現(xiàn)代玻璃鋼游艇設(shè)計要點

1、現(xiàn)代玻璃鋼游艇設(shè)計要點李華彥 李明 （大連水產(chǎn)學(xué)院）摘要 本文在搜集了歐美等國大量的現(xiàn)代豪華游艇資料基礎(chǔ)上，對這些游艇的尺度參數(shù)、船型特征、航海性能、布置及最新建造材料等諸方面進行了分析研究，給出一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對借鑒國外先進技術(shù)、提高我國游艇設(shè)計與制造業(yè)的水平有一定的參考價值。關(guān)鍵詞 玻璃鋼 游艇 參數(shù)分析1玻璃鋼游艇的發(fā)展現(xiàn)狀在當(dāng)今世界船舶市場上，游艇工業(yè)發(fā)展迅速，而休閑用豪華游艇在國際市場上占有巨大份額，并且?guī)佑瓮浼?、水上運動器材等相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，年貿(mào)易額巨大，甚至可與商船相比擬。玻璃鋼（以下簡稱FRP）游艇主要在美、英、意、荷蘭等歐洲國發(fā)展迅速，技術(shù)先進、豪華程度高。美國是生產(chǎn)FR

2、P游艇最早且最多的國家，也是建造世界上最大的FRP游艇的國家，最大長度為44m。英國的游艇豪華程度高，價格昂貴。意大利是歐洲制造35m以上大型豪華游艇的中心之一。據(jù)報道，2005年我國臺灣省FRP游艇建造量已躍居世界第五，成為重要的出口產(chǎn)品之一1。我國的FRP游艇是從70年代開始起步的，前期發(fā)展速度緩慢。隨著改革開放的不斷深入和旅游業(yè)的發(fā)展，近幾年來，F(xiàn)RP游艇業(yè)悄然興起，生產(chǎn)廠家主要集中在南方的廣州、深圳、福建、廈門、珠海、上海、揚州等地和北方的山東、遼寧等地。游艇在出口的同時也進入了我國的一部分先富裕起來的人群的休閑生活之中，引領(lǐng)了我國的FRP游艇市場?？梢灶A(yù)計，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我

3、國的游艇市場前景不可估量。因此我們要抓住這一發(fā)展契機，利用我國制造FRP游艇的有利條件，快速發(fā)展我國的FRP游艇業(yè)。與歐洲FRP游艇發(fā)達(dá)國家相比，目前我國的FRP游艇業(yè)還處于發(fā)展不完善階段，因此有必要借鑒國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗。本文收集了近幾年來歐美比較流行的豪華FRP游艇三十多艘2345，并進行整理和分析，僅供同仁參考。主要參數(shù)歐美FRP游艇的尺度范圍較大，艇長Loa=5m44m，佛汝德數(shù)，體積佛汝德數(shù)()。屬于一種尺度相對較小、航速較高、受力復(fù)雜、布置難度大、使用要求高的過渡型快艇或滑行快艇。一般情況下，艇長在12m以下屬于小型快艇。佛汝德數(shù)FN3.0時，艇體重量幾乎全部由作用在艇底的流體動

4、力所支持，即為滑行艇。與排水型船考慮的因素不同，快艇主要參數(shù)的選擇應(yīng)在滿足定員艙布置要求的基礎(chǔ)上，著重考慮耐波性、操縱性及航行中的穩(wěn)性等航海性能。 圖1所示為歐美豪華型游艇的L與B的關(guān)系曲線；圖2為L與L/B的關(guān)系曲線。圖1 L與B的關(guān)系曲線 圖2 L與L/B的關(guān)系曲線回歸方程為：B=0.2022*Lw+1.8 或 Lw/B=0.0633*Lw+2.1 (1)據(jù)統(tǒng)計L/B=2.54.1,遠(yuǎn)小于FN在0.3左右的中速普通排水型船。其目的在于增加艇體展弦比，以提高水動力性能6。從圖中可以看出，在艇長較小時，對應(yīng)的L/B較小，隨著長度的增加，L/B呈增加趨勢。 對B/d隨艇長的變化統(tǒng)計值為：在艇長為

