海模制作基础船模基础知识

船模基础知识（合集） 船模基础知识（一）型线图     最近许多船迷都在开工，或多或少对型线图感起了兴趣，就此谈谈。 　　型线图又称线型图，也就是达船体的外表面几何形状的图纸。 　　a.设想用垂直于船体纵轴且垂直于底平面的剖切面将船体切开，该剖切面与与船体的交线就称为横剖线。在船长１/2处得到的横剖线为中（舯）横剖面线，通常在左、右视图上绘出。在生产图纸上经常将它绘在主视图的中段； 　　b.设想用水平的剖切面去切船体得到的交线就称为水线，通常在主视图上绘出； 　　c.设想用平行于船体纵轴且垂直于底平面的剖切面将船体切开，得到的交线被称为纵剖线，通常在俯视图上绘出。 　　参见下图：（请点击图片放大看） 船模基础知识（一）补：型线图的画法 　　在型线图的讨论中，大家希望了解在有了横断面的型线图的情况下，如何补出纵剖线和水平剖线。由于没有找到适合的材料，就抽时间以港内的《内河交通艇》为例，画了一个步骤图： 　　这里要说明的是我用来做依据的型线图是已经经过校准的，细心的朋友如果用它与图纸上提供的型线图对比，就会发现差别。如果原图不太准，那么得到的纵剖线、水平剖线就不流畅，甚至明显的异常弯曲。 　　人工校准是一件非常繁复的事，因为在一个视图上移动一个点，另两个视图上的对应点也要相应移动，曲线也要变化。因此过去在船厂里校准工作往往由对船型有研究的，并已积累较多经验的技术人员来进行。 　　如果使用计算机CAD绘图软件来做这项工作，就要方便得多。 　　对于非专业的模型爱好者要努力多学些“制图学”的知识，能熟练地应用这个工具，才能使你得心应手，游刃有余。同时，它也是网友交流的“共同语言”。 船模基础知识（二）浮力和稳性 　　要搞清船模的浮力和稳性首先要从舰船的主要量度说起： 　　１，长度——船艏的极端至船艉极端之间的（投影）距离叫船长； 　　２，水线长——设计载重水线与艏艉交点之间的（投影）距离叫载重水线长; 　　３，宽度——平行对称面同时切于船表面的两个面之间的距离，称为最大宽度，而相切于两水线的两个面之间的距离称为设计载重水线宽。 　　４，吃水——由基准面（船底所在的水平面）到水线面的垂直距离称为吃水； 　　５，舷高——由基准面到肋骨与甲板的点的高度称为舷高，水线以上的舷高称为干舷。 参见下图： 　　６，排水体积系数——表示船体水下部分的肥瘦程度的数值叫排水体积系数，也被称为“肥嵴系数”。它能部分地反映舰船的航海性能。见下图： 　　常见舰船的排水体积系数如下： 　　　　战列舰　　　　0.55~0.70 　　　　巡洋舰　　　　0.45~0.60 　　　　驱逐舰　　　　0.42~0.53 　　　　炮舰（炮艇）　0.50~0.72 　　　　客船　　　　　0.55~0.65 　　　　货船　　　　　0.60~0.84 　　由于船体在静水中受到的浮力等于船体的水下部分排开的水的重量，水的比重近似为１，那么，我们就可以近似地估算出模型的排水量了： 　　载重水线长X载重水线宽X吃水X排水体积系数=排水量 　　要较精确地计算模型的排水量，就要将船体的水下部分沿长度方向分成若干段，每一段的体积大小可以近似地看成肋板水下部分面积乘以它的厚度（厚度＝分割的间距），然后将结果加起来。当然，分段愈多，结果就愈精确。因此对于模型爱好者有必要计算时，只要选择“适当数量”的分段进行计算就可以了。 在现代造船行业中，设计人员是采用《计算机浮力与浮力中心辅助设计软件》完成的。 　　以上内容普通爱好者仅需概念性地了解就可以了。 　　要研究船模的稳定性，先要了解一些基本概念： 　　浮在水面的舰船模型受外力作用会发生倾斜，当外力作用消失时，模型会恢复原来状态，这种性能称为稳性。 分析静止浮在水面的模型受力情况，通常受到2个力：重力和浮力，这两个力大小相等，方向相反。重力等于模型的全重，方向向下，作用于船的重心G点；浮力是船体浸水表面各点所受的水压力的合力，方向向上，作用在船体浸水体积的重心——浮心C点。