排水量-长度比 (D/L)

排水量-长度比 (D/L)(也写作 DLR)是帆船设计中最古老且最实用的对比数值之一。它能告诉您一艘船相对于其水线长 (LWL) 的重量。简单来说,它有助于区分重排水量巡航帆船与轻型性能帆船。

您会在经纪商的技术参数表和杂志评论中看到 D/L,因为它能快速回答“这是一艘什么类型的船?”。这个原理很简单:两艘水线长相同但重量截然不同的帆船,其潜在航速会有所不同。较重的船在任何航速下都必须排开更多的水。公式中对长度的立方计算以及向长吨的转换,使得不同尺寸的帆船之间具有可比性。

公式

D/L=DLT(LWL / 100)3

其中 DLT 为以长吨(2,240磅)为单位的排水量。在英制单位中,排水量以磅为单位:

D/L=D / 2240(0.01 · LWL)3
  • D — 排水量,单位为磅
  • LWL — 水线长 (LWL),单位为英尺
  • 2240 — 每长吨对应的磅数

“除以 100”的惯例将 D/L 保持在易读的范围内(大约在 50 到 400 之间),而不是产生极小的纯小数。

如果您更倾向于使用完全无量纲的数值,公制体系中经常使用其倒数:即 Larsson & Eliasson 在《Principles of Yacht Design》中提出的长度-排水量比(:math-inline{type="ldr"})。这两个比率描述的是同一种关系。

历史——以及它为何重要

D/L 由美国海军现代模型测试之父 David W. Taylor 少将发明,并首次发表于他 1910 年出版的《The Speed and Power of Ships》一书中。Taylor 在水槽中拖曳模型时发现了一个深刻的规律:在相应的弗劳德数下,几何相似船体每吨排水量的阻力是恒定的

这意味着,如果已知在给定速度-长度比下每吨的阻力,您就可以通过排水量进行等比缩放,从而估算出具有相同形状的更大船体的阻力。D/L 将这一发现转化为一条捷径:船体线型相似且 D/L 相似的船只,其每吨的阻力往往相似,因此其性能上限也相似。

数值解读

Ted Brewer 在《Ted Brewer Explains Sailboat Design》(1985 年第 1 版)中对单体船的分类是被引用最多的参考标准:

D/L船只类型
40 – 50轻型竞赛多体船
60 – 100超轻型远洋竞赛船
100 – 150极轻型远洋竞赛船
150 – 200轻型远洋竞赛船
200 – 250轻型辅助动力巡航帆船
250 – 300普通辅助动力巡航帆船
300 – 350中等重量辅助动力巡航帆船
350 – 400+重型辅助动力巡航帆船

在过去的半个世纪里,整个帆船船队的设计都趋向于轻量化。在 1970 年代,一艘“优秀的巡航帆船”其 D/L 通常在 300 以上。而今天,类似的设计要求可能会让 D/L 降至 200 以下,远洋竞赛船甚至可以低于 100。碳纤维桅杆、复合材料船体以及经过改良的球形龙骨,让更轻的船只不仅速度更快,而且稳性更强。因此,当您对比 1975 年的设计与 2020 年的设计时,D/L 衡量的是时代特征,而不仅仅是船体形状。

在水中的实际表现

排水型船体在水中移动时会产生首波和尾波。随着速度的提高,这些波之间的波长会增长,在达到船体速度(≈ 1.34 × √LWL 节)时,波长会等于船只的水线长——此时船只被困在自己产生的波谷中。想要超越这个速度需要极大的额外动力;唯一的解决办法就是滑航(抬离水面),这需要船体足够轻且扁平才能做到。

  • **重型(高 D/L)**船体无法跨越其首波。它们受限于船体速度。但它们拥有较大的质量,对载荷增加不敏感,且在波涛汹涌的海况下横摇缓慢且可预测。
  • **超轻型(低 D/L)**船体可以突破首波障碍并进行滑航或顺浪冲浪,从而达到远超其标称船体速度的航速。代价是船体运动生硬、颠簸,且对船上增加的任何载荷都高度敏感。

注意事项:静态水线与动态水线

D/L 计算使用的是在码头静止状态下的静态 LWL。这让带有长悬伸的旧式设计显得有些吃亏。一艘静态 D/L 超过 300 的经典 CCA 或 IOR 时代的帆船,在航行横倾时会将悬伸部分浸入水中,从而获得显著的动态水线长度——由于船体速度与 √LWL 成正比,该船的实际航速会比其静态数值预测的更快。

