国外舰船外形分析

王安存（中国舰船研究设计中心,武汉 430064）

国外舰船外形分析

王安存
（中国舰船研究设计中心,武汉 430064）

摘 要：舰船外观体现着其作战使用功能、技术水平。文中选取国外典型舰船进行外形要素量化提取，分析外形要素对舰船总体设计的影响。关键词：舰船外形；总体设计；分析

1 引言

军舰作为搭载战争武器的海上钢结构建筑，具有显著的外观特征，外观特征给人以不同的感性认知[1]。一艘布置井然有序、外形高大的舰船能给人一种威武感、迅捷感和现代感，可增强其影响力和威慑力。舰船设计师在保证作战使用要求的前提下开展舰船外观设计，使舰船集中体现着时代最先进的技术水平和创新的设计理念。

舰船形状分为水线下形状和水线上形状。文中所述船舶外形是指舰船水线上部分，主要包括其船体水上部分、上层建筑及其武器、电子设备组合的整体造型。舰船外形与装舰设备有着密切关系，综合体现出作战使用功能。优秀的外观设计可与舰船功能设计相互补充，不仅可体现其使用功能，而且体现出其技术特征和美学特性[2]。近年来国外舰船尤其注重外观设计，日益凸显出趋势性特征。本文对国外当代典型舰船外形进行分析，梳理舰船外形普遍特点，总结舰船外形的一般规律，为舰船外形设计提供指导和借鉴。

2 国外舰船外形分析

2.1 外形分析要素

舰船外观研究要素较多，难以全面计及，本文仅针对其中部分要素，对舰船侧视图、力线、上层建筑、艏柱斜度等几个方面进行分析。

（1）侧视图。舰船外形分为多向视图，一般选舰船的侧向作为研究对象。是由于侧向视图表现内容更丰富，展现出的美感更强。侧视图包含水线以上的主船体、上层建筑、桅杆以及各种武器设备。侧视图中体现出舰船视觉构图上的统一与均衡[3]，通过整体的外形线条构成以及上层建筑数量、位置分布实现。

（2）力线[4]。力线是引导人的视觉注意力并把各构型连成整体的线条。这些线条大多位于构型的表面。力线的指向、分布以及相互的配合可以给人不同感观，是舰船造型的重要内容。力线有时还出于外形隐身角度考虑。外形隐身设计日渐受到重视，为力线设计增添新的内涵。

（3）上层建筑。位于主舰体以上的舰面舱室及大型凸出结构。考虑到烟囱在舰艇侧视图中占据面积较大，也计入上层建筑，连续的上层建筑按一个上层建筑计。主要分析上层建筑的数量、与舰体的相对尺度和位置。上层建筑的长度表征了上层建筑大小，影响舰艇稳性。上层建筑相对舰体的位置影响舰艇重心纵向位置。现代的烟囱设计形式一般考虑外形隐身和红外隐身设计。在外形中主要计及与上层建筑的结合情况。

（4）艏柱斜度。舰艇的艏柱与水线的夹角。艏柱一般为近直线的弧形，本文将其简化为直线，计其整体与水线的夹角。艏柱斜度表征了舰艏外飘程度，影响舰体的威武感。

（5）主甲板线型。主甲板在侧视图中的线条形式，表征了舰体艏艉外观设计。艏艉上翘的主甲板形式在增强美观效果的同时，还有助于减缓艏部上浪。

2.2 国外舰船外形要素

文中主要选择了美国、英国、俄罗斯、日本、法国、德国具有代表性的11条舰船开展外形分析。为使不同的舰船之间具有良好的对比性，本文对各舰相对船长进行归一处理。通过对外形分析，提取影响外形的几个主要外形特征要素，并进行量化。9个特征要素分别为：上层建筑个数n、上层建筑长度与舰长比例b、上层建筑高与舰长比例c、上建中心相对于舰长的位置d、最高点相对舰长位置e、力线的角度f、主甲板线型g、烟囱形式h、艏柱斜度i。其中最高点相对舰长位置为该处距舰艉距离与舰长比，上建中心相对于舰长的位置为上建中心至舰尾距离与舰长比值。11条舰船外形特征要素具体数值见表1。将表1中数据进行汇总分析后，得出各几何参数的取值范围，见表2。

