航海模型HYDRO艇的性能特点及艇型设计

周建明

为了更好地推动航海模型运动的发展，提升航海模型比赛的观赏性与趣味性，提高普通大众的观赛热情，近年来，世界航海模型联合会（NAVIGA）在航海模型世界锦标赛竞速艇模型项目比赛中，推出了几项无线电遥控多艇同场追逐竞赛的新项目，HYDRO艇竞赛就是其中重要的一项（竞赛分MINI-HYDRO、HYDRO-I、HYDRO-II三个级别）。我国也将该项目列入了全国航海模型锦标赛的正式项目。

HYDRO艇的性能和特点

1.直线快速性

HYDRO艇是电动双浮体三点式滑行艇，靠半浸式螺旋桨推进航行。由于HYDRO艇只靠前面两个浮体的滑行面（点）和主艇体的尾部（螺旋桨）接触水面滑行，因此艇的湿水面积很小，航行阻力极低，在风平浪静时直线速度相当快。特别是在100m的直线赛道上，能充分发挥HYDRO艇直线速度快的优点。

2.迴转性能

三点式HYDRO滑行艇在转向时，因为向心力的作用，所以船体会向所转方向的圆心倾侧，导致内侧浮体的速度减慢、下沉，吃水瞬间加大，滑行阻力也随之显著增大，这使艇的转向变得困难。这也正是HYDRO艇最大的缺点——迴转性能差。由于比赛中6-8艘赛艇追逐竞赛的场面复杂多变，迫使HYDRO艇航行时不得不经常左闪右躲，以避免被其它赛艇撞击或撞到其它赛艇，因此固有的迴转能力差和需要良好的迴转性能，成为HYDRO艇设计中一个很大的矛盾。

3.加减速性能

与其它多艇追逐竞赛项目一样，HYDRO艇在竞赛过程中，也经常要利用加减速避开突然减速或转向的其它赛艇。而根据滑行艇的滑行原理，赛艇从静浮状态到正常滑行需要一个过程，竞赛中则应使这个过程越短越好，这就要求赛艇拥有良好的起滑性能。不过，因为HYDRO艇艇底的起滑面只有很窄的左右两个浮体的底部以及未起滑时主艇体的底部，所以在低速状态下，水面给予艇底的升力太小，导致HYDRO艇的起滑性能并不好。因此，自身起滑性能差与需要起滑性能好以利于频繁的加减速，是HYDRO艇设计中另一个很大的矛盾。

4.半浸螺旋桨的影响

竞赛规则规定，HYDRO艇只能安装和使用半浸螺旋桨。半浸螺旋桨在旋转时（从艇艉向艇艏看为逆时针旋转），两个桨叶一个在水里，另一个在空中，相互交替。其最大优点是，消除了螺旋桨两个桨叶同时在水中旋转时水流互相干扰并产生涡流的不利因素，螺旋桨的效率得到很大提高，产生的扭矩以及反扭矩也大大增加。扭矩增大，能增强HYDRO艇的动力，是好事，而反扭矩随之相应增加，却会给HYDRO艇带来麻烦：一是航行时赛艇会绕自身轴线向右旋转倾侧；二是赛艇在直线航行时，会受到向右的扭矩作用，使其向右偏航.

5.抗浪要求

从图1可以看到，HYDRO艇竞赛航行的水域较大，容易受风力、风向的影响。同时，HYDRO艇的主尺度较小，多艇航行产生的波涛更容易使赛艇在航行时上下颠簸。为此，如何使HYDRO艇的直线速度与迴转性能俱佳，是艇型设计时要重点考虑的问题。

HYDRO艇的艇型设计

1.满足HYDRO艇快速性的要求

依照一般滑行艇快速性的设计要求，首先要减少艇底的湿水面积、减小滑行阻力。但HYDRO艇是三点式滑行艇，其艇底面积本来就不大，如果将两个浮体和主艇体做得太小，会导致浮力不足，可能使赛艇沉没。因此，须在保证赛艇装上所有设备不沉的前提下，将两个浮体和主艇体的宽度设计得尽量窄一些。此外还应注意，太窄的浮体底部并不利于HYDRO艇的滑行。

