航海模型HYDRO艇的性能特點(diǎn)及艇型設(shè)計(jì)

周建明

為了更好地推動(dòng)航海模型運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，提升航海模型比賽的觀賞性與趣味性，提高普通大眾的觀賽熱情，近年來，世界航海模型聯(lián)合會(huì)（NAVIGA）在航海模型世界錦標(biāo)賽競(jìng)速艇模型項(xiàng)目比賽中，推出了幾項(xiàng)無線電遙控多艇同場(chǎng)追逐競(jìng)賽的新項(xiàng)目，HYDRO艇競(jìng)賽就是其中重要的一項(xiàng)（競(jìng)賽分MINI-HYDRO、HYDRO-I、HYDRO-II三個(gè)級(jí)別）。我國也將該項(xiàng)目列入了全國航海模型錦標(biāo)賽的正式項(xiàng)目。

HYDRO艇的性能和特點(diǎn)

1.直線快速性

HYDRO艇是電動(dòng)雙浮體三點(diǎn)式滑行艇，靠半浸式螺旋槳推進(jìn)航行。由于HYDRO艇只靠前面兩個(gè)浮體的滑行面（點(diǎn)）和主艇體的尾部（螺旋槳）接觸水面滑行，因此艇的濕水面積很小，航行阻力極低，在風(fēng)平浪靜時(shí)直線速度相當(dāng)快。特別是在100m的直線賽道上，能充分發(fā)揮HYDRO艇直線速度快的優(yōu)點(diǎn)。

2.迴轉(zhuǎn)性能

三點(diǎn)式HYDRO滑行艇在轉(zhuǎn)向時(shí)，因?yàn)橄蛐牧Φ淖饔?，所以船體會(huì)向所轉(zhuǎn)方向的圓心傾側(cè)，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)浮體的速度減慢、下沉，吃水瞬間加大，滑行阻力也隨之顯著增大，這使艇的轉(zhuǎn)向變得困難。這也正是HYDRO艇最大的缺點(diǎn)——迴轉(zhuǎn)性能差。由于比賽中6-8艘賽艇追逐競(jìng)賽的場(chǎng)面復(fù)雜多變，迫使HYDRO艇航行時(shí)不得不經(jīng)常左閃右躲，以避免被其它賽艇撞擊或撞到其它賽艇，因此固有的迴轉(zhuǎn)能力差和需要良好的迴轉(zhuǎn)性能，成為HYDRO艇設(shè)計(jì)中一個(gè)很大的矛盾。

3.加減速性能

與其它多艇追逐競(jìng)賽項(xiàng)目一樣，HYDRO艇在競(jìng)賽過程中，也經(jīng)常要利用加減速避開突然減速或轉(zhuǎn)向的其它賽艇。而根據(jù)滑行艇的滑行原理，賽艇從靜浮狀態(tài)到正?；行枰粋€(gè)過程，競(jìng)賽中則應(yīng)使這個(gè)過程越短越好，這就要求賽艇擁有良好的起滑性能。不過，因?yàn)镠YDRO艇艇底的起滑面只有很窄的左右兩個(gè)浮體的底部以及未起滑時(shí)主艇體的底部，所以在低速狀態(tài)下，水面給予艇底的升力太小，導(dǎo)致HYDRO艇的起滑性能并不好。因此，自身起滑性能差與需要起滑性能好以利于頻繁的加減速，是HYDRO艇設(shè)計(jì)中另一個(gè)很大的矛盾。

4.半浸螺旋槳的影響

競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定，HYDRO艇只能安裝和使用半浸螺旋槳。半浸螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí)（從艇艉向艇艏看為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），兩個(gè)槳葉一個(gè)在水里，另一個(gè)在空中，相互交替。其最大優(yōu)點(diǎn)是，消除了螺旋槳兩個(gè)槳葉同時(shí)在水中旋轉(zhuǎn)時(shí)水流互相干擾并產(chǎn)生渦流的不利因素，螺旋槳的效率得到很大提高，產(chǎn)生的扭矩以及反扭矩也大大增加。扭矩增大，能增強(qiáng)HYDRO艇的動(dòng)力，是好事，而反扭矩隨之相應(yīng)增加，卻會(huì)給HYDRO艇帶來麻煩：一是航行時(shí)賽艇會(huì)繞自身軸線向右旋轉(zhuǎn)傾側(cè)；二是賽艇在直線航行時(shí)，會(huì)受到向右的扭矩作用，使其向右偏航.

