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游艇滑行的秘密

2019-09-28 10:00:18 常州友邦船业股份有限公司 阅读

在水面上高速运动时处于滑行状态的小艇。滑行时因只有部分艇底与水接触,阻力降低显著。滑行艇的排水量一般在200t以内,航速可达40~50kn,甚至70~80kn。在军用方面,采用滑行艇艇型的主要有鱼雷艇、导弹艇、炮艇、猎潜艇、工作艇、侦察艇、布雷艇等;在民用方面,采用滑行艇艇型的有游艇、赛艇、交通艇等。


如果你仔细想想,其实游艇的滑行和世界上其它事情相比也没什么特别的地方。不管以什么方式,你发现你的游艇会自己从水里抬起,利落地呈现出一个优美的角度,并能自由滑行,取得良好的控制。这涉及到各种力量间精妙的平衡。如果你对此持怀疑态度,不妨想象一下一个人刚开始学滑水时的情景:两手叉腰,膝盖抖动,无法很好地控制住平衡,经常掉进水里被呛着。

 

当然,滑水者也是有头脑的。至少,他们中的很多人曾告诉我,在尝试过几次以后,他们不仅掌握了在水上保持站立的姿势,而且也最终学会了不同的技艺: 障碍滑水、旋转以及空翻。所有这些都依赖于由灵活的大脑引导的良好反射能力,但是游艇是没有中枢神经系统的。这就需要我们回答一个大问题:她们是如何做到这些的?


攻角

例如,你是一个普通的滑水者,当你能自由滑水时,你会发现滑水板以4到6度的角度和水发生撞击。只要是在地球上与海水相撞击,那么这个角度是不会变的。(如果你有机会到月球上滑水的话,当然肯定存在很多技术难题,这个角度将不同)。不管怎样,这个角度是整个问题的核心。那些经常有聪明点子的工程师们称这个角为“迎角”或“攻角”(听起来有点像巴顿将军的用语),但民间俗称它为“滑行角”或“纵倾角”。

 

平方级别的增加

当你将油门往前推,你的滑行艇将向前航行,起初速度很慢。水流将较慢地冲击船身底部前端,因而施加的力也较小。当你加大油门后,水流冲击船体底部的力度将变大。实际上,水流冲击船体底部的力量是速度的平方。例如,如果船体速度是7节时,船首船体受到的水流压力是360千克的话,那么在速度是14节时 其力度将达到1450千克。

 

由于滑行艇船首都是圆滑设计,因而实际上,水流的作用力都是从底下作用在一个弯曲的斜面上。360千克的力只能将船首抬起约5厘米,但是1450千克的力就能抬起船首高达38厘米之多。在这种情况下,如果你驾驶的是一艘排水型艇,她的尾部将下压,从而导致海水从浸入水中的排水管涌进尾阱内,而与此同时,船首又保持着持续上抬的趋势,此时,即使增加再多的动力也不能使她的速度增加,只有可能使她最终“ 滑”向沉没。

 

宽阔的船尾

一个设计正确的滑行船体意味着船尾较宽,同时也相对较平坦。由于船体前部遭受水流冲击,这个平坦的船尾也将被下压,从而船尾也将更直接地和水流接触,显然,这也将推动船尾向上翘。从另一个角度来看,这个过程的继续(速度不断加快)也将促使水的压力中心继续向后移动,直至它逼近船体重心点才会停住。 对于设计正确的滑行艇而言,重心大约在船尾往前水线35%至38%的地方。

 

这样做的好处就在于,宽敞平坦的船底不仅能防止船只下沉,而且它同时可以帮助抬升船体,减小阻力。更为重要的是,现代滑行船体上的舭缘线在破浪前行时能更大地减少摩擦阻力。

 

底部压力

 水流对船体所产生的压力可能很大。在航速为30节时,一艘典型的9米长滑行艇可以从水中升高25至35厘米。你可以根据以下方法计算你的滑行艇船体底部所受到的压力:

 

船底压力或抬升力(千克)=0.586x滑行平面面积(平方米)x速度的平方(节2)

 

在这里,“滑行平面面积”等于游艇在标准速度时在水中的船体面积。它大约等于水线长度的55%乘以舭缘线处船宽。假如船体总长为9.1米,水线长度 为7.62米,船宽为3米,舭缘线处船宽为2.74米,排水量为5.67吨,那么该游艇的滑行平面面积是124平方英尺(7.62x55% = 4.19米,然后,14.19x2.74= 11.5平方米)。

 

如果船体速度为28节,那么她的底部压力将为11666磅(0.586 x 11.5 平方米x (28节)2 = 5283千克=11666磅)。因此,这很接近于你预期的该艇重量。实际上,游艇将离海面很远,但不幸的是,并不是所有的底部压力都能用于船体提升,大约有20%是用于拖拽(阻力),这就意味着只有4226千克才是真正用于提升船首。(同时也有其他力量用于向后退拽,它的总阻力大约能达到1吨)。即使这样,4226千克也能将快速行驶的这艘9米长滑行艇抬升22厘米。


毫无疑问,如果所有的设计都合理,这艘滑行艇的船首将以4到6度的角度抬起。即使她没有 一个中枢神经系统,也将自动达到这个合理的滑行状态。