见下图： 　　这里要注意：在倾斜的状态下，重心的位置是固定的，浮心的位置是随新的浸水体积中心改变而变化的。如下图： 　　上图左，重力×力臂＝恢复力矩，能使船模恢复平衡； 　　上图中，重力×力臂＝倾复力矩，能使船模翻倒。 　　从上图左我们还可以知道船为什么不做成又窄又高的原因了！ 　　在上图示范中，我们举例的仅是船舯横截面的浮力中心，实际上要对上文所说各个分段进行分别计算，得出总的浮力中心用于计算。对于船模爱好者常用以下的简便方法：取匀质硬纸板，按倾斜后的浸水截面形状剪下，任取两点穿上细线悬挂，每次悬挂时，画出向下的垂直线，两根画出的线相交于一点，此点即为浮力中心，通常称为“二次悬挂法”： 　　在下图中，设想通过新的浮力中心画一根垂直线与船模中心线相交，这点就是通常所说的横稳心。（见下图）显而易见，我们在制作船模时，重心不可接近或高于横稳心。 　　在我们实际制作船模中，在保证模型的强度的前提下，要尽量减轻模型的重量，尤其是上层建筑的重量。将比较重的物件，如电池等要尽量贴近船底固定。不要让它在船舱里移动。要留有余地，必要时前后移动电池或配重，调节船模前后吃水的适宜。 船模基础知识（三）舰船的方向性 一．舰船的方向性 　　１，船舶的方向性与回转　 船舶航行中，保持或改变航行方向的能力称为方向性，不同用途的船舶对这方面的要求是不一样的。例如：军用舰艇要求有很高的灵活性；商用船舶要求经济性好；游艇则要求驾驶舒适…… 　　在航行时，操舵者希望舵不动时，船能一直向前开，因为船舶航行全过程中，直线航行的时间是远远多于改变航向的时间，这就是希望船舶的航向稳定性好。可事实上船舶都不具备理想中的航向稳定性。。即使在平静无风的情况下，船舶也会驶离原有航线，这就是船舶的“乱驶”。 　　有一定航行知识的人都知道，要使船舶沿直线航行，就要不断地操舵，每分钟达１０~12次。因此舰船的转向和保持一定的航向稳定性，都离不开舵。 　　下图是假设一条沿直线航行的船，将舵向右转过一个（最大）角度，并保持这个角度不变，船的重心就会画出下图这样一条轨迹，这个过程就称为回旋： 　　在上图中，从a点开始，由于船艉受到一个转向的舵力，向外产生侧滑，从a点到b点，船的侧滑由大变小，到过了b点以后，在各种外力处于平衡的情况下，船舶进入一个稳定的圆周航线，这个圆周D的大小就是船舶灵活性的量度。通常是用船长的倍数来表示： 　　　　　　船　　　　型　　　　直径／船长 　　　　　战列舰、巡洋舰　　　　　４—５ 　　　　　轻巡洋舰　　　　　　　　４—６ 　　　　　大型驱逐舰　　　　　　　５—７ 　　　　　鱼雷艇　　　　　　　　　２—５ 　　　　　潜水艇　（水下）　　　　５—６ 　　　　　　　　　（水上）　　　　３.5—5 　　　　　货船与客船　　　　  　　5.6—６ 二．舵 　　１，舵舵在转向时的主要受力分析：（见下图） 　　图中，F—舵表面受到的正压力； 　　　　　F侧—有效用于转向的侧向分力； 　　　　　F阻—舵面产生的与航向相反方向的阻力； 　　　　　L——舵面受力的中心点到重心的（在船的纵轴上的投影）距离。 　　根据物理力学的知识，我们知道要使一个物体转动，必须受到外来的力矩的作用，在不考虑其他外力的情况下，这个使船舶转向的力矩N就是： N=F侧×L 　 从上式我们可以看出：F侧和L越大，转向力矩就越大，就不难理解为什么舵要装在远离重心的船艉，并且要在紧靠螺旋桨的后面了。至于舵上面受到的正压力的计算和受力中心点位置的方法，就不在这里讨论了。对于一般的船模爱好者只要定性地了解，能够用这些原理去分析试航中出现的问，就已足够。 　　２,常见舵的形式： 　　　a.普通舵——回转轴线通过舵的前缘； 　　　b.平衡舵——其回转轴线通过舵叶，偏向前缘（常在离前缘1/3至2/5的地方）； 　　　c.半平衡舵——上半部是普通舵，下半部是平衡舵。 　　由于普通舵的舵面完全分布在舵轴的一侧，操舵的力矩就很大，因此就产生了平衡舵。