船舶阻力第六章汇总.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,6.1 船型对阻力影响的基本概念,一、船型、航速与阻力性能之间的关系,阻力性能优良船型是对某,一定,速度范围,和,航行环境,而言的；,,讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系（,未来将同时考虑航行环境,）,1、优良船型的含义,2、船舶分类及其,主要阻力成分（水面排水型船）,,Rw很小, Rf与Rpv 主要;所以要减小Rf 和Rpv,,,Rf ∝S — 减小S — 船型肥短 — 易产生旋涡—去流段,低速船 F,r,< 0.20,1,,Rw成为主要成分,力求减小Rw办法：,减小船首波系的波高—船体（前体）瘦长,,高速船波浪长度大—首波在船尾难以实现有,,利干扰,Rw随V提高而增大, 既要减小Rw 又要考虑Rf 和Rpv,,,办法:,选择有利船型参数 — (兴波)有利干扰,,船型趋于瘦削— 减小粘压,,中速船 0.200.30,6.1 船型对阻力影响的基本概念,2,,3、船体形状,,（1）横剖面面积曲线形状：,,x,c,,、,L,p,、首尾端形状,,二、确定影响阻力的船型参数,1、主尺度比：,L/B、B/T,2、船形系数：,6个参数—4个独立参数,6.1 船型对阻力影响的基本概念,3,,船模系列试验：,对所研究的问题，选定母型船，并系统地变化影响船体阻力的船型参数，制成一系列船模，在对应的装载情况下拖曳试验。

2）满载水线形状：,,,面积、平行中段长度、首尾端形状、半进角,,,（3）首尾形状：,,,首尾横剖面形状、纵剖面形状,,,,总阻力：,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,船型变换：,,,仿射变化,,改变线型特征,4,,泰勒标准船模系列实验,6.1 船型对阻力影响的基本概念,5,,6.2 船体主尺度影响,（1）对,Rf的影响,1、由L变化，讨论 的影响,一、 排水量长度系数,在参数Cm，Cp 和B/d 不变情况下，Cs 近似为常数，因此可认为在排水量一定时，,因此增大船长(或减小 )将使摩擦阻力增加，即,6,,6.2 船体主尺度影响,（2）对,R,r,的影响,1、由L变化，讨论 的影响,？,7,,（3）对总阻力影响,6.2 船体主尺度影响,低速船：,摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的70%以上而Rr所占比例较小，因此当排水量一定时，尽可能,船型肥短，对阻力-舱容-造价均有利,8,,（3）对总阻力影响,6.2 船体主尺度影响,高速船：,剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，即 减小，总阻力的变化情况与低速船有所不同，存在最佳船长,L,opt,9,,（5）利用经验公式估算船长,,巴士久宁公式,（4）船长选择须考虑因素：,,总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性,6.2 船体主尺度影响,适用于,Δ＝1600～42000t的各类民用船,其中速度单位为,kn, 排水体积单位为,m,3,,艾亚公式,其中,排水量单位为,吨,,常数C的选取：,C=,23.5,,当单桨船,V,s,＝11.0kn～16.5kn,,,C=,24.0,,当双桨船,V,s,＝15.5kn～18.5kn,,C=,26.0,,V,s,>20kn,适用于,Lbp = 120～140m的商船,10,,2、由排水量变化，讨论△/(0.01L),3,的影响,,L一定， △变化 （讨论单位排水量阻力变化）,,（1）对 Rf 影响,6.2 船体主尺度影响,（2）对 Rr 影响,低速船：,△/(0.01L),3,对 Rr /Δ的影响不大,高速船：,明显，,11,,6.2 船体主尺度影响,图6-4 排水量长度系数对,R,r,/Δ影响,,(,a,),Fr,＝0.208； (,b,),Fr,＝0.298,12,,（1）,低、中速船△/(0.01L),3,取大些，,,,随着V增加，降低△/(0.01L),3,，船型肥短,,（2）,高速船△,/(0.01L),3,比低速船小得多，船型瘦长,,（3）,,△,/(0.01L),3,对R,f,与R,r,影响相反，存在 L,opt,,,（3）对总阻力的影响,6.2 船体主尺度影响,低速船,可取大些,高速船,可取小些,3、不同船舶的,△/(0.01L),3,选取,13,,,二、B/T影响,B/T=3.0附近，S最小；,,改变B/T对S影响不敏感；,,B/T对R,f,影响小,B大，散波波高增加；T大，横波波高增加,,B/T较小的船横波影响显著。