5.抗浪要求

從圖1可以看到，HYDRO艇競(jìng)賽航行的水域較大，容易受風(fēng)力、風(fēng)向的影響。同時(shí)，HYDRO艇的主尺度較小，多艇航行產(chǎn)生的波濤更容易使賽艇在航行時(shí)上下顛簸。為此，如何使HYDRO艇的直線速度與迴轉(zhuǎn)性能俱佳，是艇型設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮的問題。

HYDRO艇的艇型設(shè)計(jì)

1.滿足HYDRO艇快速性的要求

依照一般滑行艇快速性的設(shè)計(jì)要求，首先要減少艇底的濕水面積、減小滑行阻力。但HYDRO艇是三點(diǎn)式滑行艇，其艇底面積本來就不大，如果將兩個(gè)浮體和主艇體做得太小，會(huì)導(dǎo)致浮力不足，可能使賽艇沉沒。因此，須在保證賽艇裝上所有設(shè)備不沉的前提下，將兩個(gè)浮體和主艇體的寬度設(shè)計(jì)得盡量窄一些。此外還應(yīng)注意，太窄的浮體底部并不利于HYDRO艇的滑行。

航海模型愛好者都知道，平底滑行艇艏底部沖角的大小對(duì)賽艇起滑性能有較大影響。因此，可將這一原理應(yīng)用到HYDRO艇的浮體上，即在浮體底部中段設(shè)計(jì)一個(gè)沖角，使水對(duì)浮體底部的升力加大。實(shí)踐證明，只要沖角角度設(shè)計(jì)適當(dāng)，就能加快HYDRO艇的滑行速度。如果沖角太大，會(huì)使賽艇“抬頭”航行。當(dāng)抬起的艇艏失去水面浮力的支撐時(shí)，就會(huì)跌落回水面。如此不斷地反復(fù)抬頭跌落，就是所謂的“海豚”現(xiàn)象。而若沖角太小，則會(huì)使整個(gè)浮體底部都埋入水中，導(dǎo)致航行阻力增加，賽艇的滑行速度自然減慢。以MINI-HYDRO艇為例，賽艇的主艇體寬度約54mm、浮體寬度約33mm，合適的浮體滑行面沖角角度應(yīng)在8°-9.5°之間，主艇體艏部的沖角角度約為4.5°-6°。

另外，主軸的推力線角度對(duì)HYDRO艇的快速性影響也很顯著。當(dāng)推力線向上時(shí)，賽艇會(huì)艏傾航行（低頭）；當(dāng)推力線向下時(shí)，賽艇會(huì)艉傾航行（抬頭）。艉傾和艏傾航行都不利于賽艇高速滑行，正確的設(shè)計(jì)是使推力線呈水平狀態(tài)。

2.改善迴轉(zhuǎn)性能

由于三點(diǎn)式滑行艇的局限性，HYDRO艇的迴轉(zhuǎn)性能顯然無法與單體滑行艇相提并論。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只能盡量改善HYDRO艇的迴轉(zhuǎn)性能。如前所述，HYDRO艇在迴轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)向一側(cè)的浮體會(huì)減慢速度、下沉，不利于航行。為此，應(yīng)使該側(cè)浮體快速滑出水面，減小這一不利因素的影響。而僅靠浮體中后段的滑行沖角產(chǎn)生的升力明顯不夠，故可在浮體的艏部增設(shè)一個(gè)大沖角，以加大起滑效果。