5、14m以下時的B/d=4.05.5；艇長大于14m時，B/d值較平緩，在5.25.7之間，其值比中速普通排水型船高很多（如 FN在0.3左右的漁船，其B/d3.0）。這是由于快速游艇在航行狀態(tài)受力復(fù)雜，對穩(wěn)性要求較高的緣故。 另外，這些游艇的干舷值亦比普通排水型船的大，這一點與普通客船類似，因為大的干舷對大傾角穩(wěn)性有利。3 船型如上所述，F(xiàn)RP游艇屬于過渡型快艇或滑行快艇范圍，型線以折角型為主，尾部采用方尾。一般常見的有單折角形（即在平板龍骨與舭部折角之間的艇底板有1道縱向折角線）和雙折角形（即在平板龍骨與舭部折角之間的艇底板有2道縱向折角線）。其特點是增加艇底板的褶皺，產(chǎn)生數(shù)個小滑行平面，在

6、增加滑行效率的同時，增加艇底板的剛性。舭部折角線還可以起到舭龍骨的減搖作用。尾部采用方尾，方尾的相對寬度fB=BT/BX(BT：方尾寬度；BX：艇的最大寬度)表征尾部的收縮程度。對于高速快艇，適當(dāng)增加fB可以增加尾部水壓力作用不使艇體的航行縱傾過大，同時還可使尾部水流收縮不致太快，從而增加了“虛長度”，因而對阻力性能有利6。另外，方尾還具有有利于尾部上甲板、舵機艙和推進器等布置以及增加穩(wěn)性，便于施工等優(yōu)點。對于FN3.0的高速游艇，一般采用深V型，底升角在首部較大，最大可達(dá)60，由舯向尾升角逐漸減小，到尾板處升角接近0。以減輕高速航行中的首部拍擊現(xiàn)象，有利于耐波性。尾部采用較平坦的縱剖線，可以

7、減小高速水流的能量損失，也可以使縱中剖面面積不至于過小，有利于滿足操縱性的要求4 縱穩(wěn)性 與普通排水型船不同，因為小型快艇的L/B相對較小，導(dǎo)致縱穩(wěn)心半徑小，據(jù)統(tǒng)計艇長在10m以下的游艇，其H/LW=1.11.6（H-縱向初穩(wěn)性高；LW水線長），因此保證縱向穩(wěn)性是小型快艇設(shè)計中的一個重要問題。應(yīng)適當(dāng)減小FRP游艇的進水角，并使浮心位置后移，這對減小剩余阻力是有利的。為了減少高速艇的“海豚”現(xiàn)象，建議適當(dāng)?shù)匕阎匦耐耙葡蛲保⌒奈恢脩?yīng)位于重心之后附近，使游艇在靜水中處于輕微首傾，在航行中隨著速度的提高，浸水線不斷向后縮短，浮心逐漸后移與水動力所產(chǎn)生的升力作用線合成使游艇首部抬起，這時不至于因升

8、力作用點沿縱向變化而遠(yuǎn)離重心發(fā)生過大的縱向搖擺，即有利于縱向穩(wěn)性。筆者對艇長在10m以下的小型游艇的浮心縱向位置LCB進行了統(tǒng)計，其取值范圍在舯后（7%10%）L。對于深V型滑行艇，建議使用文獻(xiàn)6提供的計算方法?？巳R門特（Clement）將62系列模型的穩(wěn)定性試驗資料整理為對FNV關(guān)系曲線，如圖3所示。不發(fā)生海豚運動的限界曲線可以用如下方程式表示： 式中：-壓力中心，即重心在艇尾板前面的距離，m；b重心縱向位置處的艇體寬度（包括防濺條在內(nèi)），m；FNV排水體積佛汝德數(shù)。CL-動載荷系數(shù)，MHP/圖4 （3）式與實船資料比較 （2）-艇的排水量，kg；-水的密度，kgfs2/m4；-艇的航速，m

