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本帖最后由 triplane 于 2014-7-8 11:10 编辑
很久没来论坛那里发帖了。经过几个月的艰难筹划和制作，用于今年全国比赛的新船终于下水试航。
这条命名为“犀牛”的F-5E/IOM模型概念设计其实从去年就已经开始，反复推敲修改，力求在1米级模型国内外现有船型的基础上有所突破，在气动优化、大小风力适应性等方面尝试挖掘潜力，获取提升空间。
“犀牛”设计理念：
当代国外一线IOM的设计趋势，普遍具备了以下特征：
1. 窄舷宽船体（narrow beam）——水线位置舷宽在160-180毫米左右，在限定的船长范围内提高长宽比，减小高速航行时的阻力；
2. 折线的运用（chined hull）——利用排水量变化规律和龙骨效应减小横移、横倾，提高船头指向性/最小迎风角度；
3. 排水量分布（rocker shape & Volume distribution）——龙骨曲线最高点普遍偏前，保证前部充足的储备浮力，抑制阵风条件下船头扎水现象。为了确保这一点，在相对较窄舷宽的前提下前部船体线型相对较为丰满，在后移稳向板位置的同时尾部采用收窄的平坦造型来减小浮力，有效控制纵摇当中浮心的变化，对抑制低头力矩起到辅助作用；
4. 干舷内收（tumblehome）——水线以上的船体两侧从传统的U型向马蹄型转化，向内侧收敛倾斜，后甲板与侧舷过渡（gunwhale）也普遍采用大圆角，以期减小风阻；
5. 前甲板隆起（foredeck ridge）——尽可能缩小前帆驶风杆与甲板的间隙，强调端翼效应（endplate effect）来减少由于帆面压力差造成的涡流区对前帆下部气动效率产生的不利影响；
6. 后甲板构造（rear deck）——更多采用平甲板设计（flush deck）来取代曾经流行的凹陷甲板（skiff type）来减轻重量，简化结构，方便舱内设备安装布置，主帆驶风杆与桅杆转台结合部位设置扇形凹坑来容纳紧帆器（vang），进一步降低主帆驶风杆高度。
英国的Brad Gibson设计的BritPop， 澳大利亚Mirage Radio Yacht的Jeff Byerley设计的Chienz和Mojo，新西兰Ian Vickers的V8等等都是采用以上设计理念的优秀船型，在世界各地的高级别比赛中屡获佳绩，也在相当程度上成为现代帆船模型设计的风向标，为各国模型设计者所效仿。
然而，经过认真对比观察之后不难发现，迄今为止，几乎所有的1米级模型在设计上都难以摆脱某种程度上的倾向性，或者偏向于风高浪急的恶劣水域，或者适应风平浪静的微风条件，而很难做到更宽的适应范围。总体来说，这主要是由于强调窄舷船的抗浪性和低阻特性而造成了必须依赖增加龙骨曲率来获得足够的排水量（最小4公斤），因此船底形状普遍较深，吃水较多（大部分接近了规则允许的吃水深度上限——60毫米——此处指水线到船底龙骨最高点的深度）。这样的设计在微风条件下相对启动就会相对较慢。从另一个极端来说，国内流行多年的瓦利斯基船型系统，则采用了浅吃水、大弧线横截面的船底构型，操控灵活，启动迅速，然而在高速持续航行中却因为舷宽的增加而受到影响，不利于发挥速度。
另外，目前多数设计所采用的前甲板构造也有值得推敲的地方，这主要是因为：模型处于迎风航行的姿态下，前帆驶风杆始终是与模型纵轴存在10-15度左右的夹角的，而并非与纵轴重合。因此，驶风杆并不会与前甲板沿中线延展的隆起重叠，事实上起不到预期的减小涡流的作用。
综合上述原因考虑，“犀牛”在设计构思的初始阶段所进行的第一个步骤就是摆出所有矛盾，并一一寻求解决方案。
首先是前甲板的构型：这个问题解决起来相对简单，就是把原先沿纵轴布置的隆起改为Y型隆起，后半段基本按照驶风杆迎风航行时的角度来布置。而在两条隆起之间的部分，则设计成一个凹槽，向主帆下部导入更多清洁气流，提高主帆下沿位置的气动效率。
船底构型：主要矛盾在于龙骨曲率与排水量的平衡，能不能找到一种方案，即可以保证较窄的舷宽，又能够获得足够的排水量呢？也就是说，既可以具备较浅的吃水深度，提高启动速度，又能够在高速航行状态下最大限度保持低阻状态？解决问题的关键在于一个“平”字——获取最大限度的船底横截面弧度。最大化的半径势必带来船底宽度超出设计范围的困扰，解决之道就是巧用折线的特性，在水线以下额外增加一对折线，强行截止大半径的船底延伸趋势！这等于在限定的舷宽前提下获得了最大最平坦的船底弧线，从而从本质上解决了上述矛盾。这一点在船尾线型上得到了最大程度的强调，极为平坦的尾部船底可以进一步在滑行状态下提供“吸附力”，放大对浮心变化的控制作用。附加的好处是更有利于顺风边实现“起滑”，令模型“贴水飞行”，这在沃尔沃帆船赛的线型设计上是得到了印证的。当然，尾部的宽度也需要加以严格控制，避免额外增加的阻力和对船尾水流导出造成的负面影响。
折线的布置：上面提到过，水下设置了一对折线，在控制舷宽的同时，这对折线基本上也是始终处于工作状态的。同时，主折线被进一步降低至水线以上5毫米处，低于国外多数船型，以期在小风条件下模型更小的横倾角度即可令主折线介入工作。而国外主流设计较高的折线位置需要模型横倾更大的角度才能让折线发挥作用，这就等于说，同等风力条件下（小风），同等的横倾角度，有可能会出现参与工作的折线3:0或3:1的状况，十分有利。与此同时，为了给舱内设备布置争取更大的空间，并进一步优化后段船体干舷的内收减阻，在干舷的中间高度又设置了一条较弱的折线来提升效果。另外，甲板与干舷的过渡也最大限度的使用了圆角，减小气流扰动。
艏部线型优化：具有良好流体特性的穿浪型船首布局在近年来的双体、三体帆船上获得了广泛运用，这类船头像一把刀刃朝上摆放的刺刀，能够最大限度的避免波浪对船体纵摇产生的影响。可惜的是，这种船头的设计在1米级的模型上很难实现，最大的困难主要是无法提供足够的排水量，同时，这种船头在较大的横倾角度下也不适合发挥正常功能。而传统的U型乃至带有外飘的近似V型的船头剖面形状在遇到迎面波浪冲击的情况下会产生更严重的托举力并呈现发散状态，加剧模型的纵向摇摆，严重消耗动能，而瘦削尖锐的船头造型又对排水量的保证十分不利，现代模型上已经很少采用。为了解决这个问题，在“犀牛”的设计上采用了折中的考量，权且将其称之为“泄水型”船首，说穿了，就是上小下大的梨形剖面，这种构型可以在一定程度上抵消波浪给船体纵摇带来的影响，也在一定程度上补偿了平坦船底在抗纵摇性能上相对于吃水较深的船型的劣势。
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发表于 2014-7-1 22:30
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楼主
发表于 2014-7-2 08:00