现代的垂直船首、扁平船尾船体其 LWL ≈ LOA,因此它们的静态 D/L 与其实际动态表现相符。在对比 1965 年的设计与 2025 年的设计时,可以预见老款船只的实际航行表现要明显优于其静态数据所展现的水平。

警告:载荷耐受能力

理解 D/L 时,它不仅是一个速度指标,更是一个载荷能力指标。在一艘超轻型帆船上增加 2,500 磅的巡航装备——锚链、海水淡化器、太阳能板、给养——可能会增加其设计重量的 15% 到 25%。这会导致船尾下沉,湿水面积增加,且 SA/D 下降。而将同样的装备放在一艘重排水量帆船上,可能只占其总质量的百分之几;其纵倾和性能的变化要小得多。

对于远距离巡航帆船而言,更高的 D/L 应当被视为一种优势:船只能够承载你实际需要的物品,而不会变得迟钝或出现船尾下沉。

设计师随笔

在保持排水量不变的情况下增加 LWL 会降低 D/L,但它也会改变棱形系数 (Cp):即排出体积与船体所定义的纵向棱柱之间的关系。对于每个排水量-长度比,Cp 都有一个最佳范围。一旦超出该范围,阻力就会迅速增加。设计师在通过拉长船体以追求低 D/L 时,仍然必须合理地重新设计横剖面。从买家的角度来看,这在很大程度上是无形的,但这就是为什么一艘设计良好的轻型巡航帆船会让人感觉平衡,而一艘单纯拉长设计的船只尽管 D/L 很低,却会让人感觉迟钝的原因。

买家如何解读该数据

在选购时,无需担心长吨或立方根的计算。如果出售信息中提供了 D/L——或者你通过下文计算得出——可以用它来设想这艘船的航行表现、载荷能力以及在码头停泊时的感受。

该数据在实际居住体验中的感受

  • D/L 低于 150(轻型至超轻型)。 船只易于加速,在轻风中航行表现良好,并且可以顺浪冲浪。妥协之处在于船体运动更急促、在短陡浪中拍击更剧烈,且对额外装备非常敏感。如果你主要是在轻风港湾内进行日间航行或周末度假,那么其优势是值得的。
  • D/L 150 – 250(轻型至适中)。 现代沿海巡航帆船的主流黄金区间。船只足够轻,在 8 节风力的下午也能保持活泼;同时足够重,可以承受正常的巡航载荷而不改变其特性,且其船体运动舒适度适合周末航行和短途航渡。这是大多数沿海买家实用的默认选择。
  • D/L 250 – 350(适中至重型)。 传统的离岸航行区间。你可以增加锚链、加满水燃油箱、安装海水淡化器并携带数月的给养,而不会改变船只的特性。船体运动更慢,船员感觉更舒适。妥协之处在于轻风性能:你需要更多地依靠发动机,且无法进行顺浪冲浪。
  • D/L 高于 350(重型至超重型)。 传统的远洋血统。在波涛汹涌的海况下稳如磐石,对载荷毫无知觉。受限于排水型船体速度,且加速缓慢。如今建造的此类船只较少,但经典车型——Westsail、Tayana、Hans Christian、Pacific Seacraft——处于这一区间是有原因的。

如何将其用作筛选条件:

  1. 将 D/L 与预期用途相结合。 沿海周末巡航需要 D/L 在 150–220 之间。离岸航行需要 250+。周末竞赛则需要 120 以下。
  2. 将 D/L 视为载荷耐受能力。 轻型船只在空载时速度很快。如果你打算在船上长期居住,请在你的精选中增加 D/L 权重——或者接受性能下降的代价。
  3. 对老款船只的静态数据进行折现。 一艘拥有长悬伸且 D/L 超过 300 的 CCA 时代经典帆船,一旦横倾并将这些悬伸部分浸入水中,其航行速度会明显快于该数据所代表的水平。

一个简短的例子。 三艘 LWL 约为 30–32 英尺的船只展示了这一区间。Westsail 32 的数据超过 400:这是一艘重型巡航帆船,你即使重载也几乎察觉不到变化。1963 年推出的 Cal 40 是一款革命性的轻量化帆船,D/L 约为 240。J/109 的 D/L 约为 172,展示了 2000 年代“轻型”的定义。

计算器

以下是一些示例帆船及其排水量和水线长。请使用计算器计算您自己船只的 D/L。

试用示例船只
Displacement / Length
218
Moderate
Traditional bluewater range. Carries provisions without changing trim; steady seaway motion.