船舶阻力第六章课件.ppt
50页
Rw成为主要成分成为主要成分,力求减小力求减小Rw 办法：办法：减小船首波系的波高减小船首波系的波高—船体（前体）瘦长船体（前体）瘦长 高速船波浪长度大高速船波浪长度大—首波在船尾难以实现有首波在船尾难以实现有 利干扰利干扰Rw随随V提高而增大提高而增大, 既要减小既要减小Rw 又要考虑又要考虑Rf 和和Rpv,办法办法:选择有利船型参数选择有利船型参数 — (兴波兴波)有利干扰有利干扰 船型趋于瘦削船型趋于瘦削— 减小粘压减小粘压中速船中速船 0.20
在对应的装载情况下拖曳试验 （（2）满载水线形状：）满载水线形状： 面积、平行中段长度、首尾端形状、半进角面积、平行中段长度、首尾端形状、半进角 （（3）首尾形状：）首尾形状： 首尾横剖面形状、纵剖面形状首尾横剖面形状、纵剖面形状 总阻力：总阻力：三、船型对阻力影响问题的研究方法三、船型对阻力影响问题的研究方法6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念船型变换：船型变换： 仿射变化仿射变化 改变线型特征改变线型特征3 泰勒标准船模系列实验泰勒标准船模系列实验6.1 船型对阻力影响的基本概念船型对阻力影响的基本概念4 6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响（（1）对）对Rf的影响的影响1、由、由L变化，讨论变化，讨论 的影响的影响一、一、 排水量长度系数排水量长度系数在参数在参数Cm，，Cp 和和B/d 不变情况下，不变情况下，Cs 近似为常数，近似为常数，因此可认为在排水量一定时，因此可认为在排水量一定时，因此增大船长因此增大船长(或减小或减小 )将使摩擦阻力增加，即将使摩擦阻力增加，即5 6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响（（2）对）对Rr的影响的影响1、由、由L变化，讨论变化，讨论 的影响的影响？？6 （（3）对总阻力影响）对总阻力影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响低速船：低速船：摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的70%以上。
而以上而Rr所占比例较小，因此当排水量一所占比例较小，因此当排水量一定时，尽可能定时，尽可能船型肥短，对阻力船型肥短，对阻力-舱容舱容-造价均有利造价均有利7 （（3）对总阻力影响）对总阻力影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响高速船：高速船：剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，即即 减小，总阻力的变化情况与低速船有所不减小，总阻力的变化情况与低速船有所不同，存在最佳船长同，存在最佳船长Lopt8 （（5）利用经验公式估算船长）利用经验公式估算船长l巴士久宁公式巴士久宁公式（（4）船长选择须考虑因素：）船长选择须考虑因素：总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响适用于适用于Δ＝＝1600～～42000t的各类民用船的各类民用船其中速度单位为其中速度单位为kn, 排水体积单位为排水体积单位为m3 l艾亚公式艾亚公式其中其中排水量单位为排水量单位为吨吨 常数常数C的选取：的选取：C= 23.5, 当单桨船当单桨船Vs ＝＝11.0kn～～16.5kn C= 24.0, 当双桨船当双桨船Vs ＝＝15.5kn～～18.5kn C= 26.0, Vs>20kn适用于适用于Lbp = 120～～140m的商船的商船9 2、由排水量变化，讨论、由排水量变化，讨论△△/(0.01L)3 的影响的影响 L L一定，一定， △ △变化变化 （讨论单位排水量阻力变化）（讨论单位排水量阻力变化） （（1 1）对）对 Rf Rf 