讲到平衡舵，显然它舵面的一部分在舵轴的前面，转向时就会大大减少所需的力矩。由于水动力学的缘故，平衡舵不能做到完全平衡，而且由于它的不稳定性，会造成操舵频繁的情况，所以现在在中、大型舰船上使用更多的是半平衡舵。半平衡舵由上部的普通舵部分和下部的平衡舵部分组成。 　　３，舵的截面形状 　　　为了减少阻力和保证强度，舵的截面一般采用对称的流线型 三．舰船的横向摇摆 　　横向摇摆对于舰船有可能产生如下影响：a,损失稳性，可能倾覆；b,影响航速，增加能耗；c,射击精度下降；d,人员居息条件下降；…… 解决办法是在舰船上增设减摇装置。 １，舭（读bi）龙骨（见下图） 　　在船体中段两侧的舭部外壳板上加上舭龙骨，它与船体表面垂直，它的宽度从185到700mm不等，其长度约为船长的30~40%。舭龙骨增加了水阻力，但能减少横摇，增加航向稳定性； ２，活动减摇器 　　如下图所示的活动减摇器，平时不用时收入船体内，既可以减少航行时的阻力，又可避免停靠码头时不被碰坏。 　　其它方面的摇摆，因与舰船模型关系不太大，在这里就不再讲述了。 船模基础知识（四）舰船的推进装置 一．明轮推进器 　　明轮是一种局部入水的推进器，装在明轮周围的用来向后划水的叫蹼板。划水产生的反作用力通过转轴到船体上，推动舰船前进。根据蹼板在明轮上的安装形式，分为“定蹼式明轮”和“动蹼式明轮”。 １，定蹼式明轮（见下图a）特点是构造简单，缺点是效率太差：蹼板在入水时是压水，而在出水前是提水，因而浪费了大部分能量，所以它的直径往往做得很大，入水深度一般不超过半径的１/2。 ２，动蹼式明轮(见下图) 　　它的蹼板以铰接方式与轮体相连，通过偏心作复合运动，因为它的蹼板能以适宜的角度入水和出水，提高了效率。动蹼明轮产生的推力略次与定蹼明轮（所有的书上都是这样说的，未细研究，估计是机械效率和结构限制的缘故） ３，明轮推进器仅适用于推力大、吃水浅、航速低且无大的浪涌的内河船舶。它在船上的常见布置方式如下图： 二．螺旋桨 　　螺旋桨（又称螺旋推进器）是一种由若干个桨叶呈放射状装置在一个共同的桨（轴）毂上，每个桨叶与旋转平面相交一个角度。常见的一些螺旋桨形式见下图： 　　螺旋桨的设计理论非常复杂，就不在这里详述了，但由于目前在船模上使用最多的动力推进装置就是螺旋桨，所以船模爱好者对于有关概念应该有所了解。现简述如下： 　　 １，直接影响螺旋桨性能的主要参数有： 　　a.直径D——相接于螺旋桨叶尖的圆的直径。通常，直径越大，效率越高，　　　但直径往往受到吃水和输出转速等的限制； 　　b.桨叶数N; 　　c.转速n——每分钟螺旋桨的转数； 　　d.螺距P——螺旋桨旋转一周前进的距离，指理论螺距； 　　e.滑失率——螺旋桨旋转一周，船实际前进的距离与螺距之差值与螺距之比； 　　f.螺距比——螺距与直径的比（P/D），一般在0.6~1.5之间；一般地说来，高速轻载船选取的值比较大，低速重载的船选取的值比较小； 　　g.盘面比——各桨叶在前进方向上的投影面积之和与直径为D的圆面积之比。通常，高转速的螺旋桨所取的比值小，低速、大推力的螺旋桨所取的比值大。例如，拖轮的螺旋桨盘面比大于１.2甚至更大的情况也不少见； 　　２，螺旋桨的数目： 螺旋桨的数目通常等于主机的数目，一般根据船的用途、排水量、航速和总功率等确定。 　　３，变距式螺旋桨： 这是原来发布在灌水区的一张图片，上面就是一种变距螺旋桨，变距式螺旋桨最大优点是可以根据不同的航速选择最佳的螺距，以提高航行的经济性，倒车时，只要将将叶片的螺距调至负值即可，省去了倒顺车装置。再看一遍老照片： ４，涵道式螺旋桨： 这类螺旋桨因为装于导向环或船体内的管道里，为了进一步提高效率，它的外观形状被做得象轴流式水泵的叶轮。它常被用在拖轮（为了提高低速时的效率）、浅水船的轴流式喷水推进装置、艏（艉）侧推装置等。 ５，螺旋桨在舰船上的布置：（参见下图） 螺旋桨的驱动： 　　螺旋桨的驱动系统示意图如下： 　主机—推力轴承--传动轴（及连轴器、轴承）—尾轴管装置（含密封装置）—螺旋桨 其中，主机提供原动力；推力轴承用于卸载螺旋桨产生的推力，不让巨大的推力损坏主机；尾轴管装置则用于支承螺旋桨，并同时提供密封，过去使用得最普遍的是“填料函”（一种使用填料压盖将石棉之类的填料压紧在轴与衬套之间的缝隙上的装置），现在还有的使用了“机械密封”装置等。现代大型船舶尾轴管装置则要复杂得多，下图为2003年第9期《国际船艇》上介绍的一种尾轴管装置 　　a.主机——舰船上常见的主机类型很多，主要的有： 　　　(a) 蒸汽往复机——一种利用过热蒸汽在汽缸里推动活塞作功的外燃机； 　　　(b) 蒸汽轮机（蒸汽透平）——蒸汽从喷嘴吹向叶轮作功的外燃机； 　　　(c) 柴油机：因其经济性和安全性好，广泛地用于各种舰船； 　　　(d) 汽油机：常用于气垫船、游艇、救生艇和冲锋艇等小型船艇； 　　　(e) 燃气轮机：航空燃气轮机经转化而成的舰船专用燃气轮机，常被用在大中型军用舰艇上； 其他的还有柴——电联合推进系统、柴——燃联合推进系统等，就不在这里介绍了。 三．特种推进装置 　　１，艏、艉侧推装置： 　　　　现代大型船舶为了方便停靠码头，少对港口拖轮的依赖以及执行特种作　　业的船舶（如港工船、消防船、海洋支援船、渡轮、滚装船等）为了获取更好的操纵性能、减少操舵工作量，一般都在船的艏、艉各装上了一至数个侧推装置（普通船舶仅在船艏布置一个艏侧推装置情况居多），其原理示意图　　如下： 　　２，悬挂式全回转推进器： 　　港内的“太古”号就是采用的该种推进器，因讨论较多，不再赘述；　　　　　　　　　　　　　３，平旋轮推进器： 　　平旋轮推进器的大致外形与安装方式见下图： 　　工作时，它的叶片同时进行两种运动：绕推进器的立轴作圆周转动并同时受偏心装置的作用绕自身的立轴转动。 　　４，喷水推进器： 　　常被用在浅水船和港口消防船上，历史上曾被用在一种鱼雷艇上。（略） 船模基础知识（五）船模的推进装置 　　在上一篇中，我们介绍了舰船的各种推进装置，相对应的在船模的制造上，也出现了形形色色的推动装置。 一． 橡筋动力： 最简单的橡筋动力船模的非常简单，就象简易橡筋动力模型飞机的形式。 用橡筋动力做船模的推进装置，最大的缺点就是动力时间太短，目前仅在青少年一些专项比赛中出现。如果比赛前，规定了所使用的橡筋的重量（一般是多少克），进行航线的直线性（一定距离外通过两个浮标）、速度或最远航行距离的比赛，也是非常刺激的哦！不要以为你是大虾级的人物，或许你连什么名次也拿不到！ 比较高级些的橡筋动力模型，还配备了齿轮机构，用来串联、并联橡筋或增速。 二． 蒸汽机 　　　　摇摆式蒸汽机，因其零件数量少，自制相对容易，加上过去的舰船也以蒸汽机动力的为多，一度在船模上出现较多。在贴图区“１／３２蒸汽轮船模型”有部分叙述，如有部分网友有兴趣可另行讨论。 三．电机推进装置 　　　　随着可供模型使用的微电机产品的增多，及镍—镉电池、镍—氢电池和锂电池等可充电电池的出现，采用微电机作为船模的动力越来越普遍。 爱好者们使用的微电机常见的如下： 　　１． ZY28系列永磁式电机 　　　　ZY28电机主要几何尺寸： 　　　　　　直径　　    28mm 　　　　　　长度　　    33 ， 38 ， 45mm　 　　　　　　使用电压　　2.4~36V 　　　　　　转速　　　　2000~25000rpm(rpm:每分钟转数)　　　　　 　　外形如下： 　　２． ZY36系列永磁式电机 　　　　ZY36电机主要几何尺寸： 　　　　　　直径　　　　　36mm， 　　　　　　长度　　　　　28，50，57，65mm等 　　　　　　转速　　　　　2000-20000rpm 　　　　　　使用电压　　　3～48V 　　外形如下： 　　常见永磁电机外形与安装尺寸如下： HYPERLINK "http://www.copyship.com/old_bbs_img/RS385S-a.gif" \t "_blank" HYPERLINK "http://www.copyship.com/old_bbs_img/RS540S-a.gif" \t "_blank" HYPERLINK "http://www.copyship.com/old_bbs_img/RS550S-a.gif" \t "_blank" HYPERLINK "http://www.copyship.com/old_bbs_img/RS750-a.gif" \t "_blank" HYPERLINK "http://www.copyship.com/old_bbs_img/RS775-a.gif" \t "_blank" 用于船模的典型电机传动结构如下图（使用540电机示例）： 　　１． 连轴器： 连轴器的用途是将电机的扭矩传输给螺旋桨轴，并可稍微补偿电机与轴之间因安装造成的不同轴度误差，使电机转动轻松； 　　２． 轴承——在传动轴上增加滚动轴承，可兼顾承受径向力及部分螺旋桨推力，延长电机的使用寿命。（普通径向球轴承，在设计上允许承受30%的轴向推力）图中的轴承座的外圈是用有机玻璃车成的，与支架（用有机玻璃、ABS板做）用混合氯仿粘接在一起。这个方法便于网友自制。较小的船模一般不需设置轴承； 　　３． 螺旋桨轴——要求如下： 　　　　a.直线性要好（即不直度误差要小），否则会抖动，噪音大； 　　　　b.要圆（即不圆度误差要小），否则很难密封， 　　　　c.要有一定硬度，以便增加刚性、耐磨损。 桨轴直径可以大致根据电机出轴直径确定，当支承间距较大时，可适当加大直径。 　　４．艉轴管——常见的艉轴管参见上图： 　　较小的动力船模有时就采用整根的黄铜管（也有受条件限制，使用紫铜管的，摩擦系数稍大）作为艉轴管，但更要仔细校直螺旋桨轴的直线度和圆度。 　　　艉轴管的防漏水措施： 　　　a.较小的船模上一般不采用另外的密封装置，因为电机功率本来就小，只要增加轴管与轴的配合精度，加之间隙里加有润滑油，形成一定的表面张力（据说轴在高速旋转时还会产生“局部真空”，会阻止水的渗入）； 　　　b.尽量提高艉轴管在船体内的一端的高度； 　　　c.对于一些大型船模或潜水艇模型之类的出轴，就要采取加装密封装置的办法了。其中之一，就是采用O形密封圈装置。参见下图： 　　要注意调节压盖的压力：过紧，则会消耗电机功率；过松，不起密封作用。也有人采用捻紧的加了润滑脂的石棉线，好坏各有说法。 　　　５．连轴器——上图所示的就是简单的连轴器，适合初学者制造。 　　　　　　虽说简单，却有几点要注意： 　　　　a.连轴器右端与电机要采用较紧的配合； 　　　　b.连轴器左端与桨轴之间要有适当的间隙，左端的紧定螺钉不要顶死，为了防松脱，要用细铁丝将其锁牢； 　　　　c.虽然有了连轴器，还要仔细校准电机和轴之间的同轴度。 采用电机驱动的其它辅助装置： 　　１． 齿轮减速箱： 有时电机速度太快，就必须采用齿轮箱减速。这里仅介绍一种便于自制的夹板式简易齿轮箱，如图： 　　２． 齿轮分动箱： 当需要由一个电机同时带动两个或多个螺旋桨时，就要采用分动箱，采用上面的办法，也可以制成“夹板式分动箱”。 　　 　　３． 船模用平旋轮推进器： 目前仅见国外有成品的模型用平旋轮推进器销售，未见有关结构资料，其外形见下图： 三．船模用内燃机 　　　　船模用发动机（内燃机）与航模用发动机差不多，只是在汽缸头的外面加了水冷罩，另外有的发动机在混合气配比的调节范围有点差别，这里就不多叙述了。 四．喷气推进装置 　　１． 模型用脉动喷气发动机： 　　　　　过去仅见用于竞速艇项目上，起动时，要向进气口吹压缩空气，同时　　　接通高压点火，其大致结构如下（凭记忆绘制，仅供参考）： 　　２． 模型用蜗轮式喷气发动机：          一般仅用于冲翼艇艇之类的模型上，图略