9、/s。 B平均艇寬，m； BX艇中部折角線處寬度，m； BT-艇尾板折角線處寬度，m。使用圖3曲線的方法是，先用（2）式計算動載荷系數(shù)CL；再計算和FNV ，然后判斷點（FNV ，）是否在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。 4 快速性過渡型快艇的棱形系數(shù)Cp值的選取與設(shè)計航速有關(guān)。一般按略小于“理論最佳棱形系數(shù)”的原則選定。這是因為這種艇的經(jīng)常使用速度往往低于設(shè)計速度。取略小于最佳的棱形系數(shù)，對阻力性能是有利的，相反的如果取“最佳值”，使艇經(jīng)常處于不利狀態(tài)下。 航速粗估在設(shè)計工作和營運工作中都是比較重要的，根據(jù)統(tǒng)計并回歸，游艇航速與主機功率存在如下關(guān)系： （3）式中：V游艇航速，kn； MHP主機總功率，kw；-游艇

10、排水量，t； L水線長度，m。若將估算航速的（3）式與游艇資料繪制成圖4，能很好地反映游艇與的關(guān)系。5 布置圖5 玻璃鋼豪華游艇歐洲豪華游艇造型美觀大方，內(nèi)部裝飾高檔舒適。游艇集水上運動、娛樂及休閑渡假為一體。一般情況下，艇長在20m以上的為34層甲板，而艇長在20m以下的為12層甲板。圖5為一艘艇長20.4m的豪華游艇，圖6為各層甲板布置圖，圖7為室內(nèi)裝飾圖。整個艇體和駕駛室縱向為流線型，前壁類似轎車的造型。駕駛座位后帶有飛橋造型，看上去又象空中飛行的飛機。主船體一般設(shè)有首尖艙、高檔客艙區(qū)、機艙、船員艙以及尾尖艙（兼舵機艙）。首尖艙至尾尖艙之間設(shè)雙層底。在水線以上附近艇體尾部探出1.21.5

11、m可作為跳水用的一個小平臺，平臺上鋪柚木地板，設(shè)有冷、熱水淋浴。在尾部一側(cè)裝有通向水面的梯子，供上下艇和游泳時使用。平臺上常常放置一個用于水上游玩的氣囊皮筏。圖6 各層甲板布置圖主甲板上設(shè)有寬敞的餐廳并兼作娛樂室，環(huán)繞沙發(fā)圍繞著可折疊的餐桌、小型吧臺及各種餐飲陶瓷器具。艙室內(nèi)配有高檔彩電圖6 豪華游艇各層甲板布置圖和立體聲系統(tǒng)。廚房內(nèi)電冰箱、雪糕機、微波爐/燒烤爐/鍋灶、餐具、洗碗機等具全。圖7 室內(nèi)裝飾圖餐廳的前方是駕駛臺和駕駛沙發(fā)。主要航海儀器有：電子控制舵系統(tǒng)、水動力舵輪、雷達(dá)/海圖繪制儀、GPS航海儀、自動導(dǎo)航儀、電子速度測程儀、測深儀、舵指示器、淡水、燃油指示器、高頻無線電雙重配置開

12、關(guān)電力操縱板及羅盤、操縱桿等。裝有安全報警系統(tǒng)、攝像和對主舵監(jiān)控中央TV系統(tǒng)、機艙滅火系統(tǒng)、制淡水機等。主機配置分內(nèi)部機艙和舷外掛機兩種類型。主機安裝配有機座減振和吸音板等裝置。推進裝置中，與內(nèi)部機艙相匹配的是尾圖7 室內(nèi)裝飾圖軸螺旋槳。多數(shù)游艇配有2臺主機，艇長在20m以上的也有配置3機3槳。為了增加螺旋槳的直圖7 室內(nèi)裝飾圖徑和浸水深度，一般采用尾部隧道式或半隧道式線型，螺旋槳的葉稍一般低于主船體基線，基線以下最低點的值視螺旋槳的直徑不同而異，最大值可達(dá)-0.8m。6 游艇材料隨著科技的發(fā)展，船艇設(shè)計的性能不斷提高，人們對快艇速度的要求也在不斷提高?？焖儆瓮艿礁叩膹姸蓉?fù)荷，這就要求其必

