一種古船型線復(fù)原方法研究

魏 斌，馬 娟

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 無(wú)錫交通分院，江蘇 無(wú)錫 214151）

0 引 言

在復(fù)原古船時(shí)，對(duì)于其外觀來(lái)說(shuō)，通常從型線的復(fù)原和上層建筑的復(fù)原2個(gè)方面進(jìn)行研究。研究古船的首要工作是復(fù)原該古船，而復(fù)原古船的第一步是復(fù)原其船體型線，船體型線的好壞直接影響船舶的航行性能和經(jīng)濟(jì)性等。古船的型線復(fù)原可分為以下2種情況。

(1) 根據(jù)出土的古船殘骸進(jìn)行復(fù)原，在這種情況下往往可通過(guò)測(cè)量古船殘骸的型線數(shù)據(jù)得出大部分型值點(diǎn)，因此復(fù)原起來(lái)較為簡(jiǎn)單。

(2) 沒(méi)有實(shí)物，根據(jù)古書(shū)的記載和造船匠的描述進(jìn)行復(fù)原，在這種情況下無(wú)法通過(guò)測(cè)量實(shí)物得到型值，因此復(fù)原起來(lái)較為困難。

本文以無(wú)錫西漳船為例，介紹一種利用造船匠人的描述、通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助的手段對(duì)古船的型線進(jìn)行復(fù)原的方法，為古船的型線復(fù)原提供一定的參考。

無(wú)錫西漳式木帆船已有100多年歷史，是以江蘇省無(wú)錫市西漳鎮(zhèn)命名，載重量從幾噸到百噸不等，分布太湖及蘇南、浙西水系的一種船型優(yōu)良的木帆船，具有航速快、阻力小等特點(diǎn)[1-2]。該船在清代和民國(guó)時(shí)期因性能優(yōu)越而在航運(yùn)界享有盛名，遺憾的是目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存世的西漳式木帆船實(shí)體，也未見(jiàn)到任何技術(shù)圖紙。但是，經(jīng)過(guò)西漳船數(shù)代工匠的實(shí)踐，已總結(jié)出其主尺度確定的演算要領(lǐng)，通過(guò)便于記憶的口訣代代相傳。本文討論的西漳船主要是根據(jù)造船老匠人章桂興師傅總結(jié)的口訣復(fù)原的。

1 西漳船型線復(fù)原

本文以一艘后滿梁舯寬（即型寬）為2.5m的西漳船為例，利用計(jì)算機(jī)輔助的手段對(duì)其型線進(jìn)行復(fù)原。根據(jù)口訣及相關(guān)文獻(xiàn)得出：西漳船的水底長(zhǎng)應(yīng)為其后滿梁寬的3.2倍，即8m，而梢出艙和艏出艙的長(zhǎng)度分別為后滿梁寬的0.84倍和0.96倍；同時(shí)，翅膀梢長(zhǎng)度為后滿梁寬的0.3倍。西漳船的總長(zhǎng)由水底長(zhǎng)、梢出艙、艏出艙和翅膀梢組成，從而得出西漳船總長(zhǎng)為其后滿梁寬的5.3倍，即13.25m。噸長(zhǎng)（即設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)）是總長(zhǎng)去掉翅膀梢之后的長(zhǎng)度，由此得出噸長(zhǎng)為后滿梁寬的5.0倍，即12.5m；水底舯寬為后滿梁寬度的0.6倍，即1.5m。水底前龍門寬及后龍門寬各占水底中寬的55%和65%，即825mm和975mm，見(jiàn)表1。同時(shí)建造10t重的船，后滿梁寬度為6.7裁尺，合今2.33m；建造20t重的船，后滿梁寬度為7.9裁尺，合今2.75m（含板厚）；建造30t重的船，后滿梁寬度為8.6裁尺，合今2.99m；頭梢寬度為“對(duì)折船頭六折梢”；長(zhǎng)寬比為5.3；櫓身長(zhǎng)為船寬的2倍等[1]。

表1 西漳船船型比例（以后滿梁舯寬為單位1計(jì)算）

1.1 船體放樣圖

(1) 根據(jù)水底長(zhǎng)、水底舯寬、水底前龍門寬和水底后龍門寬，同時(shí)將水底長(zhǎng)按水底舯寬 4:6劃分，即水底舯寬距離水底前龍門為4.8m（線段B與線段C之間的水平距離），水底舯寬距離水底后龍門為3.2m（線段B與線段A之間的水平距離），前龍門寬0.82m（線段C的長(zhǎng)度），后龍門寬0.98m（線段A的長(zhǎng)度），水底中寬1.5m（線段B的長(zhǎng)度），制作這些型線的水底放樣圖（1），見(jiàn)圖1。

(2) 利用AutoCAD中樣條曲線功能連接A，B和C等3點(diǎn)，得出水底放樣圖（2），見(jiàn)圖2。

圖1 水底放樣圖（1）

圖2 水底放樣圖（2）

(3) 根據(jù)西漳船的特點(diǎn)，將水底從艉至艏分為 12處肋位，分別是 1號(hào)艉龍門甲梁、2號(hào)艉艙甲梁、3號(hào)房艙梁、4號(hào)中艙甲梁、5號(hào)中艙甲梁、6號(hào)半梁、7號(hào)中艙甲梁、8號(hào)中艙甲梁（桅桿）、9號(hào)大梁、10號(hào)桅廂梁、11號(hào)頭艙甲梁和12號(hào)頭龍門甲梁，間距為0.7～0.8m，此處各肋位間距根據(jù)西漳船的特點(diǎn)及各艙室功能的不同，截取不同的間距，故非等分而得。得到水底放樣圖（3），同時(shí)分別量取每一站的水底放樣寬度，見(jiàn)圖3。