两者对兴波的影响，反映在剩余阻力有相反影响作用6.2 船体主尺度影响,1、B/T 对 R,f,的影响,2、B/T 对 R,r,的影响,14,,,3、对Rt的影响,,,B/T 对Rt有影响，,,但不大.,中低速船：,,常用B/T范围内，,,B/T增加0.1，,,R,t,增加0.50%~0.75%,高速船：,,增加的略多些,,(设计时常选用,,较大的B/T),6.2 船体主尺度影响,15,,C,p,表征排水体积沿船长分布情况,6.3 主要船型系数的影响,一、C,p,的影响,C,p,＝,,/,L A,m,16,,(,1),C,p 对,R,f 的影响,1、C,p,对阻力的影响,6.3 主要船型系数的影响,影响较大,与航速有关,,△、L不变，Cp变化对S影响很小，— 对Rf影响可忽略2） Cp对Rr的影响,17,,低速：,F,r,<0.2,,R,w,小— C,p,影响小,中速：,,0.2 0.3,,整个船体均产生兴波,6.3 主要船型系数的影响,排水量沿船长分布均匀则有利缓和兴波,过小则不利,同时,,首波峰高压区后移,适当取大,水压力分量小则Rr反而小。

19,,,2、最佳棱形系数曲线,阻力角度—理论最佳C,p,曲线,,使用性、经济性—实际最佳C,p,曲线,,低速船，C,p,对阻力影响小，C,p,大经济性好，阻力,,增加小,6.3 主要船型系数的影响,20,,,3、经验公式,二、船中横剖面系数的影响,6.3 主要船型系数的影响,（1）楚思德公式：,,,（2）贝克公式：,,,（3）直接利用设计资料,,1、Cm对阻力影响,,,,Cm对Rf和Rr影响不大,,21,,,2、C,m,选取 （取决于C,b,）,6.3 主要船型系数的影响,中低速船,：Cm取大Cb一定，Cm大— Cp小 — 首尾尖 — Rw小高速船：,Cm随Cb减小而下降,,,Cb本身较小，Cm主要考虑型线光顺22,,1、对阻力影响,,C,b,对R,f,影响比较小，,,对R,r,影响大,（V,s,大时尤显著）,,C,b,增加 — R,t,/△增加,,超过,临界C,bc,时 —,,R,t,/△迅速增加,三、C,b,影响,6.3 主要船型系数的影响,运输船舶（低速） —经济性 — Cb=CmCp — Cp；,,高速船— 减小兴波— 决定Cp,,23,,,,（1）由F,r,确定临界C,bc,,,（服务航速）,,,（试航航速）,（2）根据C,p,、C,m,和C,b,,三者关系确定,,2、C,b,选取,6.3 主要船型系数的影响,24,,一、浮心纵向位置,X,c,的影响,,,6.4 横剖面面积曲线形状影响,X,c,表示船体前后体肥瘦程度,,1、X,c,对阻力的影响,,,（对R,f,影响小）,25,,2、不同船型的X,c,选择,低速船：,,,主要问题R,pv,— 去流段瘦长 —,,X,c,在舯前,,中速船：,,R,w,增加 — 首部不宜过肥 —,,X,c,适当移向船中,,高速船：,,C,b,小，船型瘦削—R,pv,小,,R,w,主要 — 首部尖瘦—,X,c,在船后,3、最佳浮心曲线,X,c,在最佳位置偏移0.5%L，阻力增加不超过1%,,,Fr > 0.45的高速船,,X,c,对阻力影响敏感，一般在舯后2~4%,6.4 横剖面面积曲线形状影响,26,,,4、X,c,对推进效率影响,,6.4 横剖面面积曲线形状影响,Xc略后移可增加伴流,,——提高推进效率,Xc后移过多,,—产生不利影响,,（特别是双桨船）,,27,,二、平行中体长度和位置的影响,1、平行中体对阻力影响,,▽一定，设平行中体,,首尾尖瘦 — 减小R,w,、R,pv,—有利,,,前肩、后肩— 肩波、旋涡—不利,,中低速船：,,设平行中体 ，但不宜过长，对阻力有利,6.4 横剖面面积曲线形状影响,高速船：,,肩波、旋涡严重—不设平行中体,28,,2、确定平行中体长度和位置,6.4 横剖面面积曲线形状影响,低速：Lp较长、位置偏舯前,,速度增加： Lp缩短、位置后移,注意：避免前肩波系与首波系发生不良干扰,29,,6.4 横剖面面积曲线形状影响,30,,低速船：两端宜为直线形,,中速船：首 — 微凹、凹；尾 — 直线、微凹,,高速船：直线或微凸,依据：首端—不同速度时R,w,大小及波峰水压力分力大小,,尾端—减小粘压阻力,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,31,,贝克研究结论,：,6.4 横剖面面积曲线形状影响,32,,一、满载水线面面积,6.5 满载水线形状的影响,V大 — C,wp,小 近似关系：,二、平行中段长度,,约为 1.5~2倍L,p,三、首尾端形状,1、满载水线,首端,形状对R,w,影响大,,,低速船：凸 — 