航海模型爱好者都知道，平底滑行艇艏底部冲角的大小对赛艇起滑性能有较大影响。因此，可将这一原理应用到HYDRO艇的浮体上，即在浮体底部中段设计一个冲角，使水对浮体底部的升力加大。实践证明，只要冲角角度设计适当，就能加快HYDRO艇的滑行速度。如果冲角太大，会使赛艇“抬头”航行。当抬起的艇艏失去水面浮力的支撑时，就会跌落回水面。如此不断地反复抬头跌落，就是所谓的“海豚”现象。而若冲角太小，则会使整个浮体底部都埋入水中，导致航行阻力增加，赛艇的滑行速度自然减慢。以MINI-HYDRO艇为例，赛艇的主艇体宽度约54mm、浮体宽度约33mm，合适的浮体滑行面冲角角度应在8°-9.5°之间，主艇体艏部的冲角角度约为4.5°-6°。

另外，主轴的推力线角度对HYDRO艇的快速性影响也很显著。当推力线向上时，赛艇会艏倾航行（低头）；当推力线向下时，赛艇会艉倾航行（抬头）。艉倾和艏倾航行都不利于赛艇高速滑行，正确的设计是使推力线呈水平状态。

2.改善迴转性能

由于三点式滑行艇的局限性，HYDRO艇的迴转性能显然无法与单体滑行艇相提并论。因此，设计时只能尽量改善HYDRO艇的迴转性能。如前所述，HYDRO艇在迴转时，转向一侧的浮体会减慢速度、下沉，不利于航行。为此，应使该侧浮体快速滑出水面，减小这一不利因素的影响。而仅靠浮体中后段的滑行冲角产生的升力明显不够，故可在浮体的艏部增设一个大冲角，以加大起滑效果。

从图1可以看出，HYDRO艇的正常竞赛航线为逆时针方向，两端各有一个半径10m的半圆形航线，因此只需着重考虑赛艇向右转向的问题。为使赛艇在向右转向时右侧浮体尽快滑出水面，其大冲角要比左侧浮体的更大。以MINI-HYDRO艇为例，其左侧浮体的大冲角约25°，右侧约29°。

大家知道，赛艇的长宽比越大（瘦长），迴转半径越大；反之，长宽比越小，迴转性能越好。因此，主艇体的长度应设计得尽可能短些。当然，要以装下所有的设备和保证赛艇的浮力为前提。以MINI-HYDRO艇为例，主艇体的长度通常为435mm左右。若按两个浮体的最大宽度（325mm）算，其长宽比为1.338。

3.提升加减速性能

前文提到的浮体大冲角，对提升赛艇的加减速性能也有作用。赛艇减速后，能依靠这个大冲角尽快滑出水面，整个艇体（包括两个浮体和主艇体）都会浮在水面上。如果主艇体艏部也增加一个冲角，同样能产生起滑的作用。以MINI-HYDRO艇为例，可在主艇体艏部设计一个4.5°-6°的冲角.

4.克服反扭矩

根据图2与图3所示，强烈的反扭矩会使赛艇向右倾侧，并导致其向右偏航。

解决赛艇向右倾侧的问题，首先应加大赛艇的总宽度；其次，应使右侧浮体底部滑行面宽度比左侧更宽一些；第三，在安排主艇体舱内设备、电池时，尽量靠左安装，以使赛艇重心偏向左侧，必要时可以在左侧浮体上安放适量的压铅配重。

而要解决赛艇向右偏航的问题，可在设计时将赛艇的推进轴向右偏移8-9mm，使螺旋桨产生一个推动赛艇向左偏航的力矩，抵消螺旋桨的反扭矩。

5.提高抗浪性能

相对于单体滑行艇较大的艇底湿水面积，虽然HYDRO艇的艇底滑行面本身不大，受风浪的影响较小，但设计时仍须考虑这一问题。如前所述，加大赛艇总宽度，可兼顾改善其抗浪性能。此外，将浮体横剖面的V形角设计为2.5°-3°，也能改善赛艇的抗浪性能。

艇艉的舵除作为赛艇转向的主要部件外，它在赛艇直航时垂直插在水中，本身就能起到减少赛艇左右摇摆的作用。然而仅靠舵远远不够，还应在右侧浮体内侧安装一块垂直插在水里的水刀。水刀不但有助于改善赛艇的抗浪性能，还能提高赛艇直线航行时的航行稳定性和迴转性能。

作为航海模型竞赛的一个新项目，尽管大家对于HYDRO艇的经验不多，但通过竞赛实践，相关的设计方案会变得越来越成熟完善。