小艇高速航行橫傾問題解決方案

肖初陽

（江龍船艇科技股份有限公司，珠海 519055）

1 前言

在小艇設計建造實踐中，特別是艇體結構為鋁合金材質的小艇，由于外板板薄、結構骨材小的原因，經常會遇到艇體建造過程中，焊接變形大等因素，使得水線以下艇體左、右舷的幾何形狀不完全對稱，造成小艇高速航行時出現向一舷橫傾的現象，我們稱之為高速航行時的永久動態橫傾（以下簡稱“動態橫傾”），其橫傾角度稱為動態橫傾角（ 以下簡稱“橫傾角”）。本文詳細論述了動態橫傾角的測量方法，以及如何調整小艇動態橫傾的方法。

2 動態橫傾角的測量

小艇高速航行時動態橫傾角的測量，看似是一件很容易的事情，但在實踐中其實不然，主要是因為在實際測試過程中很難找到平靜的試驗水域，小艇航行時會受到水流、潮流的影響，所以測得的試驗結果是小艇自身的動態橫傾與其受到水流、潮流的影響引起的橫傾疊加的結果，而并非真實的小艇自身動態橫傾，因此如何消除測試過程中的水流、潮流影響引起的橫傾是解決問題的關鍵點。

對于在非靜水水域中進行高速航行動態橫傾測試的小艇，每一次的測量必須采取兩個單程（往、返各一次）的試驗方法進行測量，以便消除水流、潮流對小艇影響引起的橫傾。特別要注意的是，并非每一次往返的航行試驗中測得的橫傾角度都是方向相反的，因此必須規定小艇的橫傾角度方向的正負，本文假定右傾的橫傾角為正、左傾的橫傾角為負。每一次往返的航行試驗中，往的方向（即第一個單程）橫傾角用符號θ1表示，返的方向（即第二個單程）橫傾角用符號θ2表示，則小艇每一次往返航行試驗中橫傾角的平均值，就是小艇自身動態橫傾角，即

若計算結果θ 為正值，表示小艇動態橫傾方向為右傾；θ 為負值，則表示小艇橫傾方向為左傾。

在橫傾角的測試試驗中，需注意以下事項：

（1）盡量找到一段較直的航段，兩岸不要有支流或溝渠匯入，以避免支流或溝渠的水流對主航道水流的影響，導致對小艇往返橫傾角的影響；

（2）測試時一定要保持直線航行，且航向角不變，因為不同的航向角時水流、潮流對小艇影響引起的橫傾角度是不同的，有時很小的航向角變化，就會導致很大的橫傾角變化；

（3）同一次試驗的往、返航向角相差盡量為180°，以減小往、返航行中水流對艇體水動力影響的不對稱引起的誤差；

（4）在內河中用磁羅經作為讀取航向角的儀器時，由于受兩岸建造物對地磁的干擾，磁羅經顯示的航向角有時會有較大偏差，故最好能使用陀螺羅經，如果沒有陀螺羅經則可以采取以陸地上一個高的固定參照物作為確定航向的目標，同時結合磁羅經的方位角來保證同一單程航行的航向角不變，保證橫傾角測量的準確性；

（5）測試試驗至少需重復3 次以上，以避免試驗的偶然誤差導致的試驗結果不準確，對每一次試驗測得的數據中明顯異常的數據要及時去除并重做試驗；

（6）橫傾角的測試試驗需找一個駕駛經驗豐富的艇長駕駛，以保證同一單程航行的航向角不變，減小航向角的變化對測量準確性的影響；

（7）需記錄每一次試驗的每一單程航行的主機轉速、航行方向、船首航向角、航速、橫傾方向、橫傾角度。

本文以同一系列的兩艘總長12 m、由兩臺舷外汽油掛機驅動的小艇，分別加裝楔形塊和截流板為例來說明測試試驗的情況和結果。假定加裝楔形塊的為A艇，加裝截流板的為B 艇。A 艇未加裝楔形塊前的動態橫傾角測試結果見表1，B 艇未加裝截流板前的動態橫傾角測試結果見表2。