影响影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响（（2）对）对 Rr 影响影响低速船：低速船： △△/(0.01L)3对对 Rr /Δ Rr /Δ的影响不大的影响不大高速船：高速船：明显，明显，10 6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响图图6-4 排水量长度系数对排水量长度系数对Rr /Δ影响影响(a)Fr＝＝0.208；； (b)Fr＝＝0.29811 （（1））低、中速船低、中速船△△/(0.01L)3取大些，取大些， 随着随着V增加，降低增加，降低△△/(0.01L)3，船型肥短，船型肥短（（2））高速船高速船△△/(0.01L)3比低速船小得多，船型瘦长比低速船小得多，船型瘦长（（3）） △△/(0.01L)3对对Rf与与Rr影响相反，存在影响相反，存在 Lopt （（3）对总阻力的影响）对总阻力的影响6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响低速船低速船可取大些可取大些高速船高速船可取小些可取小些3 3、不同船舶的、不同船舶的 △△/(0.01L)3选取选取12 二、二、B/T影响影响B/T=3.0附近，附近，S最小；最小；改变改变B/T对对S影响不敏感；影响不敏感；B/T对对Rf影响小影响小B大，散波波高增加；大，散波波高增加；T大，横波波高增加大，横波波高增加B/T较小的船横波影响显著。
两者对兴波的影较小的船横波影响显著两者对兴波的影响，反映在剩余阻力有相反影响作用响，反映在剩余阻力有相反影响作用6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响1、、B/T 对对 Rf 的影响的影响2、、B/T 对对 Rr 的影响的影响13 3、对、对Rt的影响的影响 B/T 对对Rt有影有影响，响， 但不大但不大.中低速船：中低速船：常用常用B/TB/T范围内，范围内，B/TB/T增加增加0.10.1，，R Rt t增加增加0.50%~0.75%0.50%~0.75%高速船：高速船：增加的略多些增加的略多些( (设计时常选用设计时常选用较大的较大的B/T)B/T)6.2 船体主尺度影响船体主尺度影响14 C Cp p 表征排水体积沿船长分布情况表征排水体积沿船长分布情况6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响 一、一、C Cp p的影响的影响Cp＝/ L Am15 (1) Cp 对对Rf 的影响的影响1 1、、C Cp p对阻力的影响对阻力的影响6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响影响较大影响较大,与航速有关与航速有关△△、、L不变，不变，Cp变变化对化对S影响很小，影响很小，— 对对Rf影响可忽略。
影响可忽略2）） Cp对对Rr的影响的影响16 低速：低速：Fr<0.2 Rw小小— Cp影响小影响小中速：中速： 0.2
取大 CbCb一定，一定，CmCm大大— Cp— Cp小小 — — 首尾首尾尖尖 — Rw — Rw小高速船：高速船：CmCm随随CbCb减小而下降减小而下降 CbCb本身较小，本身较小，CmCm主要考虑型线光主要考虑型线光顺21 1 1、对阻力影响、对阻力影响C Cb b对对R Rf f 影响比较小，影响比较小，对对R Rr r 影响大影响大（（V Vs s大时尤显著）大时尤显著） C Cb b增加增加 — R — Rt t/△/△增加增加 超过超过临界临界C Cbcbc时时 — — R Rt t/△/△迅速增加迅速增加三、三、Cb影响影响6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响运输船舶（低速）运输船舶（低速） — —经济性经济性 — Cb=CmCp — Cp— Cb=CmCp — Cp；；高速船高速船— — 减小兴波减小兴波— — 