比例速度航行的魅力（1）

徐瑋　王力偉

2015年，全國青少年航海模型錦標(biāo)賽增加了一個名為“比例速度”的項目，代號ECO-BL。有些參賽的同學(xué)可能會問，增加這個項目的意義何在？要參加該項目的比拼，應(yīng)了解或?qū)W習(xí)哪方面的知識？怎樣取得好成績？下面筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐和比賽經(jīng)驗，和大家探討一下航海模型比例速度項目。

讓航海模型按比例速度航行的原因

在以往的艦船模型比賽中，經(jīng)常能看到這樣的現(xiàn)象：有些選手為了獲得較好的航速成績，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翹起，掀起的波浪翻過船舷，沖上甲板：船艉則水花四濺，活像公雞的尾巴，比同比例尺寸的模型軍艦跑得還快。而一些本應(yīng)航速大的模型導(dǎo)彈艇卻因速度太慢，被人笑稱為“導(dǎo)彈慢艇”。在銀幕上，有時會看到鏡頭中的軍艦航行姿態(tài)十分別扭，一望便知是用模型拍攝的，給人一種不真實感。

以上這些模型的航行姿態(tài)，會讓人對真實船舶產(chǎn)生錯誤的印象。因為雖然船模的外形是完全按比例縮制的，但航行速度沒有相應(yīng)地變化，即沒有按照比例速度航行，所以并不能準(zhǔn)確表現(xiàn)船舶的航行狀態(tài)。也就是說，讓航海模型按照比例速度航行，是為了最大程度地還原真實船舶的航行狀態(tài)。

航海模型比例速度的計算方法

航海模型的比例速度并非簡單地將真實船舶的航行速度按與實船主尺度相同的比例縮小確定。舉個例子，一艘護(hù)衛(wèi)艦實船總長75米，航速為28節(jié)。如果相應(yīng)的航海模型按1：50制作，總長為1 5米，那么其比例速度并不是28節(jié)÷50≈0.288米/秒。這里提到的“節(jié)”為艦船航行速度單位，1節(jié)=1海里/小時≈1.852千米/小時。

因為要還原真實船舶的航行狀態(tài)，所以要讓航海模型掀起的波浪與實船相似。在船舶原理中，掀起的波浪被稱為“興波”。而若模型按照與實船主尺度相同比例縮小的航速航行的話，它的興波就會與實船不一樣。

要想計算航海模型的比例速度，需先了解兩個概念——興波阻力和弗汝德數(shù)。

船舶航行時，水面會產(chǎn)生波浪，在船艏和船艉附近各引發(fā)一組波系。每組波系包括橫波和散波。橫波大致垂直于航向，散波與航向斜交。船波起伏的能量由船體供給，消耗了一部分推進(jìn)船舶的功率，對船來說相當(dāng)于克服一定的阻力——興波阻力。

弗汝德數(shù)是流體力學(xué)中的一個術(shù)語，是流體內(nèi)慣性力與重力的比值，用于判別水流的狀態(tài)。在對艦船及其模型的長期研究后，一位名叫威廉·弗汝德（William Froude）的科學(xué)家找到了興波情況與船的速度、長度之間的關(guān)系，指出兩艘船型（船體的幾何形狀）完全一致的船，或者實船與其縮比模型之間，只有當(dāng)它們的值相同時，它們的興波情況才相似。這里的V是航跡、a是重力加速度、L是船的長度。人們把稱作弗汝德數(shù)，用符號Fr表示。

弗汝德數(shù)對現(xiàn)代艦船研究有著極其重要的意義。因為現(xiàn)在幾乎所有大型商船或軍艦，在設(shè)計過程中都得通過模型試驗來檢查它的性能，對設(shè)計進(jìn)行驗證和改進(jìn)。而對一般船舶而言，其航行時所受的阻力中，興波阻力是最主要的。因興波引起各部位受力情況的變化，正是設(shè)計師希望通過模型研究解決的主要問題。比例速度，就是模型與實船的Fr值相同時的模型速度，此時二者有相似的興波情況。計算方法如下。

比例航速（ECO-BL）

競賽規(guī)則

一、定義

以艦船模型比例速度作為比賽成績的競賽。

二、建造規(guī)定

采用歷屆“我愛祖國海疆”航行類模型，或者自行改造后的模型。

1.運動員需在賽前完成模型外觀的制作。可自行選擇器材并對模型內(nèi)部的動力系統(tǒng)進(jìn)行改裝，但不可使用遙控裝置等可從外部實時控制模型的設(shè)備。

2.航行競賽時，模型上層建筑主要零件需齊全、完好，模型的顏色需與本套件廠商提供的色彩或者實船一致。若違反該建筑規(guī)定，裁判長有權(quán)取消該輪航行成績。

三、航行競賽

1.賽前由裁判組對運動員的參賽模型進(jìn)行審核，對運動員進(jìn)行編組、排序，并在賽前公布。航行競賽時間兩分鐘，運動員進(jìn)入放航區(qū)域后，競賽計時開始。起航前運動員舉手示意，待裁判員發(fā)出“準(zhǔn)備”口令后，運動員將模型放入水中待命。裁判員發(fā)出“開始”口令后，開始航行計時。凡模型過門、觸及邊線、終點線、兩分鐘競賽時間到時，裁判員停止計時，該次航行結(jié)束。

2.航行競賽得分由航向分（100分）、航速分（100分）和登記證書填寫分（20分）組成，總分220分。

3.航向分見航行競賽場地圖示。未航行到達(dá)30分以上區(qū)域者，該輪航向分為0分。模型碰標(biāo)不扣分，壓標(biāo)、卡標(biāo)按兩標(biāo)中分?jǐn)?shù)較低的分門記分。

4.航行競賽分青年組和少年組。青年組運動員在賽前必須完成模型比例航速競賽登記證書的填寫，所選擇的實船航速必須在比例航速競賽規(guī)則規(guī)定的相應(yīng)船型的航速范圍內(nèi)，航速精確到整數(shù)值。若所提交的航速值超過規(guī)則規(guī)定范圍，則以規(guī)定參考值的下限作為該選手的航速標(biāo)準(zhǔn)。

少年組選手在比例航速參照表中選擇經(jīng)濟(jì)比例航速值或最高比例航速值作為航行標(biāo)準(zhǔn)。

登記證書填寫分20分，航速誤差表中每格填寫正確得2分。

5.航速分共100分。將模型每輪的實際航速和設(shè)計航速相比較，每正負(fù)誤差5%減去10分。誤差超過正負(fù)100%，則該輪航行分為0分。

四、成績評定

航行競賽進(jìn)行1-3輪，取最佳一輪成績確定名次，得分高者列前。最佳一輪成績相同者，以另一輪分?jǐn)?shù)高者列前；若再次相同，則名次并列。（未完待續(xù)）