13、須具備較高的強度和剛度。而具有剛性不足、強度有余特點的傳統(tǒng)玻璃鋼結(jié)構(gòu)已不能滿足現(xiàn)代高速艇的發(fā)展要求。近幾年對玻璃鋼材料的改進主要體現(xiàn)在夾層結(jié)構(gòu)、增強材料及樹脂系統(tǒng)。對于夾層結(jié)構(gòu)，目前采用夾心結(jié)構(gòu)代替過去的單板結(jié)構(gòu)。實踐證明，夾心結(jié)構(gòu)在剛性方面明顯地優(yōu)于單板結(jié)構(gòu)。目前國外出現(xiàn)了聚丙烯蜂窩狀夾心材7，這種夾心材的抗彎、抗沖擊強度都優(yōu)于其它夾心材，而且還能達(dá)到阻燃效果，單位重量也低于其它夾心材，施工方法也比其它夾心材簡單。對增強材料和樹脂系統(tǒng)的改進。近年來復(fù)合氈合成纖維與玻璃氈組成的混合材料已得到應(yīng)用。這種材料可提供更優(yōu)的性能，更低的樹脂含量，能更好地控制船體重量。例：將Kevlar纖維與玻璃纖維組

14、成混合增強材料，用于對強度負(fù)荷要求較高的高速船體上，仍能使船體重量減少12%7，而且完全可以滿足它的強度要求。對表面膠衣系統(tǒng)的改進?，F(xiàn)在世界上制造豪華玻璃鋼游艇的廠家已開始使用一種稱作Barrier coat的樹脂。這種Barrier coat樹脂用在膠衣層后面，湖制層前面。起到了一個膠衣層和湖制層之間壓力傳遞和緩解的作用。有很好的防滲透能力。Barrier coat樹脂與膠衣層和湖制層有著非常好的化學(xué)共溶性，非常強的粘接強度。在玻璃鋼船艇上使用結(jié)果表明，Barrier coat樹脂層還能減少膠衣層的破裂現(xiàn)象7。7 結(jié)論1 歐美豪華型游艇的L與B或L與L/B存在一定的規(guī)律，設(shè)計時可采用回歸公式

15、(1)進行粗估。2 歐美豪華型游艇在艇長為14m以下時的B/d=4.05.5；艇長大于14m時，B/d值較平緩，在5.25.7之間，其值比中速普通排水型船高很多。3 保證縱向穩(wěn)性是小型快艇設(shè)計中的一個重要問題。保持艇體浮心位于重心之后附近是減小快艇產(chǎn)生海豚現(xiàn)象的有利措施，小型游艇的浮心縱向位置LCB的最佳取值范圍在中后（7%10%）L。4 根據(jù)大量游艇的統(tǒng)計資料并回歸的游艇航速與主機功率的關(guān)系式（3）可作為游艇初步設(shè)計階段的粗估計算。游艇是海洋文化的組成部分，隨著人類社會的不斷發(fā)展，游艇的魅力和對人們的誘惑力逐漸超過汽車。現(xiàn)代游艇以其多姿多彩和高雅的娛樂方式而成為人們休閑娛樂方式的最佳選擇之一。參考文獻(xiàn)1 N.中國船舶報.2005年第51期P10 2 R. Sunseeker International Limited SUNSEERK INTERNATIONAL 2004 England3 R. Celebrity Boats Corporation CELEBRITY 2001 Canada4 R. BAYLINER (America) AQUATIC SUPPLIES DIRECTORY