关于参加海洋航行器D1类名船名舰仿真制作——辽宁舰制作的总结
谢一凡 张大朋 严谨
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谢一凡 张大朋 严谨,. 关于参加海洋航行器D1类名船名舰仿真制作——辽宁舰制作的总结[J]. 建模与系统仿真,2025.1. DOI:10.12721/ccn.2025.157001.
摘要: 全国海洋航行器设计与制作大赛是船舶与海洋工程领域的著名竞赛,在国内各个涉海高校有着较高的知名度和影响力。本文结合笔者自身参加第十二届全国海洋航行器设计与制作大赛中的经历,简单介绍了在D1类名船名舰仿真制作中辽宁舰的制作过程中所暴露的一些问题,并简要介绍了辽宁舰船模的制作流程。对于今后广东海洋大学船舶与海运续页诗画海洋工程工作室船模制作组参与类似船模竞赛有着一定的借鉴和指导价值。
关键词: 船舶与海洋工程;诗画海洋工程工作室;全国海洋航行器设计与制作大赛;名船名舰;辽宁号
DOI:10.12721/ccn.2025.157001
基金资助:2022年校教改-基于船舶结构力学课程的船舶与海洋工程专业的“课程思政”教学设计研究(010201132202)

1.总体总结

1.1 关于时间上的分配

本次模型制作耗时将近一个月,时间较长,但鉴于是第一次参加该项目,各项事项并不熟悉,且模型制作有相应要求,与以往模型制作材料不同,所需方法也不尽相同,故对时间不做评价。

但经此一次,组织队员已经熟悉制作流程,因此在下次制作中必须缩短时间,提高工作效率,争取每天一进度,制作时间减半。

1.2 关于工作流程的分配

在本次工作的分配上,我并没有做好分配工作,导致一些流程顺序错乱,出现等待上一步工作完成,无法开工的情况,各个成员的工作无法做到齐头并进,这也是最终导致进度不快的原因之一。

因此,此后,在工作之前一定要先把工作流程先梳理好,将工作细化,拆分流程,使每个人的工作皆能独立进行,做到不浪费时间,不拖延进度。

1.3 关于比赛流程

在比赛中,由于是第一次参加线下比赛,对比赛流程不太熟悉,而主办方也是首次举办比赛,具体项目比赛流程也没写清楚,最终导致比赛对接出现问题。具体就是报道时工作人员通知的比赛时间与赛程的并不相符,而我也没去核对时间,最终造成我们并未按时到达比赛场地,耽误了比赛,虽然最终赶上了答辩,但也没有做好充分准备。况且因为比赛流程的不清楚,也导致我们做了很多无用功,多制作了PPT和视频。

对此问题,下次比赛带队时我会在赛前先和赛方核对好比赛流程,杜绝此类问题的再现。

1.4 关于动力装置

本模型在制作之初并未考虑要增加动力装置,因此并未给马达等装置预留空间,而在比赛结束后,深感动力装置的重要性,在名船名舰的仿真模拟中,动力仿真也是一个关键得分点,因此,在下次模型制作中,一定要增加动力装置。

2.制作流程

本次模型制作一共分为七大步骤,分别为模型设计、骨架制作、船壳制作、甲板及上层建筑制作、舰载机制作、细节完善,整体上色。以下对各个步骤进行总结分析。

2.1模型设计

本次船模制作的三维模型来源于网络资源,且模型成品要求长度为80cm,经过计算得出缩放比例为1:375。而在对建模整体进行缩放后,又发现主体为一个空壳,并不符合制作要求。在研究后,采用solidworks软件对船体进行工程图绘制,得出符合要求的龙骨切割图纸和甲板图纸。其中龙骨切割图是按设计好的肋位投影出诺干横向剖面图和整个模型的纵向剖面图,然后对投影视图进行简化与开槽留空;而甲板图纸则是直接将甲板爆炸出来,然后直接投影甲板视图。

存在问题:在对船模蒙皮时发现,要想船体整体光顺、线形优美,必须在船体过度较大处多安插肋位板,使肋位间隔变小,让线形更流畅,故在对船模剖面投影时,必须要在线性变化较大处增加肋板数量。

2.2骨架制作

在得到龙骨切割图和甲板图纸并打印出来后,工作就进行到第二步骤——龙骨制作。由于比赛要求使用环保材料,故我们采用了硬纸板作为制作主材料,以2mm厚度纸板制作肋位、3mm厚度纸板制作主龙骨。先将各个图纸进行编号,然后再逐一裁剪下来粘贴到纸板上进行切割,最后在对零件进行组合,并用热熔胶进行加固。

存在问题:此处存在的问题就是主龙骨材料厚度选择出错,80cm的长度和3mm的厚度完全不成正比,导致骨架整体出现弯曲变形,刚度不够,在船模最终蒙皮时出现横向弯曲,虽然最后做出修正补救,但球鼻艏处还是出现了些许偏移。故船模龙骨必须采用足够厚度的材料进行制作,以保证骨架整体的刚度足够。

