深V型滑行艇静水阻力性能影响因素研究

岳国强 姚朝帮 董文才

1中国舰船研究设计中心，湖北 武汉430064 2海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉430033

深V型滑行艇静水阻力性能影响因素研究

岳国强1姚朝帮2董文才2

1中国舰船研究设计中心，湖北 武汉430064 2海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉430033

基于深V型滑行艇的系列模型阻力试验数据，比较系统地分析了深V型滑行艇静水阻力的影响因素，研究了阻力、浸湿面积、浸湿长度以及航行纵倾角随折角线长宽比、重心纵向位置、负荷系数、艇底斜升角等因素的变化规律，指出在舯部斜升角保持24.6°不变的前提下，艇底艉部横向斜升角为10°左右时滑行艇静水中的阻力性能较优，进一步增加增升角度对静水阻力性能不利。

深V型滑行艇；阻力；斜升角

1 引言

滑行艇由于其良好的静水快速性而得到广泛应用，但常规的滑行艇由于过于追求静水阻力性能而普遍采用较小的艇底斜升角，如著名的滑行艇美国系列62的艇底斜升角从舯部到艇尾保持12.5°不变［1］。相同艇重下，较小的艇底斜升角有利于提供较大的滑行面，因而能获得良好的静水快速性，但随之带来波浪中运动性能的恶化及阻力的增加。

为了改善美国系列62在波浪中的运动性能，荷兰Keuning J A及Gerritsina等学者将该系列艇底斜升角12.5°分别增大到25°和30°，并尽可能保持其它艇型参数不变，由此引起了国际上对深V型滑行艇的研究。Keuning的试验结果表明斜升角增大后，系列62的耐波性得到改善，但当折角线长与最大折角线宽之比Lp／Bpx较小时，阻力增量较大［2，3］。为了克服艇底斜升角增大后存在的耐波性改善与静水阻力性能变差之间的矛盾，Keuning开展了艇底纵向扭曲的研究［4］，将底部斜升角从舯部25°连续变换到艉部5°，这为兼顾快速性和耐波性对艇型的不同要求提供了一种解决途径，但Keuning的研究只是尝试性的，其结果还不能为深V型艇型设计提供依据。

2 系列试验模型

考虑到深V型艇来源于滑行艇，其静水阻力影响因素也与常规滑行艇阻力影响因素相同［5-7］，即折角线长与最大折角线宽之比Lp／Bpx，重心纵向相对位置xcgp，体积傅氏数F▽，面积负荷系数Ap／▽2／3，艇底斜升角β等，同时也应注意扭曲型V型艇的艇底特点，引入了艇尾斜升角βA。Ap为艇底部折角线投影面积，▽为排水体积，重心纵向相对位置Xcgp＝（XAP－Xg）／Lp，其中XAP为折角线投影面AP的形心，Xg为重心纵向位置。为了通过有限的系列模型试验达到较系统地研究上述参数变化对深V型艇阻力性能影响的目的，我们设计了与艇型密切相关的SV系列及JYK系列模型，如图1所示，模型参数变化范围如表1所示。

图1 系列模型横剖线图

表1 试验模型的主要参数及变化范围

表1中βM为舯部艇底斜升角。

SV系列共有4条模型，都具有相同的艇底斜升角；变化参数为折角线投影长宽比LP／BPX、面积负荷系数AP／▽2／3、重心纵向相对位置Xcgp以及体积傅氏数。

JYK系列共有5条模型，它们具有相同的折角线投影长宽比LP／BPX、面积负荷系数AP／▽2／3，变化参数为艉部艇底斜升角、重心纵向相对位置Xcgp以及体积傅氏数。

对SV及JYK系列共进行了63个有效试验状态的试验，有关试验数据见研究报告［8］。

3 折角线长宽比变化的影响

对滑行艇来说，折角线长宽比是一个重要的船型参数，它对阻力性能有较大影响，探讨其对阻力、浸湿面积、航行纵倾角以及浸湿长度的影响规律对滑行艇的设计有指导意义。图2～图5给出了xcgp为3%，面积负荷系数为5.5，船舯底部横向斜升角为24.6°，艇尾底部斜升角βA为21.5°，Lp／Bpx变化对单位排水量阻力Rt／W，航行纵倾角θ，浸湿面积以及浸湿长度的影响曲线。从图2中可知：①当F▽＜3时，Lp／Bpx增大会引起Rt／W的减少；②3＜F▽＜4.5范围内，Lp／Bpx对Rt／W的影响不大；③F▽＞4.5时，较小的Lp／Bpx会有较大的Rt／W。

