问题

像友鹤那样重心高稳定性太差的小船可以通过安装减摇鳍提高试航性吗?

回答
像“友鹤”号这样重心较高、稳定性相对较差的小型船只,确实可以通过安装减摇鳍来显著改善其试航性能。这并非什么高深莫测的秘诀,而是基于对船舶动力学和流体动力学基本原理的应用。

首先,我们得理解一下为什么“友鹤”号这类船会“稳定性太差”。船的稳定性,简单来说,就是它在受到外界扰动(比如风浪)后,能否自动恢复到平衡状态的能力。这很大程度上取决于它的重心位置和船体的形状。重心越高,就像一个不倒翁一样,一旦倾斜得厉害,就容易翻覆。而船体设计,尤其是横向剖面,也会影响其抗倾侧的能力。在风浪比较大的海况下,船体在波浪的作用下会产生摇晃,如果船自身恢复能力不足,这种摇晃就会越来越大,对船员和船体本身都造成威胁。

那么,减摇鳍是怎么发挥作用的呢?你可以把减摇鳍想象成安装在船体两侧的“小翅膀”或者“翼片”。当船体在水中前进时,这些翼片会产生一种叫做“升力”的力。这个升力的方向和大小,可以通过调整翼片的角度(也就是我们常说的“攻角”)来控制。

在有摇晃发生时,减摇鳍的作用机制大致是这样的:

对抗倾侧运动: 当船体向一侧倾斜时,减摇鳍的攻角会相应调整。在前进过程中,调整后的攻角会产生一个指向船体恢复平衡方向的升力。比如,如果船向左倾斜,减摇鳍会产生一个向右的力,帮助船体回正。这个力就像是你用手去扶住一个摇摇欲坠的东西一样。
抑制横摇(Roll): 船的横摇是我们在风浪中最容易感受到的那种左右摇摆。减摇鳍的主要作用就是用来减小这种横摇的幅度。通过不断地根据船体的倾斜角度和运动速度调整翼片的角度,减摇鳍能够实时地产生一个反向的力矩,抵消掉大部分由波浪引起的倾侧力矩。
增加水的阻尼作用: 即使不是主动控制的减摇鳍,仅仅是固定安装的鳍片,在船体摇晃时也会在水中搅动,产生一定的阻尼作用。这种阻尼就像是在水里搅动一团棉花,能够吸收一部分能量,减缓运动。

具体来说,安装减摇鳍能够带来的试航性提升体现在:

1. 显著减小横摇幅度: 这是最直接的效果。在同等风浪条件下,安装了减摇鳍的船只摇晃会小很多,乘坐的舒适度大大提高。
2. 提高航行安全: 剧烈的摇晃不仅影响舒适,还会增加船体结构承受的应力,甚至可能导致操作失误或人员落水。减摇鳍可以降低这些风险。
3. 改善操纵性: 剧烈的横摇会影响船舵的效率,使得船只更难控制方向。减摇鳍的稳定作用有助于保持船体的稳定姿态,从而提高操纵性。
4. 减少颠簸感: 除了横摇,船体在波浪中还会发生纵摇(Pitch)和垂荡(Heave)。虽然减摇鳍主要针对横摇,但通过稳定船体,间接也能减少一些其他方向的颠簸。

那么,对于“友鹤”号这类船,安装减摇鳍需要考虑哪些方面呢?

减摇鳍的尺寸和数量: 需要根据船体的大小、重心高度、以及预期的航行海况来计算。太小了效果不明显,太大了可能会增加船体阻力,影响速度,甚至对船体结构造成过大负担。
安装位置: 通常安装在船体两侧,靠近船体中部的位置,这样能获得最佳的摇摆控制效果。
类型选择: 有固定鳍(Foil Fins),也有主动控制鳍(Active Fins)。主动控制鳍可以根据实时的船体姿态和运动数据,自动调整鳍片角度,效果更佳,但成本和复杂度也更高。对于“友鹤”这样的小型船,可能更倾向于简单高效的设计。
船体结构的加强: 安装鳍片会增加船体结构所受的应力,特别是安装点的位置,需要进行适当的加强,以防在恶劣海况下损坏。
对速度的影响: 任何附加在船体上的物体都会增加水的阻力,减摇鳍也不例外。不过,现代设计的减摇鳍在保证减摇效果的同时,也会尽量优化水动力性能,将对速度的影响降到最低。