决定决定CpCp22 （（1 1）由）由F Fr r确定临界确定临界C Cbcbc （服务航速）（服务航速） （试航航速）（试航航速）（（2 2）根据）根据C Cp p、、C Cm m和和C Cb b 三者关系确定三者关系确定 2、、Cb 选取选取6.3 主要船型系数的影响主要船型系数的影响23 一、浮心纵向位置一、浮心纵向位置 Xc 的影响的影响 6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响X Xc c表示船体前后体肥瘦程度表示船体前后体肥瘦程度 1 1、、X Xc c对阻力的影响对阻力的影响 （对（对R Rf f影响小）影响小）24 2 2、不同船型的、不同船型的X Xc c选择选择低速船：低速船： 主要问题主要问题R Rpvpv — — 去流段瘦长去流段瘦长 — — X Xc c在舯前在舯前中速船：中速船： R Rw w增加增加 — — 首部不宜过肥首部不宜过肥 — — X Xc c适当移向船适当移向船中中高速船：高速船： C Cb b小，船型瘦削小，船型瘦削—R—Rpvpv 小小 R Rw w主要主要 — — 首部尖瘦首部尖瘦——X Xc c在船后在船后3 3、最佳浮心曲线、最佳浮心曲线X Xc c在最佳位置偏移在最佳位置偏移0.5%L0.5%L，阻力增加不超过，阻力增加不超过1%1% Fr > 0.45Fr > 0.45的高速船的高速船 X Xc c对阻力影响敏感，一般在舯后对阻力影响敏感，一般在舯后2~4%2~4%6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响25 4 4、、X Xc c对推进效率影响对推进效率影响6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响XcXc略后移可增加伴流略后移可增加伴流 —— ——提高推进效提高推进效率率XcXc后移过多后移过多 — —产生不利影响产生不利影响 （特别是双桨船）（特别是双桨船）26 二、平行中体长度和位置的影响二、平行中体长度和位置的影响1 1、平行中体对阻力影响、平行中体对阻力影响 ▽ ▽一定，设平行中体一定，设平行中体 首尾尖瘦首尾尖瘦 — — 减小减小R Rw w、、R Rpvpv——有利有利 前肩、后肩前肩、后肩— — 肩波、旋涡肩波、旋涡——不利不利中低速船：中低速船： 设平行中体设平行中体 ，但不宜过长，对阻力有，但不宜过长，对阻力有利利6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响高速船：高速船： 肩波、旋涡严重肩波、旋涡严重——不设平行中体不设平行中体27 2 2、确定平行中体长度和位置、确定平行中体长度和位置6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响低速：低速：LpLp较长、位置偏舯前较长、位置偏舯前 速度增加：速度增加： Lp Lp缩短、位置后移缩短、位置后移注意：避免前肩波系与首波系发生不良干扰注意：避免前肩波系与首波系发生不良干扰28 6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响29 低速船：两端宜为直线形低速船：两端宜为直线形中速船：首中速船：首 — — 微凹、凹；尾微凹、凹；尾 — — 直线、微直线、微凹凹高速船：直线或微凸高速船：直线或微凸依据：首端依据：首端——不同速度时不同速度时R Rw w大小及波峰水压力分力大小大小及波峰水压力分力大小 尾端尾端——减小粘压阻力减小粘压阻力三、横剖面面积曲线两端形状影响三、横剖面面积曲线两端形状影响6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响30 贝克研究结论贝克研究结论：6.4 横剖面面积曲线形状影响横剖面面积曲线形状影响31 一、满载水线面面积一、满载水线面面积6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响V