.word资料. 基于系统设计的小水线面双体游艇造型研究 ——以96英尺小水线面双体/三体动力游艇为例 设计艺术学1103班 捷 小水线面双体船在民用船和游艇方面有了日渐广泛的用途，然而这种新型船体的造型设计在我国甚至国际围都仍属于新课题，从一定程度上限制了此类船体在游艇行业的市场。本文通过系统设计的方法，对小水线面双体船的结构和船体布置、运行原理进行了分析和研究，归纳出此类船体造型设计中的特点和制约因素；同时结合当代汽车造型设计的趋势，总结出小水线面双体游艇的造型设计方法，提高此类船体的造型设计工作的效率，为我国小水线面双体游艇的发展提供助力。 关键词：系统设计 小水线面双体游艇 造型设计 正文： 小水线面双体船（small waterplane area twin hull; SWATH）是为改善耐波性，减少兴波阻力，将双体船的片体在水线处缩小宽度造成狭长流线型面的高速船舶。小水线面双体船的概念是从美国产生的。早在1905年美国的Nelson提出用两个下体构成小水线面双体船的原始概念。目前世界各国正致力于开发中速小水线面双体船，在阻力性能、支架型式、线型优化、运动控制等方面已有了很大的突破。1989年日本制造了新一代的载客410名的“海欧2”号小水线面客船，其航速已突破30节，设有鳍控系统，在5级浪中的旅客晕船率为2.8%，而在6级浪中仅为6.5%。英国的FBN公司为减少湿表面积、 提高中速性能、提高纵摇稳定性、减小装载敏感性，采用了中水线面设计技术，这样可取消复杂的自控系统，已建造了400客FDC型艇。该艇在3m浪高下可达到31.7kn航速，创下了小水线面船目前最高航速的记录。 .word资料.

1932年Faust提出小水线面双体船的初步设想。1946年加拿大的Creed、1967年美国的Leopold进一步予以完善并申请专利。1969年美国海军船舶研究与发展中心(DTNSRDC)和美国海军船舶工程中心(NAVSEC)开始进行并完成了一系列小水线面双体船的基础性能研究和方案设计工作。1970年美国海军水下中心(NVC)作为最终用户，对拟建造的靶场试验保障船开始论证并提出设计要求。1971年美国的Thomes G Lang博士在美国加州创办Semi-Submerged Ship Co.(以下简称SSS Co.)申请的小水线面双体船专利，已提出在下体上用单或双支柱形式，及加装后稳定鳍、前鸭式翼鳍与控制系统技术。他也因而受美国海军委托，采用小水线面双体船型，组织设计建造"卡玛利诺"号靶场试验保障船。在充分利用美国海军大量研究试验储备支持下，1972年在马里柯第斯海湾的海岸警备队船厂开工。“卡玛利诺”号于1973年建成，交给美海军水下中心(后改名为美海军海洋系统中心)夏威夷试验站。1974-1975年进行了一系列海上扩大试验，包括4级海情下直升机起降试验。该船成为世界上第一艘实用型小水线面双体船。它在服役中，又经历多次大风浪考验，在4.6米浪高条件下作业，未出现甲板上水现象；在7.6-9.2米浪高条件下航行，无结构损伤。1985年海洋考察部门的10位科学家随该船在夏威夷附近太平洋海域工作达2周之后，全都极力推荐今后海洋考察、水文测量等海上作业都应采用小水线面双体船型。 小水线面双体船具有以下特点：1.出色的耐波性；2.良好的操纵性；3航向稳定性好；4宽甲板，易布置；5排水量变化敏感；6航态变化独特。在以上几个特点当中，我们总结出SWATH在游艇应用中应当能够成为空间大、速度快、操控出色的一类游艇。然而，由于SWATH船型有排水量变化敏感的特点，我们对本次研究设计的主体稍作更改，使之成为小水线面双体/三体船型杂交，并拥有一定储备浮力的新船型造型研究。 在国外双体/三体游艇应用方面，由于小水线面双体船目前为止仍是一种新型船体，因此国外各大厂商对此种新型船体的应用基本仍在探索阶段。以下是我们在资料搜集的过程中所获得的一些此类船体在游艇设计中应用的实例，其中有部分实例仍在概念创作的阶段。 .word资料.

