小艇高速航行横倾问题解决方案

肖初阳

（江龙船艇科技股份有限公司，珠海 519055）

1 前言

在小艇设计建造实践中，特别是艇体结构为铝合金材质的小艇，由于外板板薄、结构骨材小的原因，经常会遇到艇体建造过程中，焊接变形大等因素，使得水线以下艇体左、右舷的几何形状不完全对称，造成小艇高速航行时出现向一舷横倾的现象，我们称之为高速航行时的永久动态横倾（以下简称“动态横倾”），其横倾角度称为动态横倾角（ 以下简称“横倾角”）。本文详细论述了动态横倾角的测量方法，以及如何调整小艇动态横倾的方法。

2 动态横倾角的测量

小艇高速航行时动态横倾角的测量，看似是一件很容易的事情，但在实践中其实不然，主要是因为在实际测试过程中很难找到平静的试验水域，小艇航行时会受到水流、潮流的影响，所以测得的试验结果是小艇自身的动态横倾与其受到水流、潮流的影响引起的横倾叠加的结果，而并非真实的小艇自身动态横倾，因此如何消除测试过程中的水流、潮流影响引起的横倾是解决问题的关键点。

对于在非静水水域中进行高速航行动态横倾测试的小艇，每一次的测量必须采取两个单程（往、返各一次）的试验方法进行测量，以便消除水流、潮流对小艇影响引起的横倾。特别要注意的是，并非每一次往返的航行试验中测得的横倾角度都是方向相反的，因此必须规定小艇的横倾角度方向的正负，本文假定右倾的横倾角为正、左倾的横倾角为负。每一次往返的航行试验中，往的方向（即第一个单程）横倾角用符号θ1表示，返的方向（即第二个单程）横倾角用符号θ2表示，则小艇每一次往返航行试验中横倾角的平均值，就是小艇自身动态横倾角，即

若计算结果θ 为正值，表示小艇动态横倾方向为右倾；θ 为负值，则表示小艇横倾方向为左倾。

在横倾角的测试试验中，需注意以下事项：

（1）尽量找到一段较直的航段，两岸不要有支流或沟渠汇入，以避免支流或沟渠的水流对主航道水流的影响，导致对小艇往返横倾角的影响；

（2）测试时一定要保持直线航行，且航向角不变，因为不同的航向角时水流、潮流对小艇影响引起的横倾角度是不同的，有时很小的航向角变化，就会导致很大的横倾角变化；

（3）同一次试验的往、返航向角相差尽量为180°，以减小往、返航行中水流对艇体水动力影响的不对称引起的误差；

（4）在内河中用磁罗经作为读取航向角的仪器时，由于受两岸建造物对地磁的干扰，磁罗经显示的航向角有时会有较大偏差，故最好能使用陀螺罗经，如果没有陀螺罗经则可以采取以陆地上一个高的固定参照物作为确定航向的目标，同时结合磁罗经的方位角来保证同一单程航行的航向角不变，保证横倾角测量的准确性；

（5）测试试验至少需重复3 次以上，以避免试验的偶然误差导致的试验结果不准确，对每一次试验测得的数据中明显异常的数据要及时去除并重做试验；

（6）横倾角的测试试验需找一个驾驶经验丰富的艇长驾驶，以保证同一单程航行的航向角不变，减小航向角的变化对测量准确性的影响；

（7）需记录每一次试验的每一单程航行的主机转速、航行方向、船首航向角、航速、横倾方向、横倾角度。

本文以同一系列的两艘总长12 m、由两台舷外汽油挂机驱动的小艇，分别加装楔形块和截流板为例来说明测试试验的情况和结果。假定加装楔形块的为A艇，加装截流板的为B 艇。A 艇未加装楔形块前的动态横倾角测试结果见表1，B 艇未加装截流板前的动态横倾角测试结果见表2。