表1 A 艇動態橫傾角測試試驗結果記錄

由表 1 可以看出：A 艇未加裝楔形塊前的最大動態橫傾角為 2.8°，橫傾方向為右傾。

表2 B 艇動態橫傾角測試試驗結果記錄

由表2 可以看出：B 艇未加裝截流板前的最大動態橫傾角為3.2 °，橫傾方向為左傾。

3 橫傾的解決方案

測出了小艇的動態橫傾角后，就要解決小艇的橫傾問題。通常調整小艇橫傾的方法有兩種：一種是在艇的尾部加裝楔形塊；另一種是在艇的尾部加裝截流板。

3.1 加裝楔形塊方案

（1）楔形塊調整小艇橫傾的原理

小艇高速航行時，楔形塊底面與艇底高速流動的水流形成一個攻角而產生升力，形成向另一舷的橫傾力矩，達到調整小艇高速航行時橫傾的目的[1]。

（2）加裝楔形塊的方法

在小艇尾部橫傾一側的底部靠近舷側處加裝一個楔形塊，小艇橫傾的方向為右傾，故楔形塊加在右舷，安裝位置如圖1 所示。

圖1 楔形塊的安裝位置示意圖

加裝的楔形塊尺寸為：長240 mm、寬130 mm、后端厚度18 mm，如圖2 所示。

圖2 楔形塊詳細形狀尺寸示意圖

楔形塊的長度，一般取水線長的2.5%～3.0%；楔形塊的寬度，需根據艇舭部的形狀確定，舭部有雙折角線的艇可取不大于雙折角線的間距；楔形塊后端的厚度，一般可根據橫傾角度的大小在10 ～20 mm 范圍內取值，橫傾角度小的取10 mm，橫傾角度大的取20 mm，然后根據試驗結果進行調整，直到滿意為止。一般認為，若小艇的動態橫傾角小于1°即為滿意。A艇加裝楔形塊后，動態橫傾角測試結果見表3。

表3 A 艇動態橫傾角測試試驗結果

由表3 可以看出：在尾部右舷船底部加裝長240 mm、寬130 mm、后端厚度18 mm 的楔形塊并調整3次后，動態橫傾角最大值減小到0.4 °，達到了滿意的程度。

3.2 加裝截流板方案

（1）截流板調整橫傾的原理

截流板下緣凸出船底板底面一定高度，水流在這一段高度范圍時，由水平向后改變為垂直向下，從而對艇體產生升力，形成向另一舷的橫傾力矩。通過調整左、右舷截流板下緣凸出船底板底面的高度來改變左、右舷截流板對艇體產生的橫傾力矩的大小，達到調整橫傾的目的。具體方法是：小艇高速航行時向哪一舷橫傾，就將這一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調大，或者將另一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調小，直到調到與船底板底面平齊為止。

需特別注意的是：截流板下緣凸出船底板底面的高度不宜過大，一般不超過40 mm，否則將對小艇的航速有影響，同時航向穩定性也會變差；另外，對于總長小于等于12 m 的小艇，采用截流板調整橫傾在實際調試過程中比較困難，主要原因是：截流板對小艇產生的橫傾力矩，對截流板下緣凸出船底板底面的高度太敏感，所以總長小于等于12 m 的小艇，不宜采用截流板調整橫傾。

（2）加裝截流板的方法

在小艇尾部的尾封板下緣左、右舷對稱地加裝截流板，安裝位置如圖3 所示。

圖3 截流板的安裝位置示意圖

加裝的截流板的結構示意圖，如圖4 所示。

圖4 截流板詳細結構示意圖

左、右舷截流板下緣凸出船底板底面的高度，需通過試驗確定，一般可根據橫傾角的方向，先將小艇橫傾朝向的一舷，截流板下緣凸出船底板底面的高度取值在10 ～20 mm 范圍內：相反方向的一舷，截流板下緣調到與船底板底面平齊，然后進行測試試驗；根據試驗結果，調整截流板下緣凸出船底板底面的高度，小艇航行向哪一舷傾斜，就將此舷的接截流板下緣凸出船底板底面的高度調大，或者將相反一舷的截流板下緣凸出船底板底面的高度調小，直到滿意為止。

B 艇加裝截流板并將截流板下緣凸出船底板底面的高度調整到左舷15 mm、右舷5 mm 后，動態橫傾角測試結果見表4。

表4 B 艇動態橫傾角測試試驗結果

由表4 可以看出：在小艇尾部的尾封板下緣左、右舷對稱地加裝截流板并調整5 次后，B 艇的動態橫傾角最大值減小到0.2 °，達到了滿意程度。

4 結束語

本文提供了一種小艇在非平靜水域中高速航行時動態橫傾角的測量的方法，以及小艇高速航行出現動態橫傾的解決方案，較好地解決了小艇建造過程中出現水線以下艇體左、右舷的幾何形狀不完全對稱引起高速航行時動態橫傾的問題；加裝楔形塊和加裝截流板調整小艇高速航行動態橫傾的兩種方案各有利弊：加裝楔形塊調整橫傾的方案，優點是測試時，小艇橫傾對楔形塊的厚度不敏感，小艇橫傾角穩定，便于測量和楔形塊的厚度調整；缺點是每次調整楔形塊的厚度都需要從艇體上拆下和裝上，且需要進塢或者上船臺；加裝截流板調整橫傾的方案，優點是調整截流板下緣凸出船底板底面的高度時不需要從艇體上拆下和裝上；缺點是小艇橫傾對截流板下緣凸出船底板底面的高度很敏感，小艇橫傾角不穩定，不便于橫傾角的測量和截流板下緣凸出船底板底面的高度調整；另一個缺點是如果截流板下緣凸出船底板底面的高度過大，將對小艇的航速有影響，同時航向穩定性也會變差。