從圖1可以看出，HYDRO艇的正常競(jìng)賽航線為逆時(shí)針方向，兩端各有一個(gè)半徑10m的半圓形航線，因此只需著重考慮賽艇向右轉(zhuǎn)向的問題。為使賽艇在向右轉(zhuǎn)向時(shí)右側(cè)浮體盡快滑出水面，其大沖角要比左側(cè)浮體的更大。以MINI-HYDRO艇為例，其左側(cè)浮體的大沖角約25°，右側(cè)約29°。

大家知道，賽艇的長(zhǎng)寬比越大（瘦長(zhǎng)），迴轉(zhuǎn)半徑越大；反之，長(zhǎng)寬比越小，迴轉(zhuǎn)性能越好。因此，主艇體的長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)計(jì)得盡可能短些。當(dāng)然，要以裝下所有的設(shè)備和保證賽艇的浮力為前提。以MINI-HYDRO艇為例，主艇體的長(zhǎng)度通常為435mm左右。若按兩個(gè)浮體的最大寬度（325mm）算，其長(zhǎng)寬比為1.338。

3.提升加減速性能

前文提到的浮體大沖角，對(duì)提升賽艇的加減速性能也有作用。賽艇減速后，能依靠這個(gè)大沖角盡快滑出水面，整個(gè)艇體（包括兩個(gè)浮體和主艇體）都會(huì)浮在水面上。如果主艇體艏部也增加一個(gè)沖角，同樣能產(chǎn)生起滑的作用。以MINI-HYDRO艇為例，可在主艇體艏部設(shè)計(jì)一個(gè)4.5°-6°的沖角.

4.克服反扭矩

根據(jù)圖2與圖3所示，強(qiáng)烈的反扭矩會(huì)使賽艇向右傾側(cè)，并導(dǎo)致其向右偏航。

解決賽艇向右傾側(cè)的問題，首先應(yīng)加大賽艇的總寬度；其次，應(yīng)使右側(cè)浮體底部滑行面寬度比左側(cè)更寬一些；第三，在安排主艇體艙內(nèi)設(shè)備、電池時(shí)，盡量靠左安裝，以使賽艇重心偏向左側(cè)，必要時(shí)可以在左側(cè)浮體上安放適量的壓鉛配重。

而要解決賽艇向右偏航的問題，可在設(shè)計(jì)時(shí)將賽艇的推進(jìn)軸向右偏移8-9mm，使螺旋槳產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)賽艇向左偏航的力矩，抵消螺旋槳的反扭矩。

5.提高抗浪性能

相對(duì)于單體滑行艇較大的艇底濕水面積，雖然HYDRO艇的艇底滑行面本身不大，受風(fēng)浪的影響較小，但設(shè)計(jì)時(shí)仍須考慮這一問題。如前所述，加大賽艇總寬度，可兼顧改善其抗浪性能。此外，將浮體橫剖面的V形角設(shè)計(jì)為2.5°-3°，也能改善賽艇的抗浪性能。

艇艉的舵除作為賽艇轉(zhuǎn)向的主要部件外，它在賽艇直航時(shí)垂直插在水中，本身就能起到減少賽艇左右搖擺的作用。然而僅靠舵遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)在右側(cè)浮體內(nèi)側(cè)安裝一塊垂直插在水里的水刀。水刀不但有助于改善賽艇的抗浪性能，還能提高賽艇直線航行時(shí)的航行穩(wěn)定性和迴轉(zhuǎn)性能。

作為航海模型競(jìng)賽的一個(gè)新項(xiàng)目，盡管大家對(duì)于HYDRO艇的經(jīng)驗(yàn)不多，但通過競(jìng)賽實(shí)踐，相關(guān)的設(shè)計(jì)方案會(huì)變得越來越成熟完善。