圖3 水底放樣圖（3）

1.2 橫剖線圖

(1) 根據(jù)后滿梁舯寬（即型寬，線段EG的長(zhǎng)度）為2.5m，水底舯寬為1.5m（線段HJ的長(zhǎng)度），通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得出船體舯深（即型深）約為后滿梁寬的0.4倍，即型深約為1m（線段FI的長(zhǎng)度）[2]，作中橫剖面圖（1），見(jiàn)圖4。

(2)根據(jù)文獻(xiàn)[3]的記載，舭部采用勺形大圓弧過(guò)渡，粗略得到完整的中橫剖面圖（2），見(jiàn)圖5。

圖4 中橫剖面圖（1）

圖5 中橫剖面圖（2）

(3) 根據(jù)肋位橫剖面處的最大寬度一般比相應(yīng)肋位的船底寬度大1/4，同時(shí)結(jié)合水底放樣圖（3），并對(duì)舭部采用勺形圓弧過(guò)渡，即可得到各肋位的橫剖面圖（見(jiàn)圖6），此時(shí)并未考慮艏艉鰲水（即艏艉上翹幅度，鰲水參照船底板邊線：鰲水的曲度與水底放樣船底板兩側(cè)曲線的曲度近似，可從圖3中得到）。

1.3 中縱剖面圖

根據(jù)鰲水參照船底板邊線，同時(shí)稍出艙和艏出艙的長(zhǎng)度分別為后滿梁寬的0.84倍和0.96倍，取2.1m和2.4m，即在水底長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上前后分別增加2.4m和2.1m，使水線長(zhǎng)為12.5m，同時(shí)利用AutoCAD中的樣條曲線順勢(shì)延伸，得到中縱剖面圖，見(jiàn)圖7。

圖6 各肋位的橫剖面圖

圖7 中縱剖面圖

1.4 修正后橫剖線圖

結(jié)合“1.2”節(jié)和“1.3”節(jié)，考慮艏艉鰲水（即艏艉上翹幅度），得到修正后的橫剖線圖，見(jiàn)圖8。

1.5 三維船體模型繪制

根據(jù)上述輪廓，利用AutoCAD中建模功能模塊下的“放樣”功能，得到三維船體模型，見(jiàn)圖9。

圖8 修正后橫剖線圖

圖9 三維船體模型

1.6 初步型值獲取

按滿載水線高度與主船體艏艉交點(diǎn)得出西漳船設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)（即垂線間長(zhǎng)），將垂線間長(zhǎng)10等分，從艉至艏命名為0～10號(hào)站，艏艉各加密0.5號(hào)站和9.5號(hào)站；根據(jù)西漳船的船型特點(diǎn)分別定出吃水線和縱剖線，利用AUTO CAD2014版三維剖面交線功能得到船體型線三視圖（見(jiàn)圖9），并測(cè)量、整理出相應(yīng)型值表。

水線選用300WL、600WL和900WL，縱剖線選用300WL縱剖線、600WL縱剖線和900WL縱剖線，對(duì)該三維模型進(jìn)行剖切，從而得到相應(yīng)的站線、水線和縱剖線圖見(jiàn)圖10，進(jìn)而量取相應(yīng)的型值。

1.7 型線光順

利用HDSHM軟件對(duì)初步獲取的型值進(jìn)行型線放樣，對(duì)型線進(jìn)行光順，從而得到較為光順的型線圖；利用HDSHM導(dǎo)出光順后的型值表。

圖10 船體剖面交線生成圖

1.8 靜水力驗(yàn)證

根據(jù)文獻(xiàn)[2]得出該模型船的吃水為 0.9m 之后，利用中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所的靜水力計(jì)算軟件對(duì)光順后的型值進(jìn)行靜水力計(jì)算，得出各靜水力曲線圖，從而驗(yàn)證所復(fù)原的型線符合船舶的基本性能。通過(guò)利用該所的靜水力計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，得出該船的方形系數(shù)為0.6，滿載總排水量約為18t，空載排水量約為3t，載重量約為15t，對(duì)照文獻(xiàn)[1]，符合西漳式木帆船的載重噸位與船體尺寸之間的變化規(guī)律。通過(guò)觀察從軟件中導(dǎo)出的靜水力曲線圖可知，各靜水力曲線光順且符合事實(shí)規(guī)律。因此，可認(rèn)為利用該技術(shù)復(fù)原得到的西漳船型線圖和型值表是可信的。

2 結(jié) 語(yǔ)

古船的型線復(fù)原僅僅是古船復(fù)原工作中的一小部分，若要對(duì)古船進(jìn)行真正的復(fù)原，總體布置與結(jié)構(gòu)、建站手段和方式才是最關(guān)鍵的部分。本文介紹以計(jì)算機(jī)輔助的手段，對(duì)某西漳船進(jìn)行型線復(fù)原，在沒(méi)有出土實(shí)物的情況下基本得到了其型線，從而得到了該船的外輪廓，為后續(xù)的復(fù)原工作奠定了基礎(chǔ)。

【 參 考 文 獻(xiàn) 】

[1] 李心言.江南名舟西漳船[J].鄭和研究，2002 (2): 42-45.

[2] 張依莉，馬娟，周建軍，等.江南名舟西漳木帆船復(fù)原研究[J].江蘇船舶，2016 (3): 39-43.

[3] 朱文博.西漳型駁船的船型分析[J].武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1984 (23): 79-87.

[4] 魏斌，馬娟.基于EFSPD的船首建模研究[J].船舶與海洋工程，2014 (3): 21-23.