比例速度航行的魅力（1）

徐玮　王力伟

2015年，全国青少年航海模型锦标赛增加了一个名为“比例速度”的项目，代号ECO-BL。有些参赛的同学可能会问，增加这个项目的意义何在？要参加该项目的比拼，应了解或学习哪方面的知识？怎样取得好成绩？下面笔者结合多年的教学实践和比赛经验，和大家探讨一下航海模型比例速度项目。

让航海模型按比例速度航行的原因

在以往的舰船模型比赛中，经常能看到这样的现象：有些选手为了获得较好的航速成绩，拼命提高模型速度，致使有些模型商船、模型帆船在航行中船艏高高翘起，掀起的波浪翻过船舷，冲上甲板：船艉则水花四溅，活像公鸡的尾巴，比同比例尺寸的模型军舰跑得还快。而一些本应航速大的模型导弹艇却因速度太慢，被人笑称为“导弹慢艇”。在银幕上，有时会看到镜头中的军舰航行姿态十分别扭，一望便知是用模型拍摄的，给人一种不真实感。

以上这些模型的航行姿态，会让人对真实船舶产生错误的印象。因为虽然船模的外形是完全按比例缩制的，但航行速度没有相应地变化，即没有按照比例速度航行，所以并不能准确表现船舶的航行状态。也就是说，让航海模型按照比例速度航行，是为了最大程度地还原真实船舶的航行状态。

航海模型比例速度的计算方法

航海模型的比例速度并非简单地将真实船舶的航行速度按与实船主尺度相同的比例缩小确定。举个例子，一艘护卫舰实船总长75米，航速为28节。如果相应的航海模型按1：50制作，总长为1 5米，那么其比例速度并不是28节÷50≈0.288米/秒。这里提到的“节”为舰船航行速度单位，1节=1海里/小时≈1.852千米/小时。

因为要还原真实船舶的航行状态，所以要让航海模型掀起的波浪与实船相似。在船舶原理中，掀起的波浪被称为“兴波”。而若模型按照与实船主尺度相同比例缩小的航速航行的话，它的兴波就会与实船不一样。

要想计算航海模型的比例速度，需先了解两个概念——兴波阻力和弗汝德数。

船舶航行时，水面会产生波浪，在船艏和船艉附近各引发一组波系。每组波系包括横波和散波。横波大致垂直于航向，散波与航向斜交。船波起伏的能量由船体供给，消耗了一部分推进船舶的功率，对船来说相当于克服一定的阻力——兴波阻力。

弗汝德數是流体力学中的一个术语，是流体内惯性力与重力的比值，用于判别水流的状态。在对舰船及其模型的长期研究后，一位名叫威廉·弗汝德（William Froude）的科学家找到了兴波情况与船的速度、长度之间的关系，指出两艘船型（船体的几何形状）完全一致的船，或者实船与其缩比模型之间，只有当它们的值相同时，它们的兴波情况才相似。这里的V是航迹、a是重力加速度、L是船的长度。人们把称作弗汝德数，用符号Fr表示。

弗汝德数对现代舰船研究有着极其重要的意义。因为现在几乎所有大型商船或军舰，在设计过程中都得通过模型试验来检查它的性能，对设计进行验证和改进。而对一般船舶而言，其航行时所受的阻力中，兴波阻力是最主要的。因兴波引起各部位受力情况的变化，正是设计师希望通过模型研究解决的主要问题。比例速度，就是模型与实船的Fr值相同时的模型速度，此时二者有相似的兴波情况。计算方法如下。

比例航速（ECO-BL）

竞赛规则

一、定义

以舰船模型比例速度作为比赛成绩的竞赛。

二、建造规定

采用历届“我爱祖国海疆”航行类模型，或者自行改造后的模型。

1.运动员需在赛前完成模型外观的制作。可自行选择器材并对模型内部的动力系统进行改装，但不可使用遥控装置等可从外部实时控制模型的设备。

2.航行竞赛时，模型上层建筑主要零件需齐全、完好，模型的颜色需与本套件厂商提供的色彩或者实船一致。若违反该建筑规定，裁判长有权取消该轮航行成绩。

三、航行竞赛

1.赛前由裁判组对运动员的参赛模型进行审核，对运动员进行编组、排序，并在赛前公布。航行竞赛时间两分钟，运动员进入放航区域后，竞赛计时开始。起航前运动员举手示意，待裁判员发出“准备”口令后，运动员将模型放入水中待命。裁判员发出“开始”口令后，开始航行计时。凡模型过门、触及边线、终点线、两分钟竞赛时间到时，裁判员停止计时，该次航行结束。

2.航行竞赛得分由航向分（100分）、航速分（100分）和登记证书填写分（20分）组成，总分220分。

3.航向分见航行竞赛场地图示。未航行到达30分以上区域者，该轮航向分为0分。模型碰标不扣分，压标、卡标按两标中分数较低的分门记分。

4.航行竞赛分青年组和少年组。青年组运动员在赛前必须完成模型比例航速竞赛登记证书的填写，所选择的实船航速必须在比例航速竞赛规则规定的相应船型的航速范围内，航速精确到整数值。若所提交的航速值超过规则规定范围，则以规定参考值的下限作为该选手的航速标准。

少年组选手在比例航速参照表中选择经济比例航速值或最高比例航速值作为航行标准。

登记证书填写分20分，航速误差表中每格填写正确得2分。

5.航速分共100分。将模型每轮的实际航速和设计航速相比较，每正负误差5%减去10分。误差超过正负100%，则该轮航行分为0分。

四、成绩评定

航行竞赛进行1-3轮，取最佳一轮成绩确定名次，得分高者列前。最佳一轮成绩相同者，以另一轮分数高者列前；若再次相同，则名次并列。（未完待续）