g 代表重力加速度 m·s-2；

▽代表排水体积 m3；

在静水中，依据无人艇在航行过程中 Fr的变化，这一状态分为四个阶段:

（1）低速航行阶段， Fr1。0 ，水面无人艇航速较低，此时艇体的重力基本等 于静水浮力。

（2）滑行过渡阶段，1。0 Fr3。0 ，无人艇航速逐步增加，水流对艇体滑行面源C于H优J尔W论R文M网WwW.youeRw.com 原文+QQ752-018766

的支撑力也随之增大，并将无人艇缓慢托起，同时，在来流风力的共同作用下，艇 体艏部渐渐抬高，离开水面。此时，无人艇的重力等于静水浮力与动升力之和。

（3）完全滑行阶段， Fr3。0 ，无人艇航速进一步增大，流体动升力也不断增

大，此时水面无人艇艏部进一步抬升，同时，由于作用在艇体艏部的静水浮力越来 越小，艏部开始下沉以保证力的平衡，此时，纵倾角减小。

（4）海豚运动阶段，无人艇航速继续增加，并伴随艇体吃水的进一步减小，此 时，无人艇开始产生飞离水面的趋势，当速度达到某个临界值后，水流产生的动升 力大于无人艇自重，艇体离开水面向上跃起，而离开自由液面后水流动升力对无人 艇失去作用，在重力作用下，艇体将回落至水面，如此反复，形成海豚运动。此时， 进一步提高艇体航速，无人艇的起落幅度会越来越大，直至完全失去平衡。海豚运 动是水面无人艇的失稳状态，对水面无人艇的航行不利，应尽可能避免这一情况发 生。

水面无人艇的设计应该进行全面综合的分析，根据总布置、阻力性能、航行性能 以及其他要求，合理的选择各项船型参数。

（1）排水量△，重要艇型参数之一，对水面无人艇阻力性能和耐波性的影响较 大。当排水量增大时，剩余阻力 Rr 增大，体积傅汝德数下降。经研究表明，阻力几 乎与排水量呈线性关系，随艇体排水量的增大而增大。因此，在设计艇型时应严格 控制排水量的大小。

（2）艇宽 B，从流体动力学角度分析，考虑水流的粘性作用，增加艇宽，艇体 湿面积相应增加，摩擦阻力随之增大，在排水量不变的情况下，艇体吃水会减小，

纵倾角也会变化。此时，若将重心位置后移以保持纵倾角处于有利角度，能提高无 人艇的滑行效率。因此存在一个与纵倾角相对应的最佳艇宽 B0。

（3）重心纵向位置坐标 xg，对水面无人艇而言，不仅需要严格控制排水量，也 要限制无人艇的重量分布状况。若艇体重量分布集中于艉部，xg 靠后，将导致的艇 体艏部过于上翘，增大无人艇纵倾角，使艇体浸湿长度减小。此时，若艇体的原纵 倾角较小，xg 靠后将有利于提高无人艇的阻力性能；若无人艇处于有利纵倾角范围 内，则重心后移的同时增大艇宽以保持有利的纵倾角，也能增大展长船宽比，进而 提高水面无人艇的水动力性能，如果重心过于后移，无人艇将更容易产生海豚运动； 若艇体 xg 偏前，在设计航速下，无人艇的纵倾角将偏小，导致阻力增大。因此重心 纵向位置坐标 xg 的变化对艇体水动力性能影响较大。

（4）艇长 L，对于无人艇的阻力性能而言，艇长只对无人艇低速状态有影响， 对艇体高速滑行时的阻力影响并不大。综合考虑，艇长对 USV 水动力性能的影响相 比于其他艇型参数较低。

（5）吃水 t，只影响无人艇的静水浮力和低速航行时的阻力性能，不影响无人 艇的滑行性能。

水面无人艇的阻力包括压差阻力和摩擦阻力，其中，压差阻力由飞溅阻力和兴波 阻力组成。冲角增大，压阻力增大，无人艇浸湿长度减小，湿面积减小，摩擦阻力 减小，但雷诺数减小又会导致摩擦阻力系数增大。因此，摩擦阻力和压差阻力随冲 角变化规律导致总阻力曲线存在极值点，它对应了最佳纵倾角。论文网