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玻璃钢游艇设计要点概述
来源:河北华强科技开发有限公司 admin  点击:581  发布时间:2012-11-1
玻璃钢游艇的发展现状

 

在当今世界船舶市场上,游艇工业发展迅速,而休闲用豪华游艇在国际市场上占有巨大份额,并且带动游艇配件、水上运动器材等相关产业迅速发展,年贸易额巨大,甚至可与商船相比拟。

 

玻璃钢(以下简称FRP)游艇主要在美、英、意、荷兰等欧洲国发展迅速,技术先进、豪华程度高。美国是生产FRP游艇最早且最多的国家,也是建造世界上最大的FRP游艇的国家,最大长度为44m。英国的游艇豪华程度高,价格昂贵。意大利是欧洲制造35m以上大型豪华游艇的中心之一。据报道,2005年我国台湾省FRP游艇建造量已跃居世界第五,成为重要的出口产品之一[1]。

 

我国的FRP游艇是从70年代开始起步的,前期发展速度缓慢。随着改革开放的不断深入和旅游业的发展,近几年来,FRP游艇业悄然兴起,生产厂家主要集中在南方的广州、深圳、福建、厦门、珠海、上海、扬州等地和北方的山东、辽宁等地。游艇在出口的同时也进入了我国的一部分先富裕起来的人群的休闲生活之中,引领了我国的FRP游艇市场。可以预计,随着我国经济的高速发展,我国的游艇市场前景不可估量。因此我们要抓住这一发展契机,利用我国制造FRP游艇的有利条件,快速发展我国的FRP游艇业。

 

与欧洲FRP游艇发达国家相比,目前我国的FRP游艇业还处于发展不完善阶段,因此有必要借鉴国外的先进技术和经验。本文收集了近几年来欧美比较流行的豪华FRP游艇三十多艘[2][3][4][5],并进行整理和分析,仅供同仁参考。

 

2 主要参数

 

欧美FRP游艇的尺度范围较大,艇长Loa=5m~44m,佛汝德数 ,体积佛汝德数 ( )。属于一种尺度相对较小、航速较高、受力复杂、布置难度大、使用要求高的过渡型快艇或滑行快艇。

 

一般情况下,艇长在12m以下属于小型快艇。佛汝德数FN>3.0时,艇体重量几乎全部由作用在艇底的流体动力所支持,即为滑行艇。与排水型船考虑的因素不同,快艇主要参数的选择应在满足定员舱布置要求的基础上,着重考虑耐波性、操纵性及航行中的稳性等航海性能。另外,这些游艇的干舷值亦比普通排水型船的大,这一点与普通客船类似,因为大的干舷对大倾角稳性有利。

 

3 船型
如上所述,FRP游艇属于过渡型快艇或滑行快艇范围,型线以折角型为主,尾部采用方尾。一般常见的有单折角形(即在平板龙骨与舭部折角之间的艇底板有1道纵向折角线)和双折角形(即在平板龙骨与舭部折角之间的艇底板有2道纵向折角线)。其特点是增加艇底板的褶皱,产生数个小滑行平面,在增加滑行效率的同时,增加艇底板的刚性。舭部折角线还可以起到舭龙骨的减摇作用。
尾部采用方尾,方尾的相对宽度fB=BT/BX(BT:方尾宽度;BX:艇的最大宽度)表征尾部的收缩程度。对于高速快艇,适当增加fB可以增加尾部水压力作用不使艇体的航行纵倾过大,同时还可使尾部水流收缩不致太快,从而增加了“虚长度”,因而对阻力性能有利[6]。另外,方尾还具有有利于尾部上甲板、舵机舱和推进器等布置以及增加稳性,便于施工等优点。

 

对于FN>3.0的高速游艇,一般采用深V型,底升角在首部较大,最大可达60°,由舯向尾升角逐渐减小,到尾板处升角接近0°。以减轻高速航行中的首部拍击现象,有利于耐波性。尾部采用较平坦的纵剖线,可以减小高速水流的能量损失,也可以使纵中剖面面积不至于过小,有利于满足操纵性的要求