总而言之, 像“友鹤”号那样重心高、稳定性有待提升的小型船,通过合理设计和安装减摇鳍,是完全可以有效提高其试航性能的。这就像给一个本身重心不稳的物体加上一个能主动调整支撑点的底座,能够大大增强它的稳定性,让它在波浪中更从容地航行。这种技术在现代小型船舶设计中已经相当普遍,是改善船只适航性和乘坐舒适度的重要手段。

网友意见

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一定程度上肯定是可以的,但是能多大程度上改善就是个问题了。网上有时候有材料宣称改造后的友鹤重心问题得到了解决,但是实际上DKB的结论是全面修改之后的友鹤仍然不及格。这个结论是他在09年John Jordan的Warship Journal上写的,具体怎么得出来的不太清楚。考虑到DKBさん几乎肯定不会日语,我怀疑他是按照友鹤的尺码套进去RN标准计算的结果。这个过程一般来说是按照frame by frame计算在最大倾斜角度下最大重心偏移以后合计的结果,换言之是针对在最最糟糕舰艇重心偏移最大的情况下回正能力的计算。考虑到Hunts本身就是几乎不及格的设计,友鹤不及格也就不难理解了。

简单对比一下,Hunts是千吨设计,以Hunts I为例,满载实际上达到了1300lt左右,其舰体重452lt,243lt燃料,深载3.3m吃水——千鸟级,530lt标排,150lt燃料,平均吃水2.5m。如果千吨级的Hunts在仅有开放炮塔和中型舰桥的情况下被认为重心严重不足,那么吃水不足3m,深载不足千吨,续航力和航速却被堆砌到如此之高,长宽比更大,全封闭岛桥和全封闭炮塔的千鸟有稳心问题就见鬼了。

DKB在他的Atlantic Escorts里进而列举了30-40年代9次事故损失的舰队驱逐舰/大型鱼雷艇(Appendix III,09年文章的基础):4艘是USN的损失,主要源于哈尔西脑子有洞(U.S. Destroyers Hull, Monaghan and Spence; and U.S.S Warrington)硬闯风暴。2艘是RM损失于第二次Sirte之后的风暴(Lanciere(Lanciarii), Scirocco(Sarqiyya))——这些总计6艘相对较大的舰队驱逐舰,姑且计入一类。其次是红海军的Sokrushitelnyi——Project 7系列,类似于RN3锅炉2烟囱4炮4.7in间战标准驱逐舰级别的舰体,以及法国海军的Branlebas和千鸟。Branlebas和Sokrushitelnyi均损失于折断:驱逐舰前重后轻的问题导致首楼与舰体连接处结构脆弱部分容易断裂。Branlebas和友鹤放在一起,则是2艘小于千吨的鱼雷艇遇险的问题。前者事实上在吨位上略大(大百吨多),但是整体长款尺度和吃水上非常类似。同样对比之下,法舰虽然同样选择了全封闭式的舰桥,但是其火炮为单装UD100mm炮,鱼雷发射器仅有1座,舰员更少——但是吃水却仍然深于千鸟级(3m),长宽比也小。

另一个对比对象是红海军卫戍舰/护港舰,比如Project 2/4/39,450lt排水(2.6m吃水)26knter,2boiler,1500nm,开放火炮,单装4in,1座鱼雷发射器。其续航力远低所以燃料导致的稳定性问题要小得多,但是仍然是适航性奇差无法承担雷击任务的设计···

yeah...you probably guessed where this is going... ...

所有这些臭名昭著的低稳定性差适航性的小船,几乎全部都有比千鸟更小的长宽比,更轻的武装和上层结构,更深的吃水,以及更好的舰体/燃料重量比,更合理的自持力和航速。在转向性能奇差稳定性如shi缺乏任何远洋能力的舰体上采用全封闭舰桥封闭炮塔是心比天高···这一点无关于舰队要求。无论远程鱼雷与否,无论IJN态势感知能力和雷击舰队指挥能力高低与否,机动能力都是驱逐舰的必须。一艘不能及时转向在合适角度上投送鱼雷的驱逐舰/舰队鱼雷艇是不合格的。这种两座多联装鱼雷发射器2座全封闭炮塔的设计且不说西部入口指挥的标准,仅以雷击舰高机动性小转弯半径的要求来看可能也是减摇鳍救不回来的。

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