國(guó)外艦船外形分析

王安存（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心,武漢 430064）

國(guó)外艦船外形分析

王安存
（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心,武漢 430064）

摘 要：艦船外觀體現(xiàn)著其作戰(zhàn)使用功能、技術(shù)水平。文中選取國(guó)外典型艦船進(jìn)行外形要素量化提取，分析外形要素對(duì)艦船總體設(shè)計(jì)的影響。關(guān)鍵詞：艦船外形；總體設(shè)計(jì)；分析

1 引言

軍艦作為搭載戰(zhàn)爭(zhēng)武器的海上鋼結(jié)構(gòu)建筑，具有顯著的外觀特征，外觀特征給人以不同的感性認(rèn)知[1]。一艘布置井然有序、外形高大的艦船能給人一種威武感、迅捷感和現(xiàn)代感，可增強(qiáng)其影響力和威懾力。艦船設(shè)計(jì)師在保證作戰(zhàn)使用要求的前提下開(kāi)展艦船外觀設(shè)計(jì)，使艦船集中體現(xiàn)著時(shí)代最先進(jìn)的技術(shù)水平和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念。

艦船形狀分為水線下形狀和水線上形狀。文中所述船舶外形是指艦船水線上部分，主要包括其船體水上部分、上層建筑及其武器、電子設(shè)備組合的整體造型。艦船外形與裝艦設(shè)備有著密切關(guān)系，綜合體現(xiàn)出作戰(zhàn)使用功能。優(yōu)秀的外觀設(shè)計(jì)可與艦船功能設(shè)計(jì)相互補(bǔ)充，不僅可體現(xiàn)其使用功能，而且體現(xiàn)出其技術(shù)特征和美學(xué)特性[2]。近年來(lái)國(guó)外艦船尤其注重外觀設(shè)計(jì)，日益凸顯出趨勢(shì)性特征。本文對(duì)國(guó)外當(dāng)代典型艦船外形進(jìn)行分析，梳理艦船外形普遍特點(diǎn)，總結(jié)艦船外形的一般規(guī)律，為艦船外形設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

2 國(guó)外艦船外形分析

2.1 外形分析要素

艦船外觀研究要素較多，難以全面計(jì)及，本文僅針對(duì)其中部分要素，對(duì)艦船側(cè)視圖、力線、上層建筑、艏柱斜度等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）側(cè)視圖。艦船外形分為多向視圖，一般選艦船的側(cè)向作為研究對(duì)象。是由于側(cè)向視圖表現(xiàn)內(nèi)容更豐富，展現(xiàn)出的美感更強(qiáng)。側(cè)視圖包含水線以上的主船體、上層建筑、桅桿以及各種武器設(shè)備。側(cè)視圖中體現(xiàn)出艦船視覺(jué)構(gòu)圖上的統(tǒng)一與均衡[3]，通過(guò)整體的外形線條構(gòu)成以及上層建筑數(shù)量、位置分布實(shí)現(xiàn)。

（2）力線[4]。力線是引導(dǎo)人的視覺(jué)注意力并把各構(gòu)型連成整體的線條。這些線條大多位于構(gòu)型的表面。力線的指向、分布以及相互的配合可以給人不同感觀，是艦船造型的重要內(nèi)容。力線有時(shí)還出于外形隱身角度考慮。外形隱身設(shè)計(jì)日漸受到重視，為力線設(shè)計(jì)增添新的內(nèi)涵。

（3）上層建筑。位于主艦體以上的艦面艙室及大型凸出結(jié)構(gòu)。考慮到煙囪在艦艇側(cè)視圖中占據(jù)面積較大，也計(jì)入上層建筑，連續(xù)的上層建筑按一個(gè)上層建筑計(jì)。主要分析上層建筑的數(shù)量、與艦體的相對(duì)尺度和位置。上層建筑的長(zhǎng)度表征了上層建筑大小，影響艦艇穩(wěn)性。上層建筑相對(duì)艦體的位置影響艦艇重心縱向位置。現(xiàn)代的煙囪設(shè)計(jì)形式一般考慮外形隱身和紅外隱身設(shè)計(jì)。在外形中主要計(jì)及與上層建筑的結(jié)合情況。

（4）艏柱斜度。艦艇的艏柱與水線的夾角。艏柱一般為近直線的弧形，本文將其簡(jiǎn)化為直線，計(jì)其整體與水線的夾角。艏柱斜度表征了艦艏外飄程度，影響艦體的威武感。

（5）主甲板線型。主甲板在側(cè)視圖中的線條形式，表征了艦體艏艉外觀設(shè)計(jì)。艏艉上翹的主甲板形式在增強(qiáng)美觀效果的同時(shí)，還有助于減緩艏部上浪。

2.2 國(guó)外艦船外形要素

文中主要選擇了美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、日本、法國(guó)、德國(guó)具有代表性的11條艦船開(kāi)展外形分析。為使不同的艦船之間具有良好的對(duì)比性，本文對(duì)各艦相對(duì)船長(zhǎng)進(jìn)行歸一處理。通過(guò)對(duì)外形分析，提取影響外形的幾個(gè)主要外形特征要素，并進(jìn)行量化。9個(gè)特征要素分別為：上層建筑個(gè)數(shù)n、上層建筑長(zhǎng)度與艦長(zhǎng)比例b、上層建筑高與艦長(zhǎng)比例c、上建中心相對(duì)于艦長(zhǎng)的位置d、最高點(diǎn)相對(duì)艦長(zhǎng)位置e、力線的角度f(wàn)、主甲板線型g、煙囪形式h、艏柱斜度i。其中最高點(diǎn)相對(duì)艦長(zhǎng)位置為該處距艦艉距離與艦長(zhǎng)比，上建中心相對(duì)于艦長(zhǎng)的位置為上建中心至艦尾距離與艦長(zhǎng)比值。11條艦船外形特征要素具體數(shù)值見(jiàn)表1。將表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析后，得出各幾何參數(shù)的取值范圍，見(jiàn)表2。

