong Wen－cai2
1 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China 2 School of Naval Architecture and Power，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

The influence factors of resistance of Deep－V planing craft in still water were systematically analyzed in this paper，based on the experimental data.The variation of resistance，wetted surface area，wetted length and the trim of the planing craft，with respect to the changing of the factors，such as the ratio of the projected chine length to the maximum breadth over the chine，longitudinal center of the gravity，area coefficient，and deadrise angle of planing bottom，were also investigated.The resistance performance of this kind of craft in still water is found to be better，with about 10°deadrise angle at stern，on the condition of 24.6°deadrise angle at middle bottom.

Deep－V planing craft；resistance；deadrise angle

U662.2

A

1673－3185（2009）03－24－04

2009-02-09

國家自然科學基金（50879090）；“十一五”預研課題yy06－03－（951）－35

岳國強（1953－），男，高級工程師。研究方向：船舶與海洋結構物設計制造。E-mail：ygq70194＠163.com

姚朝幫（1987－），男，碩士研究生。研究方向：高性能船水動力學

董文才（1967－），男，教授，博士生導師。研究方向：船舶與海洋結構物設計制造。E-mail：haigongdwc＠163.com