直线,,（F,r,=0.2）,,,原因：减小后部水线坡度—减小R,pv,,,中速船：凹,,,减小波浪高压区沿水平方向分力，减小R,w,,,高速船：直线甚至微凸,,,V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R,w,2、满载水线,尾端,形状 主要影响Rpv 通常采用直线形,33,,四、满载水线首端半进流角,,6.5 满载水线形状的影响,ie 随速度增加而减小；,,低速：40~30 °— 高速：4 ~11 °,,34,,6.5 满载水线形状的影响,35,,一、首尾横剖面形状,6.6 首尾形状影响,U形特点：,,面积沿垂向分布比较,,均匀，满载水线处较窄,,与凹形水线相配合,V形特点：,,面积集中在上部，,,满载水线处较宽与凸,,或直线形水线相配合,,1、横剖面形状的类型,,U、中U、中V、V,,36,,,2、横剖面形状对阻力的影响及选择,（1）首部：,,低速：V形,,— S小 —,,R,f,小,；,,V形,—水下部分瘦—沿纵剖线流动—,减少舭部旋涡,,中高速：U形,—首部满载水线尖瘦—,减小R,w,,,（ 避免采用极U形—舭部半径过小—旋涡）,,（2）尾部,,,阻力,角度：,V形,— S面积略小 — Rf 略小；,,纵剖线平顺 — 不易发生分离,,水线宽 — 便于双桨布置,,推进,角度：,U形,,— 伴流均匀,,—螺旋桨效率高、船体振动小,,6.6 首尾形状影响,37,,,二、船首尾柱形状,,1、首柱,6.6 首尾形状影响,38,,2、尾柱形式,6.6 首尾形状影响,39,,三、球鼻首对阻力的影响,1、,球鼻首减阻机理,（1）,减小兴波阻力,,,Fr在0.27~0.34（中高速船）—,有利干扰—合成波高,,下降,（2）,减小舭涡阻力,,低速肥大型船—,使水流径向对称流动—减少首部舭涡,（3）,减小破波阻力,,低速肥大型船—,艏部前伸、水线进角减少,,,—减小压载航行时破波阻力,6.6 首尾形状影响,40,,,6.6 首尾形状影响,41,,,2、球鼻船首的形式,（2）“ S-V ”型球鼻,,应用：适用性广，,,高速、中低速，,,满载和压载都起作用,,6.6 首尾形状影响,（1）水滴型球鼻,,应用：船型瘦、,,航速高、,,出现最早、,,,应用较广,42,,（3）撞角型球鼻首,,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,（4）其他,,圆柱体型和椭球体型,6.6 首尾形状影响,43,,,3、球鼻的几何参数,6.6 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/▽,,44,,4、球鼻首几何参数的选择,6.6 首尾形状影响,（1）方法：,,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优化,（2）选用球鼻首的“界限速度”,,中速船：[Fr]b,,低速肥大型船： [Fr]b,（3）球鼻几何参数范围,,45,,2、球形尾,（1）阻力,,,U型 >球型,5,%,>V型,7%,,,舭涡严重—明显减弱—基本无,6.6 首尾形状影响,船体尾部形状与,,阻力,—粘压（舭涡）、摩擦,,推进,—伴流大小、均匀度,,—效率、空泡、激振,,等性能有关,（2）推进,,V型：伴流不均匀，船身效,,率低，空泡性能差,,U型和球型：伴流大，船身,,效率高，空泡性能较好,（3）综合效率,,球型 > U型,1%,,>V型,4%,46,,3、双尾和双尾鳍,,常规双桨船推进效率低，附体阻力大,6.6 首尾形状影响,双尾船：,,,Rf 增加、Rpv 明显下降，Rw下降，,Rt 增加不大,，,,,伴流大，推力减额小，船身效率提高—,推进效率高,。

47,,双尾鳍能进一步提高推进效率,4、涡尾及不对称尾—使水流产生预旋,(与螺旋桨旋向相反),6.6 首尾形状影响,48,,5、隧道型船尾,6.6 首尾形状影响,目的：在吃水受限时，增大螺旋桨增加直径,提高推进效率,开式：,顶线尾端在水线以上—阻力小,,—倒车性能不如闭式,闭式：,顶线尾端在水线以下—阻力大,,—倒车性能好,注意：应使尾部隧道中螺旋桨供水顺畅,,——适当增加隧道长度，通常取开敞式较佳49,,,五、纵流船型,6.6 首尾形状影响,内河船，B/T、L/T大，L/B小，,,常规船首—兴波大、阻力大,特点：,纵剖线平顺，首部在水线以上，与水面夹角较小，B/T大，水流沿纵剖线向船底流动，压浪消波、降阻50,,作业与思考题,：,1、排水量长度系数对阻力的影响,,2、Cp（Cb、Cm）对阻力的影响,,3、横剖面面积曲线形状对阻力的影响,,4、设计水线哪些因素对阻力有影响,,5、首部和尾部采用U、V型剖面对阻力性能有什么影响,,6、球鼻首减阻机理51,,。