V大大 — C — Cwpwp小小 近似关系：近似关系：二、平行中段长度二、平行中段长度 约为约为 1.5~21.5~2倍倍L Lp p三、首尾端形状三、首尾端形状1 1、满载水线、满载水线首端首端形状对形状对R Rw w影响大影响大 低速船：凸低速船：凸 — — 直线直线 （（F Fr r=0.2=0.2）） 原因：减小后部水线坡度原因：减小后部水线坡度——减小减小R Rpvpv 中速船：凹中速船：凹 减小波浪高压区沿水平方向分力，减小波浪高压区沿水平方向分力，减小减小R Rw w 高速船：直线甚至微凸高速船：直线甚至微凸 V V提高，波浪高压区后移，采用直线甚提高，波浪高压区后移，采用直线甚至微凸有利于减小水压力沿水平方向分力，减小至微凸有利于减小水压力沿水平方向分力，减小R Rw w2 2、满载水线、满载水线尾端尾端形状形状 主要影响主要影响Rpv Rpv 通常采用直线通常采用直线形形32 四、满载水线首端半进流角四、满载水线首端半进流角6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响ie ie 随速度增加而减小；随速度增加而减小； 低速：低速：40~30 °— 40~30 °— 高速：高速：4 4 ~11 °~11 °33 6.5 满载水线形状的影响满载水线形状的影响34 一、首尾横剖面形状一、首尾横剖面形状6.6 首尾形状影响首尾形状影响U U形特点：形特点： 面积沿垂向分布比较面积沿垂向分布比较均匀，满载水线处较窄均匀，满载水线处较窄与凹形水线相配合与凹形水线相配合V V形特点：形特点：面积集中在上部，面积集中在上部，满载水线处较宽与凸满载水线处较宽与凸或直线形水线相配合或直线形水线相配合1 1、横剖面形状的类型、横剖面形状的类型 U U、中、中U U、中、中V V、、V V35 2 2、横剖面形状对阻力的影响及选择、横剖面形状对阻力的影响及选择（（1 1）首部：）首部： 低速：低速：V V形形 — S— S小小 — — R Rf f小小；； V V形形——水下部分瘦水下部分瘦——沿纵剖线流动沿纵剖线流动——减少舭减少舭部旋涡部旋涡中高速：中高速：U U形形——首部满载水线尖瘦首部满载水线尖瘦——减小减小R Rw w （（ 避免采用极避免采用极U U形形——舭部半径过小舭部半径过小——旋旋涡）涡）（（2 2）尾部）尾部 阻力阻力角度：角度：V V形形— S— S面积略小面积略小 — Rf — Rf 略小；略小； 纵剖线平顺纵剖线平顺 — — 不不易发生分离易发生分离 水线宽水线宽 — — 便于双便于双桨布置桨布置推进推进角度：角度：U U形形 — — 伴流均匀伴流均匀 — —螺旋桨效率高、船体振螺旋桨效率高、船体振动小动小6.6 首尾形状影响首尾形状影响36 二、船首尾柱形状二、船首尾柱形状1 1、首柱、首柱6.6 首尾形状影响首尾形状影响37 2 2、尾柱形式、尾柱形式6.6 首尾形状影响首尾形状影响38 三、球鼻首对阻力的影响三、球鼻首对阻力的影响1、球鼻首减阻机理球鼻首减阻机理（1）减小兴波阻力减小兴波阻力 Fr在0.27~0.34（中高速船）—有利干扰有利干扰——合成合成波高波高 下降下降（2）减小舭涡阻力减小舭涡阻力低速肥大型船—使水流径向对称流动使水流径向对称流动——减少首部舭涡减少首部舭涡（3）减小破波阻力减小破波阻力低速肥大型船—艏部前伸、水线进角减少艏部前伸、水线进角减少 ——减小压载航行时破波阻减小压载航行时破波阻力力6.6 首尾形状影响首尾形状影响39 6.6 首尾形状影响首尾形状影响40 2 2、球鼻船首的形、球鼻船首的形式式（（2 2））“ S-V ”“ S-V ”型球鼻型球鼻 应用：适用性广，应用：适用性广， 高速、中低高速、中低速，速，满载和压载都起作用满载和压载都起作用6.6 6.6 首尾形状影响首尾形状影响（（1 1）水滴型球鼻）水滴型球鼻 应用：船型瘦、应用：船型瘦、 航速高、航速高、 出现最早、出现最早、 应用较广应用较广41 （（3 