在结构、船体布置方面，我们通过研究得出小水线面双体/三体船具有以下特点：1.甲板宽大，具有比普通船体多出50%-100%的船体布置空间；2.小水线面双体/三体船包括下潜体、支柱体、上船体、连接桥和上层建筑几大部分组成，如图所示为下潜体及支柱体横剖面示意图。3..动力部分一般置于船体水线面以下的潜体中，包括了发动机、螺旋桨、传动装置甚至油箱；这个特点为我们在造型以及空间的设计上提供了更大的灵活性。 基于以上调查以及船体结构、布置特点的分析，我们以系统设计的方法进入对“霹雳游侠”96英尺小水线面双体/三体动力游艇的设计。 1.在系统的高度进行设计理念及造型设计 造型犀利，色彩抢眼，极具攻击性；饰色调统一，营造一种家的气息；美学与功能的完美结合；对未来的思索、以及对科技美和机械美的不懈追求；这些构筑成为我对于高性能游艇的设计理念。 本款设计首先是作为一种交通工具，需要拥有卓越的性能，其次作为游艇，它是一种奢侈品，它需要精致，要美感十足。要注重线条的变化和小的细节处理，要体现出层次的变化美感，各部位要体现功能的实用性，就像瑞士军刀。用硬朗的线条来刻画一种阳刚之美。要体现未来美、科技美和机械美，让人感觉就像勇士身披无坚不摧的铠甲在战斗，如变形金刚所传达的感觉。在颜色的搭配上运用红蓝的搭配，极具科幻色彩。 2.在系统的高度对船型及船体细节进行设计和选择 为了使我的设计拥有卓越的性能即速度性和舒适性，我起初选择了深v单体高速船作为我的设计船型，可是它耐波性较差，无法诠释我设计理念。此外，普通单体船在水中航行之所以阻力较大，主要是水的兴波阻力和摩擦阻力对船的影响，所以我的设计若想拥有较快的速度，就要减小这两个阻力。首先，可以通过减小水线面的大小从而达到减小兴波阻力的目的。其次，可以通过降低船体的湿表面积达到降低摩擦阻力的目的。 关于减小水线面大小，我考虑到了普通小水线面双体船，普通的小水线面双体船由于潜水体在水面以下，水线面比单体船小很多，它的兴波阻力比单体船也要小很多，并且由于船体较宽，具有 .word资料.

很强的稳定性，并且在高海况的条件下，其耐波性能极其出色。但是，兴波阻力的降低也带了一些问题，由于水面以下有大量的排水体积，摩擦阻力依然较大，并且由于俩个片体之间的兴波干扰而产生的兴波干扰阻力，使得双体船在某些航速下并不具有优势。 这个问题改如何解决呢？通过查阅资料，我了解到如果在双体船的俩个片体之间增加一个片体，这样就使原来的双体船变成了三体船，那么这种三体船片体之间的兴波干扰有可能成为有利的干扰，这样原本是对于船体运动不利的兴波干扰变成了有利船体运动的有利干扰，而这种有利干扰与片体和中间的主体的相对位置有很大关系。我查阅了交通大学的培勇先生研究的三体船阻力试验知道，将侧体纵向靠后、横向靠中的布置会有比较好的阻力特性，此时兴波干扰较小，阻力特性较好。基于对于国一些比较前沿的船舶研究的了解，使我最终选择了三体船作为我设计的船型，并且三体船的侧体相对主体将采用纵向靠后，横向靠中的布置（如图1）。

图1 侧体布置图 为了降低船体的湿表面积，我想到将船体底部线型从舯部开始逐渐往俩边抬升，这样的设计成功的降低了船体的湿表面积，从而降低了摩擦阻力，达到了设计要求（如图2）。这样，为了符合我设计理念，关于船体的选择，从最开始的单体船到双体船，在明白双体船也不能达到有效降低阻力的情况下，我选择了三体船的船体形式降低兴波阻力，而侧体采取纵向靠后，横向靠中的布置方式能产生比较理想的兴波干扰，底部线型由舯部逐渐往俩边抬升也减少了湿表面积，降低了摩擦阻力。 .word资料.

图2 底部线型 3.对系统各要素进行的分别设计及统筹规划。 主船体：为使整个船体有较多的储备浮力，主船体采用穿浪双体船的主船体造型设计，从而使本设计成为了小水线面双体船与三体船的杂交船体。主船体的造型趋势灵感来自法拉利恩佐跑车的前脸造型，富有速度感。 下潜体及支柱体：下潜体和支柱体作为提供浮力和支撑上船体的结构，需要与上船体分离并通过支柱体进行连接，宽大的连接部同时可以成为主船体到支柱体的通道，使宽大的支柱体上部空间得到更好的利用。考虑到船体的速度感及流线型，支柱体顶部通过悬臂梁的形式与船体连接，并以此结构为船体提供支撑。而支柱体水面以上部分则的设计与主船体造型趋势一致。 动力部分：动力单元置于两组下潜体，采用喷射水流的方式推进船体运动。

部布置：由于支柱体空间较大，并通过与主船体的连接使支柱体上部成为了主船体空间的延伸。两个支柱体可以分别布置一间卧室和一间船员舱，空间利用非常充分。主船体部则可以很宽松地布置一间主卧，娱乐区和沙龙区，而船尾露天的空间则成为乘客参与户外活动的场所，成为沙龙区的一个延伸。其他系统，包括排水、电路、蓄电池、蓄水池等都被布置在主甲板以下。

4.系统中其他需要解决的问题 1）材料选择 在材料的选择上，船体大部分采用高强度轻质耐腐蚀铝合金，部分地方对强度要求特别高的地方如连接桥，采用碳纤维材料加固。 2)动力配置 在动力设备的配备上，采用氢电池作为主能源，依靠电动机带动，以喷射水流的方式推进船体运动，无污染、亲和自然。

经过以上的设计过程，我们进行了一些草图的绘制，并确定了最后的方案，通过草图的不断磨合，对技术方案的不断了解，我最终确定了最终方案草图，为了将我的方案以更加可视化的方式展现在人们的眼前，我在Alias中建出模型（如图3）。