2.3 外观影响分析

尽管上层建筑是舰体外形重要组成，但其尺度应进行控制。上层建筑涉及诸多方面，如稳性、隐身性、天线性能等。上层建筑尺度与舰的重心高度和受风面积有关，影响舰的稳性。从减小隐身特性角度出发也需要控制其尺度。所选舰船侧视轮廓的高长比一般约0.24左右，艏上层建筑长度一般占舰长的0.15左右，艏上建高度一般占舰长的0.1左右，艏上层建筑中心一般距舰尾0.6倍舰长，全舰最高点一般距舰尾0.55倍舰长。被成为当代驱逐舰成功典范的伯克级驱逐舰为例，其上层建筑的尺度相对较小。上层建筑所处位置还将影响舰的重心纵向位置，以至于在全舰重量分布、船型设计等工作中有所考虑。

从表1中可见力线与水线的夹角一般在80°左右。力线角度与设计时代有关，随着技术进步和理念变更，力线与水线夹角有进一步减小的趋势。早期舰船力线通常为90°，随着演变逐渐增加了斜度。力线角度化也使得舰体外形日趋多样。

主甲板线型在舯后一般平直，艏部一般为斜线或弧线。从欧洲最新舰船来看，主甲板平直是当代舰艇主要趋势，具有明显的现代特征，如T45、地平线级驱逐舰和萨克森级护卫舰。艏部弧线形式在实际中有助于改善艏部上浪和锚的布置，但随着舰船大型化以及性能提高，上浪已经不是主要的设计考虑因素。

艏柱斜度一般取45°左右，变化范围不大。DD（X）级驱逐舰艏柱改为后倾形式。艏柱一般略带弧度，伯克级、光荣级、金刚级和KDX-3级驱逐舰艏柱弧线较为明显，结合艏部主甲板的弧线增强了艏部美感。而接近直线的艏柱与平直主甲板匹配有助于增强整体现代感。

表1 各型舰几何特征参数

烟囱一般与上建共形设计，单独设置时考虑外形美观、隐身特性。随着时代发展烟囱在舰船外观中的比重越来越小，逐渐与上层建筑集成设计，如DD（X）和FDZ 2020舰上层建筑与烟囱已高度集中。

表2 几何特征参数取值范围

3 总结

舰船外形的演变过程充分显示出舰船外形受技术发展影响的显著特征。舰体外形整体应协调统一，体现出一定风格特征。综合来说，当前舰船外形日趋以简洁、隐身为主。外观设计应在满足使用功能的基础上综合权衡，局部外形设计应与整体特征保持一致。从以上舰船外观分析，舰船外形设计具有如下趋势：（1）外形设计依然以功能设计为基础，逐渐趋向为直线构型，整体日趋简洁，隐身在设计中考量逐步加大；（2）上层建筑逐步集中，数目逐步缩减为1个，尺度逐渐减小，上层建筑外形与舰体外形整体更加统一；（3）外观造型中更加注重细节构型，突出外观的整体协调性。

参考文献：

[1]陈政宏，刘佳达.巨型动力游艇外形与感性认知之关联[J].中国造船暨轮机工程学刊,2005,24(03):153-164.

[2]周新民译.船舶美学与几何学[J].中外船舶科技,1998(02):35-42

[3]俞嘉虎.对船舶外部艺术造型中美学法则的探讨[J].交通科技，2000(05):36-38.

[4]曹国瑞.舰船工程美学在水面舰艇外观设计中的应用.舰船科学技术,1997(05):6-10.

作者简介：王安存（1978-），男，硕士，研究方向：船舶总体设计。