2.3 外觀影響分析

盡管上層建筑是艦體外形重要組成，但其尺度應(yīng)進(jìn)行控制。上層建筑涉及諸多方面，如穩(wěn)性、隱身性、天線性能等。上層建筑尺度與艦的重心高度和受風(fēng)面積有關(guān)，影響艦的穩(wěn)性。從減小隱身特性角度出發(fā)也需要控制其尺度。所選艦船側(cè)視輪廓的高長(zhǎng)比一般約0.24左右，艏上層建筑長(zhǎng)度一般占艦長(zhǎng)的0.15左右，艏上建高度一般占艦長(zhǎng)的0.1左右，艏上層建筑中心一般距艦尾0.6倍艦長(zhǎng)，全艦最高點(diǎn)一般距艦尾0.55倍艦長(zhǎng)。被成為當(dāng)代驅(qū)逐艦成功典范的伯克級(jí)驅(qū)逐艦為例，其上層建筑的尺度相對(duì)較小。上層建筑所處位置還將影響艦的重心縱向位置，以至于在全艦重量分布、船型設(shè)計(jì)等工作中有所考慮。

從表1中可見(jiàn)力線與水線的夾角一般在80°左右。力線角度與設(shè)計(jì)時(shí)代有關(guān)，隨著技術(shù)進(jìn)步和理念變更，力線與水線夾角有進(jìn)一步減小的趨勢(shì)。早期艦船力線通常為90°，隨著演變逐漸增加了斜度。力線角度化也使得艦體外形日趨多樣。

主甲板線型在舯后一般平直，艏部一般為斜線或弧線。從歐洲最新艦船來(lái)看，主甲板平直是當(dāng)代艦艇主要趨勢(shì)，具有明顯的現(xiàn)代特征，如T45、地平線級(jí)驅(qū)逐艦和薩克森級(jí)護(hù)衛(wèi)艦。艏部弧線形式在實(shí)際中有助于改善艏部上浪和錨的布置，但隨著艦船大型化以及性能提高，上浪已經(jīng)不是主要的設(shè)計(jì)考慮因素。

艏柱斜度一般取45°左右，變化范圍不大。DD（X）級(jí)驅(qū)逐艦艏柱改為后傾形式。艏柱一般略帶弧度，伯克級(jí)、光榮級(jí)、金剛級(jí)和KDX-3級(jí)驅(qū)逐艦艏柱弧線較為明顯，結(jié)合艏部主甲板的弧線增強(qiáng)了艏部美感。而接近直線的艏柱與平直主甲板匹配有助于增強(qiáng)整體現(xiàn)代感。

表1 各型艦幾何特征參數(shù)

煙囪一般與上建共形設(shè)計(jì)，單獨(dú)設(shè)置時(shí)考慮外形美觀、隱身特性。隨著時(shí)代發(fā)展煙囪在艦船外觀中的比重越來(lái)越小，逐漸與上層建筑集成設(shè)計(jì)，如DD（X）和FDZ 2020艦上層建筑與煙囪已高度集中。

表2 幾何特征參數(shù)取值范圍

3 總結(jié)

艦船外形的演變過(guò)程充分顯示出艦船外形受技術(shù)發(fā)展影響的顯著特征。艦體外形整體應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，體現(xiàn)出一定風(fēng)格特征。綜合來(lái)說(shuō)，當(dāng)前艦船外形日趨以簡(jiǎn)潔、隱身為主。外觀設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足使用功能的基礎(chǔ)上綜合權(quán)衡，局部外形設(shè)計(jì)應(yīng)與整體特征保持一致。從以上艦船外觀分析，艦船外形設(shè)計(jì)具有如下趨勢(shì)：（1）外形設(shè)計(jì)依然以功能設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，逐漸趨向?yàn)橹本€構(gòu)型，整體日趨簡(jiǎn)潔，隱身在設(shè)計(jì)中考量逐步加大；（2）上層建筑逐步集中，數(shù)目逐步縮減為1個(gè)，尺度逐漸減小，上層建筑外形與艦體外形整體更加統(tǒng)一；（3）外觀造型中更加注重細(xì)節(jié)構(gòu)型，突出外觀的整體協(xié)調(diào)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳政宏，劉佳達(dá).巨型動(dòng)力游艇外形與感性認(rèn)知之關(guān)聯(lián)[J].中國(guó)造船暨輪機(jī)工程學(xué)刊,2005,24(03):153-164.

[2]周新民譯.船舶美學(xué)與幾何學(xué)[J].中外船舶科技,1998(02):35-42

[3]俞嘉虎.對(duì)船舶外部藝術(shù)造型中美學(xué)法則的探討[J].交通科技，2000(05):36-38.

[4]曹國(guó)瑞.艦船工程美學(xué)在水面艦艇外觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.艦船科學(xué)技術(shù),1997(05):6-10.

作者簡(jiǎn)介：王安存（1978-），男，碩士，研究方向：船舶總體設(shè)計(jì)。