图2 折角线长宽比对单位排水量阻力的影响

图3 折角线长宽比对纵倾角的影响

由图3可知：Lp／Bpx对航行纵倾角影响较大，尤其是在排水航行及过渡航行阶段 （F▽≤3），基本规律是Lp／Bpx增加，航行纵倾角减少。从图4、图5可知，Lp／Bpx增加，引起相同F▽时，浸湿长度及浸湿面积增加，在相同Lp／Bpx时，浸湿长度及浸湿面积随F▽的增加而减少。试验结果［8］表明：xcgp为6%、9%时Lp／Bpx变化对阻力浸湿面积、航行纵倾角以及浸湿长度的影响规律与xcgp为3%的相同。

4 重心纵向位置变化的影响

重心纵向相对位置xcgp变化对阻力性能的影响是在下述各参数相同的基础上进行研究的，即：取Lp／Bpx为4，面积负荷系数为5.5，艇舯底部横向斜升角为24.6°，艇尾底部斜升角βA为21.5°，调整Xg，使xcgp在3%～9%之间变化。xcgp对阻力、航行纵倾角以及浸湿面积的影响规律见图6。

图4 折角线长宽比对浸湿面积的影响

图5 折角线长宽比对浸湿长度的影响

从图6可知：在F▽＜2.5以前，重心纵向位置后移（xcgp增大）时，阻力变大，而当F▽＞2.5以后，重心纵向位置后移单位排水量阻力减少；重心纵向位置后移会使航行时的纵倾角增大，浸湿面积减小。在系列模型参数范围（Lp／Bpx＝4～5.5，AP／▽2／3＝5.5～7），重心纵向位置变化对阻力、浸湿面积、航行纵倾角的影响规律与上述变化规律相同。

5 面积负荷系数变化的影响

面积负荷系数是另一个对滑行艇阻力有较大影响的参数，取Lp／Bpx为4，艇舯底部横向斜升角为24.6°，艇尾底部斜升角βA为21.5°，xcgp为3%，面积负荷系数在5.5～7之间变化。面积负荷系数变化时，单位排水量阻力、航行纵倾角、浸湿面积的变化曲线见图7～图9。

从图7～图9可知，滑行艇在进入滑行状态以前，面积负荷系数增加，单位排水量阻力减少，进入滑行状态之后，规律相反；面积负荷系数的改变对浸湿面积的影响不大；面积负荷系数变化对航行纵倾角的影响较大，随着负荷系数的增大，纵倾角呈减小的趋势。在系列模型参数范围（Lp／Bpx＝4～5.5，xcgp＝3%～9%）内，面积负荷系数变化对阻力、浸湿面积、航行纵倾角的影响规律与上述变化规律相同。

图6 xcgp变化的影响规律

图7 负荷系数对单位排水量阻力的影响

图8 负荷系数对浸湿面积的影响

图9 负荷系数对纵倾角的影响

6 艇尾底部斜升角的影响

为了探究艇尾底部横向斜升角βA对阻力的影响规律，取Xcgp为3%，6%，9%，Lp／Bpx为4.981，面积负荷系数为6.051，βA取值为 5°，10°，15°，21.5°，25°，固定艇舯底部横向斜升角24.6°，变化βA的同时保持排水量不变，得到的静水中单位排水量阻力变化曲线如图10。

从图10可以看出，F▽＜4以前对于不同重心纵向位置，βA改变时单位排水量阻力变化都很小；当F▽≥4，3个重心纵向位置时，斜升角的变化对滑行艇静水中阻力的影响规律相同，βA取15°时阻力性能最差，βA为10°时阻力性能较优。

7 结论

1）存在一个最优的Lp／Bpx使滑行艇的单位排水量阻力最小；

2）重心适当后移对高速时艇阻力减小是有利的，但航行纵倾角却随之增大；

3）F▽≤3.0，面积负荷的变化对阻力影响不大，进入滑行阶段后随着面积负荷系数的增加，阻力增大；

4）在艇舯底部横向斜升角保持24.6°不变的前提下，对于艇底扭曲的深V型艇，艇尾底部横向斜升角10°左右滑行艇静水中的阻力性能较优。

图10 艇尾底部横向斜升角变化时阻力曲线

［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.滑行艇阻力研究进展 ［J］.船舶力学，2000，4（4）：68-81.

［6］ 熊国强.滑行艇艇型参数对船舶性能影响的探讨［J］.湖南交通科技，2001，27（2）：80-82.

［7］ 吴晓光，石仲埅，曹为午.滑行艇船型优化设计［J］.船舶工程，2005，27（3）：15-19.

［8］ 董文才，等.深V型滑行艇系列模型纵向运动试验研究报告［R］.中国国防科学技术研究报告（报告编号2008－502－31），海军工程大学，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

国家自然科学基金（50879090）；“十一五”预研课题yy06－03－（951）－35

岳国强（1953－），男，高级工程师。研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。E-mail：ygq70194＠163.com

姚朝帮（1987－），男，硕士研究生。研究方向：高性能船水动力学

董文才（1967－），男，教授，博士生导师。研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。E-mail：haigongdwc＠163.com