 

4 纵稳性
与普通排水型船不同,因为小型快艇的L/B相对较小,导致纵稳心半径小,据统计艇长在10m以下的游艇,其H/LW=1.1~1.6(H--纵向初稳性高;LW—水线长),因此保证纵向稳性是小型快艇设计中的一个重要问题。
应适当减小FRP游艇的进水角,并使浮心位置后移,这对减小剩余阻力是有利的。为了减少高速艇的“海豚”现象,建议适当地把重心往前移向艇舯,浮心位置应位于重心之后附近,使游艇在静水中处于轻微首倾,在航行中随着速度的提高,浸水线不断向后缩短,浮心逐渐后移与水动力所产生的升力作用线合成使游艇首部抬起,这时不至于因升力作用点沿纵向变化而远离重心发生过大的纵向摇摆,即有利于纵向稳性。笔者对艇长在10m以下的小型游艇的浮心纵向位置LCB进行了统计,其取值范围在舯后(7%~10%)L。

 

6 游艇材料

 

随着科技的发展,船艇设计的性能不断提高,人们对快艇速度的要求也在不断提高。快速游艇受到更高的强度负荷,这就要求其必须具备较高的强度和刚度。而具有刚性不足、强度有余特点的传统玻璃钢结构已不能满足现代高速艇的发展要求。

 

近几年对玻璃钢材料的改进主要体现在夹层结构、增强材料及树脂系统。对于夹层结构,目前采用夹心结构代替过去的单板结构。实践证明,夹心结构在刚性方面明显地优于单板结构。目前国外出现了聚丙烯蜂窝状夹心材[7],这种夹心材的抗弯、抗冲击强度都优于其它夹心材,而且还能达到阻燃效果,单位重量也低于其它夹心材,施工方法也比其它夹心材简单。

 

对增强材料和树脂系统的改进。近年来复合毡—合成纤维与玻璃毡组成的混合材料已得到应用。这种材料可提供更优的性能,更低的树脂含量,能更好地控制船体重量。例:将Kevlar纤维与玻璃纤维组成混合增强材料,用于对强度负荷要求较高的高速船体上,仍能使船体重量减少12%[7],而且完全可以满足它的强度要求。

 

对表面胶衣系统的改进。现在世界上制造豪华玻璃钢游艇的厂家已开始使用一种称作Barrier coat的树脂。这种Barrier coat树脂用在胶衣层后面,湖制层前面。起到了一个胶衣层和湖制层之间压力传递和缓解的作用。有很好的防渗透能力。Barrier coat树脂与胶衣层和湖制层有着非常好的化学共溶性,非常强的粘接强度。在玻璃钢船艇上使用结果表明,Barrier coat树脂层还能减少胶衣层的破裂现象[7]。

 

7 结论
1 欧美豪华型游艇的L与B或L与L/B存在一定的规律,设计时可采用回归公式(1)
进行粗估。

 

2 欧美豪华型游艇在艇长为14m以下时的B/d=4.0~5.5;艇长大于14m时,B/d值较

 

平缓,在5.2~5.7之间,其值比中速普通排水型船高很多。

 

3 保证纵向稳性是小型快艇设计中的一个重要问题。保持艇体浮心位于重心之后附

 

近是减小快艇产生海豚现象的有利措施,小型游艇的浮心纵向位置LCB的最佳取值范围

 

在中后(7%~10%)L。

 

4 根据大量游艇的统计资料并回归的游艇航速与主机功率的关系式(3)可作为游艇初步设计阶段的粗估计算。

 

游艇是海洋文化的组成部分,随着人类社会的不断发展,游艇的魅力和对人们的诱惑力逐渐超过汽车。现代游艇以其多姿多彩和高雅的娱乐方式而成为人们休闲娱乐方式的最佳选择之一。
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