3）撞角型球鼻首）撞角型球鼻首前端较尖，呈尖角状前端较尖，呈尖角状应用：低速肥大型船满载和压载时减阻效果良好应用：低速肥大型船满载和压载时减阻效果良好（（4 4）其他）其他圆柱体型和椭球体型圆柱体型和椭球体型6.6 首尾形状影响首尾形状影响42 3 3、球鼻的几何参数、球鼻的几何参数6.6 首尾形状影响首尾形状影响（1）相对突出长度 l b / Lbp （2）相对浸深 h b / T（3）最大宽度比 bmax/B （4）球鼻面积比 Afb/Am（5）相对排水体积比 δ/▽43 4 4、球鼻首几何参数的选择、球鼻首几何参数的选择6.6 首尾形状影响首尾形状影响（（1 1）方法：）方法： 根据母型船的船型特征和航速选择根据母型船的船型特征和航速选择 根据多方案模型试验结果进行选择和根据多方案模型试验结果进行选择和优化优化（（2 2）选用球鼻首的）选用球鼻首的““界限速度界限速度”” 中速船：中速船：[Fr]b[Fr]b 低速肥大型船：低速肥大型船： [Fr]b [Fr]b（（3 3）球鼻几何参数范围）球鼻几何参数范围44 2 2、球形尾、球形尾（（1 1）阻力）阻力 U U型型 > >球型球型5 5% %>V>V型型7%7% 舭涡严重舭涡严重——明显减弱明显减弱——基本基本无无6.6 首尾形状影响首尾形状影响船体尾部形状与船体尾部形状与阻力阻力——粘压（舭涡）、摩擦粘压（舭涡）、摩擦推进推进——伴流大小、均匀度伴流大小、均匀度 — —效率、空泡、激效率、空泡、激振振 等性能有关等性能有关（（2 2）推进）推进 V V型：伴流不均匀，船身效型：伴流不均匀，船身效 率低，空泡性能差率低，空泡性能差 U U型和球型：伴流大，船身型和球型：伴流大，船身 效率高，空泡性能较好效率高，空泡性能较好（（3 3）综合效率）综合效率 球型球型 > U > U型型1%1% >V>V型型4%4%45 3 3、双尾和双尾鳍、双尾和双尾鳍 常规双桨船推进效率低，附体阻力大常规双桨船推进效率低，附体阻力大6.6 首尾形状影响首尾形状影响双尾船：双尾船： Rf Rf 增加、增加、Rpv Rpv 明显下降，明显下降，RwRw下降，下降，Rt Rt 增加不大增加不大，， 伴流大，推力减额小，船身效率提高伴流大，推力减额小，船身效率提高——推进效率推进效率高高。
46 双尾鳍能进一步提高推进效率双尾鳍能进一步提高推进效率4 4、涡尾及不对称尾、涡尾及不对称尾——使水流产生预旋使水流产生预旋( (与螺旋桨旋向相与螺旋桨旋向相反反) )6.6 首尾形状影响首尾形状影响47 5 5、隧道型船尾、隧道型船尾6.6 首尾形状影响首尾形状影响目的：在吃水受限时，增大螺旋桨增加直径目的：在吃水受限时，增大螺旋桨增加直径提高推进提高推进效率效率开式：开式：顶线尾端在水线以上顶线尾端在水线以上——阻力小阻力小 ——倒车性能不如闭式倒车性能不如闭式闭式：闭式：顶线尾端在水线以下顶线尾端在水线以下——阻力大阻力大 ——倒车性能好倒车性能好注意：应使尾部隧道中螺旋桨供水顺畅注意：应使尾部隧道中螺旋桨供水顺畅 —— ——适当增加隧道长度，通常取开敞式适当增加隧道长度，通常取开敞式较佳。
较佳48 五、纵流船型五、纵流船型6.6 首尾形状影响首尾形状影响内河船，内河船，B/TB/T、、L/TL/T大，大，L/BL/B小，小， 常规船首常规船首——兴波兴波大、阻力大大、阻力大特点：特点：纵剖线平顺，首部在水线以上，与水面夹纵剖线平顺，首部在水线以上，与水面夹角较小，角较小，B/TB/T大，水流沿纵剖线向船底流动，压大，水流沿纵剖线向船底流动，压浪消波、降阻浪消波、降阻49 作业与思考题作业与思考题：：1 1、排水量长度系数对阻力的影响、排水量长度系数对阻力的影响2 2、、CpCp（（CbCb、、CmCm）对阻力的影响）对阻力的影响3 3、横剖面面积曲线形状对阻力的影响、横剖面面积曲线形状对阻力的影响4 4、设计水线哪些因素对阻力有影响、设计水线哪些因素对阻力有影响5 5、首部和尾部采用、首部和尾部采用U U、、V V型剖面对阻力性能有什么型剖面对阻力性能有什么影响影响6 6、球鼻首减阻机理球鼻首减阻机理。