表1 A 艇动态横倾角测试试验结果记录

由表 1 可以看出：A 艇未加装楔形块前的最大动态横倾角为 2.8°，横倾方向为右倾。

表2 B 艇动态横倾角测试试验结果记录

由表2 可以看出：B 艇未加装截流板前的最大动态横倾角为3.2 °，横倾方向为左倾。

3 横倾的解决方案

测出了小艇的动态横倾角后，就要解决小艇的横倾问题。通常调整小艇横倾的方法有两种：一种是在艇的尾部加装楔形块；另一种是在艇的尾部加装截流板。

3.1 加装楔形块方案

（1）楔形块调整小艇横倾的原理

小艇高速航行时，楔形块底面与艇底高速流动的水流形成一个攻角而产生升力，形成向另一舷的横倾力矩，达到调整小艇高速航行时横倾的目的[1]。

（2）加装楔形块的方法

在小艇尾部横倾一侧的底部靠近舷侧处加装一个楔形块，小艇横倾的方向为右倾，故楔形块加在右舷，安装位置如图1 所示。

图1 楔形块的安装位置示意图

加装的楔形块尺寸为：长240 mm、宽130 mm、后端厚度18 mm，如图2 所示。

图2 楔形块详细形状尺寸示意图

楔形块的长度，一般取水线长的2.5%～3.0%；楔形块的宽度，需根据艇舭部的形状确定，舭部有双折角线的艇可取不大于双折角线的间距；楔形块后端的厚度，一般可根据横倾角度的大小在10 ～20 mm 范围内取值，横倾角度小的取10 mm，横倾角度大的取20 mm，然后根据试验结果进行调整，直到满意为止。一般认为，若小艇的动态横倾角小于1°即为满意。A艇加装楔形块后，动态横倾角测试结果见表3。

表3 A 艇动态横倾角测试试验结果

由表3 可以看出：在尾部右舷船底部加装长240 mm、宽130 mm、后端厚度18 mm 的楔形块并调整3次后，动态横倾角最大值减小到0.4 °，达到了满意的程度。

3.2 加装截流板方案

（1）截流板调整横倾的原理

截流板下缘凸出船底板底面一定高度，水流在这一段高度范围时，由水平向后改变为垂直向下，从而对艇体产生升力，形成向另一舷的横倾力矩。通过调整左、右舷截流板下缘凸出船底板底面的高度来改变左、右舷截流板对艇体产生的横倾力矩的大小，达到调整横倾的目的。具体方法是：小艇高速航行时向哪一舷横倾，就将这一舷的截流板下缘凸出船底板底面的高度调大，或者将另一舷的截流板下缘凸出船底板底面的高度调小，直到调到与船底板底面平齐为止。

需特别注意的是：截流板下缘凸出船底板底面的高度不宜过大，一般不超过40 mm，否则将对小艇的航速有影响，同时航向稳定性也会变差；另外，对于总长小于等于12 m 的小艇，采用截流板调整横倾在实际调试过程中比较困难，主要原因是：截流板对小艇产生的横倾力矩，对截流板下缘凸出船底板底面的高度太敏感，所以总长小于等于12 m 的小艇，不宜采用截流板调整横倾。

（2）加装截流板的方法

在小艇尾部的尾封板下缘左、右舷对称地加装截流板，安装位置如图3 所示。

图3 截流板的安装位置示意图

加装的截流板的结构示意图，如图4 所示。

图4 截流板详细结构示意图

左、右舷截流板下缘凸出船底板底面的高度，需通过试验确定，一般可根据横倾角的方向，先将小艇横倾朝向的一舷，截流板下缘凸出船底板底面的高度取值在10 ～20 mm 范围内：相反方向的一舷，截流板下缘调到与船底板底面平齐，然后进行测试试验；根据试验结果，调整截流板下缘凸出船底板底面的高度，小艇航行向哪一舷倾斜，就将此舷的接截流板下缘凸出船底板底面的高度调大，或者将相反一舷的截流板下缘凸出船底板底面的高度调小，直到满意为止。

B 艇加装截流板并将截流板下缘凸出船底板底面的高度调整到左舷15 mm、右舷5 mm 后，动态横倾角测试结果见表4。

表4 B 艇动态横倾角测试试验结果

由表4 可以看出：在小艇尾部的尾封板下缘左、右舷对称地加装截流板并调整5 次后，B 艇的动态横倾角最大值减小到0.2 °，达到了满意程度。

4 结束语

本文提供了一种小艇在非平静水域中高速航行时动态横倾角的测量的方法，以及小艇高速航行出现动态横倾的解决方案，较好地解决了小艇建造过程中出现水线以下艇体左、右舷的几何形状不完全对称引起高速航行时动态横倾的问题；加装楔形块和加装截流板调整小艇高速航行动态横倾的两种方案各有利弊：加装楔形块调整横倾的方案，优点是测试时，小艇横倾对楔形块的厚度不敏感，小艇横倾角稳定，便于测量和楔形块的厚度调整；缺点是每次调整楔形块的厚度都需要从艇体上拆下和装上，且需要进坞或者上船台；加装截流板调整横倾的方案，优点是调整截流板下缘凸出船底板底面的高度时不需要从艇体上拆下和装上；缺点是小艇横倾对截流板下缘凸出船底板底面的高度很敏感，小艇横倾角不稳定，不便于横倾角的测量和截流板下缘凸出船底板底面的高度调整；另一个缺点是如果截流板下缘凸出船底板底面的高度过大，将对小艇的航速有影响，同时航向稳定性也会变差。