还有就是,手工切割公差太大,板件基本都需要进行二次加工打磨,因此以后在条件允许的情况下尽量采用激光切割,保证板件精度的同时也提高工作效率。

2.3船壳制作

船壳制作的主要内容就是对船模骨架进行蒙皮。是本次船模制作的难点之一,其难点在于如何使船壳整体变得光顺,线性优美。而受限于此次制作的材料,纸板无法像PVC板材一样进行整体吹塑,因此必须采用其他方法进行蒙皮。在查阅资料后,我发现了真实木船制作就是将木板切割成扁平长条,让后将长条从船底一根一根平行排列直到包裹主整个船骨。因此,受到启发我采用0.5mm薄纸板切割成长条,按照此方法法进行蒙皮,最终效果不错。

在进行蒙皮后,下一步就是对船壳进行上灰打磨,这里的上灰指的是在船壳表面刷上原子灰,使其表面变得坚固并且初步具备防水性。而打磨就是对船体进行打磨,使其变得光顺,线形优美,这也是此次模型制作中耗时最长、也是最累的工作。而在对船模涂刷原子灰并进行初步打磨完毕后,发现许多地方并不平整,然后便使用速干补土对坑洼处进行反复修补打磨,直至船壳整体平滑光顺。

存在问题:此过程存在的问题主要是材料问题,所选材料纸板太过于柔软,导致原子灰在固化的过程中,存在拉伸,容易出现裂痕,因此,下一次最好采用木条进行蒙皮,提升材料的硬度。

2.4甲板及上层建筑制作

甲板制作较为简单,主要就是将甲板投影图粘贴在板材上,然后进行切割,而由于实际航母甲板较厚,我们采用多层粘合提升厚度的方法,并且为了方便制作与观察,我们将甲板一分为二,在甲板主体下埋藏磁铁,将其设计为磁吸式结构,而对无需改动的舰首部分则在确定翘起弧度后直接粘死。

对于上层建筑来说,航母的上层建筑就是舰岛。舰岛的制作,也是将舰岛各个面投影出工程图来,然后在纸板上进行零件切割,再进行粘合。

2.5舰载机制作

舰载机是一艘航空母舰的主要战斗力,是重中之重。本次的舰载机都是建模完成后,对比实物按照模型比例缩放,然后用3D光固化打印机打印出来,在经过二次固化加固后进行上色与粘贴细节贴纸。

存在问题:在比赛时,评委针对舰载机比例大小提出过质疑,认为舰载机大小有些许大了,在赛后测量比对后发现确实大了一点。在对制作过程回顾后,发现应该是因为缩放工作是在3d打印的切片软件内完成的,是对高度进行缩放的,而切片软件内的高度与模型实际高度不一样,这就导致了缩放出现误差。

2.6细节制作

细节制作包括舷侧、舰岛与甲板围栏、船锚、船尾雕刻、舭龙骨、螺旋桨、船舵、火控装置、船舶设备、地勤、模型水景等各类细节的制作,其中针对无法手工制作的部分采用3D建模与打印。

2.7模型上色

本次模型上色采用气泵与喷笔进行喷涂,颜喷涂分为底漆和面漆,面漆就是指表面的颜色涂层,在喷涂面漆之前,先对船体进行了一层底漆喷涂,在这里我使用的是究极水补土,其主要目的是提升漆面附着力、统一底漆颜色,使面漆发色正常。而对于面漆的喷涂,漆料主要使用的是硝基漆,原因在于在众多漆料中,硝基漆颜色发色更好,更经济实惠,颜色种类更多。所选颜色分别为匠域舰底红,匠域20%高阶灰,郡士C339引擎灰,舰底红为舰底颜色,20%高阶灰为船体主色调,用于模拟中国海军战舰涂装的灰白色,C339引擎灰则是作为甲板色,用于对甲板沥青跑道的还原。

存在问题:此次喷涂存在的最大问题就是在调漆过程中,并未调好足够的漆料,这也导致最终修补时漆料的不够用,未稀释的面漆一瓶的容量都是11-16ml左右,稀释比例为1:1.5-1:2,但因为忽略了模型尺寸,因此每种颜色只稀释了1瓶,这只是勉强够用的。因此,按照此次经验,每次调漆的量必须在50ml以上,保证漆料够用。

还有就是,下次主体涂装可以使用郡士338,而舰底涂装可以使用C327,因为这次发现匠域舰底红发色有点暗了,与实物有些许不符。

3.3结论

本文对参与第十二届全国海洋航行器设计与制作大赛的D1类赛道的经历进行了总结,并结合制作辽宁舰的经历总结了此次参赛的经验与不足,为后续参赛打下了一定的基础。

参考文献

[1]孙延超,王海鹏,秦洪德等.科技创新竞赛对促进海洋机器人专业人才培养的研究——以全国海洋航行器设计与制作大赛为例[J].教育教学论坛,2022(38):1-5.

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