船舶设计—船舶快速性

《船舶设计—船舶快速性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第!篇船舶快速性第!章"船舶阻力!#!#!"概""述船舶在水面航行时，受到空气和水对船体的反作用力，这种与船体运动方向相反的流体作用力称为船舶阻力。!#!#!#!"船舶阻力的分类船舶阻力一般可分为两大部分，一是裸船体在静水中所受到的总阻力!"，这是船舶阻力的主要部分；另一部分阻力包括空气阻力!#波浪引起的阻力增值!#$和附体阻力，统称为附加阻力。静水中船体的总阻力的划分，如表!#!#!#!所示。表!#!#!#!静水中船体总阻力划分表中的摩擦阻力!%&是船体在运动时受到水的粘性切应力的作用在运动方向的合力；兴波阻力!$是船体运动时兴起波浪使船体表面压力分布改变所引起的阻力；粘压阻力!

2、’(是由于水的粘性引起船体表面压力变化而形成的阻力。傅汝德把总阻力划分为相当平板摩擦阻力!%和剩余阻力!!两部分，前者为与船体同长度、同湿表面积的矩形平板的摩擦阻力（可计算得到），后者即为总阻力与!%之差（按傅汝德相似律换算）。—$—!"!"!"#$相似律在船舶阻力研究中，广泛应用船模试验的结果来预报实船的阻力性能，其理论基础是物理学中的相似律。在重力场中对不可压缩粘性流体的运动方程组进行量纲分析后，可得到满足动力相似的条件为：模型和实物的几何相似。模型和实物的以下无因次数必须相等。即$雷诺数$!"%#$%&%#’$’%&’傅汝德数$("%#%!)$%#’%!)’$’斯脱罗哈尔数$

3、*"%$%+#%$’%+’#’##欧拉数$,"%-%!#%.’%!’#’式中$$，#，&，!，-，+———模型的特征量；$’，#’，&’，!’，-’，+’———实物的特征量。即分别表示模型和实物的长度、速度、介质的运动粘性系数、密度、压力和时间。雷诺数相等是几何相似物体的粘性阻力和边界层结构以及尾流图形相似的必要条件。傅汝德数相等可使几何相似物体在运动时的兴波波形和兴波阻力相似。斯脱罗哈尔数是几何相似物体依赖于时间的流体运动的相似条件，即非定常运动的相似条件。欧拉数是表征消除大气压力对动力相似产生影响的必要条件。在船舶水动力性能的模型试验中，不可能做到与实船的完全动力相似，即保持模

4、型和实船的!"，("⋯等同时相等，因此只能在不同的试验中选择某些起主要影响的相似条件。例如：由于船模和实船的雷诺数不可能相等，故在船模自航试验时，只能做到傅汝德数和推进器的进速系数（相当于*"）相等。在做推进器空泡试验时保证进速系数和空泡数（相当于,"）相等。模型试验由于只能做到局部相似条件而引起的误差称为尺度效应。模型相对于实船的尺度比!越大，则尺度效应也越大。故船模阻力试验也是一种近似的方法，阻力试验结果还要考虑相应的粗糙度补贴、缩尺比等的影响，才能预估实船的阻力性能。!"!"!"&$各种系数在船模试验和阻力估算中，通常应用各种无因次系数来表达、计算、比较或分析各种船型的阻力性

5、能，在船舶阻力上常用的系数!有以下几类。!"与船体形状有关的系数&排水量长度系数$$$$$$$"%（’"!$）!%&长度排水量系数$%"&排水体积系数/%!%$!!%&长度排水体积圆系数%$%!!%&宽度排水体积圆系数"%0%!!%&吃水排水体积圆系数%1%!!%&湿表面积圆系数%*%!湿表面积系数/*%*%!!$#"与速度有关的系数#$雷诺数$$$$$$$$$$$!"%##傅汝德数("%!)$#体积傅汝德数("!%!%&!)!—(—#$泰勒速长比（有因次）!"!（#$—"#，%$—%&）!%&##’速长比（有因次）或（#—"#，%—’）!%!%(!#速度排水体积圆系数!())*!

6、!(!#速长比圆系数!!(!%+!#速度波长圆系数!!(!*+%,-与阻力、功率有关的系数,!总阻力系数..........*!!)+"-#+,!阻力排水体积系数*!!!)+),+"!#+,+阻力圆系数!!)#+比阻力,)#!!·,(%特尔弗阻力系数*!%!+##)-)-)-(.船体几何要素和形状对阻力的影响船型对阻力性能的影响与船速有密切关系，在不同速度范围内，船型参数对阻力的影响有本质上的差别。对一般水面排水型船的阻力问题，可按傅汝德数分为低速船（.//0-+）、中速船（0-+/.//0-,）和高速船（./10-,）。由于各类船舶的速度范围不同，因而它们的主要阻力成分也不同，故

7、在船型设计中要考虑的侧重面也不相同。对低速船，因航速较低，兴波阻力很小，摩擦阻力和粘压阻力占总阻力的主要成分，这类船往往从经济观点出发设计得比较肥短，因湿表面积小于快速性最佳长度船而摩擦阻力较小；但为了防止粘压阻力的过分增大，必须注意去流段的设计。对于中速船，兴波阻力所占的成分增大，设计时就要恰当选择船型参数，既要防止其他阻力成分的增大，又要使首尾波系产生有利干扰以降低兴波阻力，船型与低速船相比较为瘦削。高速船的兴波阻力占总阻力的主要部分，有时可达203以上。这类船一