高性能船水动力原理与设计讲解

1、“高性能船水动力原理与设计”思考题及部分答案整理1. 何谓高性能船，其特点是什么？答：具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其使用要求的船舶 功能，这样的船统称为高性能船舶。特点：航速高；优良的耐波性能；载运能力 较大；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境。2. 高性能船的种类有哪些，其中哪些是排水型船？哪些是水动力支撑？哪些 是空气动力支撑？答：小水线面双体船；滑行船；水翼艇；气垫船；地效翼船。排水型：小水 线面双体船；穿浪双体船。水动力支持：水翼艇。空气动力支持：气垫船；地效 翼船。3. 船型和兴波阻力的关系？ P9理论分析和实验表明，在固定的船体参数条件下，舶型的改变 对兴波阻力的影响很显著,其中影响最大的是横剖面面积曲线形状， 其次是肋骨线型。船型设计的主要着眼点之一就在于寻求使兴波阻力最小的船型。对于高性能船，兴波阻力与船体的线型密切相关，其线型设计需要能精确的计算 其兴波阻力。4. 线性兴波阻力理论在船型设计中的作用？当船型参数中船宽B与长度L之比和船宽B与吃水T之比都很小时，就称此 船型为薄船，由薄船建立的兴波阻力理论称为薄船理论。吃水与船长和吃水与船宽的比值都

2、很小的船型称为扁船，由扁船所建立起来 的兴波阻力理论称为扁船理论。对普通的船来说，宽度和吃水与长度相比都很小的，可近似看成细长船；用 细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论。米切尔积分计算兴波阻力。5船型的概念，船型包含那些内容？ P9所谓船型它包括两个方面的内容：一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数二是船体形状即线型横剖面面积曲线形状（沿船长方向变化）肋骨线型首尾端轮廓线形状。6. 随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？答：用体积傅氏数表征船舶的相对速度，船在航行时在垂直方向上的平衡关系 为：1）排水航行状态：当0Fr1，流体动力占的比重极小，航态与静浮时变化不 大，这一状态的船统称为排水型船。2）过渡状态：当1FrFr，船体被托在水面上航行，仅有一小部分船体和水面接触, 吃水减小，静浮力减小，艇体几乎完全由流体动升力支持。瘦长船舶：船的长宽比较大的船舶，尤其是高速排水式的船和瘦长船型最为接 近。船型：包括船的外观形状，尺度，特征参数以及型线。7. 影响耐波性的船型参数有哪些？（图2-4） P101）贝尔的耐波性品级指标中影响耐波性的船型参数有哪些？2）莫

3、尔在研究船型与耐波性的关系中，影响纵向运动的船型参数有哪些？答：1）有6个参数：中前水面面积系数C ；中后水面面积系数C ；吃水船WFWA长比T/L； C/L,其中C为龙骨截至点至首垂线距离； 中前竖向棱形系数C ;中后竖向棱形系数C 。VPFVPA2） 由纵摇角有义值公式可知有如下几个参数：水线面系数Cw,方形系数Cb， 浮心在中横剖面前的纵向位置相对船长的百分比L，船长比船宽L/B，船长比吃CB水L/T,实船纵向质量惯性半径R。yy8. 常用高速方艉圆舭排水型船阻力计算方法有哪些？图谱方法有哪 些？ P16答：有图谱法和回归分析法。图谱法有:英国皇家物理实验室的高速圆舭NPL 系列图谱法；原苏联的方尾图谱法，瑞典SSPA高速小型排水型艇系列。9. 单体圆舭高速船的船型特点？答： 书13页（1）船的长度较长。长度系数=L/v1/3的增大对于快速性还 是耐波性来说都会有好处，增大船体的瘦长比使静水阻力和波浪阻力都能减小。 瘦长比为10的极瘦的船即使是在高海情下，速度损失也不会超过5%。（2）船底 横向斜升角较大，向深V发展.船底升高越大，冲击加速度越小。（3）船的排水体 积和重量后移。

4、（4）干舷适当。首部较尖（水线进角较小）的艇，因储备浮力比较 小，首部干舷往往需要加大。这有利于保证避免甲板的上浪和淹湿。10. 方艉船型的水动力特点？答：随着航速的不断提高，方艉船的尾部水流的流动情况也在不断地变化。在低 速时，因为方尾尾部水流不能沿着船体的底部和两侧向后迅速脱离开船体，所以 在尾后形成大量的漩涡。在Fr0.45的高速时，船尾部的水流具有足够的动能以 克服粘性的影响而迅速脱离船的尾部。方尾尾板之后不再出现漩涡，而是船侧和 船底的水流在船后某个位置发生交汇，形成“空穴”这段长度称为“虚长度”， 相当于增加了船体长度，使船体的修长度系数加大。同时，又使船长Fr数减小。 可以减小兴波阻力，从而降低兴波阻力。11方艉船型的特征参数（b/B, B ）及其对水动力性能的影响？ P24答：相对尾板宽度b/B和尾封板底部横向斜升角B都是表达方尾特征的船型 参数，反映方艉船后体收缩程度的无因次量。b/B越小，B越大，则方尾的尾板 面积越小，说明船的后体相对尖瘦，这在低速时对减小船体的粘压阻力有利；反 之，即收缩程度越大，则在高速时对减小船体的兴波阻力有利。低速时后体的收 缩程度直接影响

5、到漩涡水流区域的大小，高速时，会影响到“虚长度”的大小。12. 为什么深V船型的耐波性好？ P32答：深V型船的砰击概率要比与它相当的圆舭型船低得多，这主要是因为深 V型船吃水深，尖舭的折角线无论是对横摇运动还是纵摇运动都有更大的阻尼作 用，因此在同等情况下横摇幅度和纵摇幅度均比一般圆舭船小。同时，由于横向 斜升角越大，吃水较深，对减小纵摇运动幅度有利。深V型船的后体均保持有较 大的底部横向斜升角，这使得其纵摇轴更接近于艇的重心纵向位置。因此纵摇固 有周期应当比常规的圆舭型艇要短，在风浪中更容易引起谐振。但由于纵摇轴移到舯部件，则不仅转动惯性半径减小而且转动力矩减小。可以认 为这是深V型船首部冲击加速明显减小的主要原因。13. 单体深V高速船的船型特点？ P25答：横剖面呈V字型，舭部呈折角尖舭形状，底部横向斜升角B 320, 横剖线呈直线或近乎直线首部附近的龙骨下沉到基线以下即反向龙骨坡度，甚 至形成类似于球首的形状，横剖面更加升V整个后体横剖面底部斜升角0设计 成不变或几乎不变，以增加尾板附近的升沉和横剖面积后体设有短舭龙骨和尾 鳍船体形状简单，易建造。14. 试比较深V船型与常规

6、圆舭船型的水动力特点？ P30答：阻力：随着航速的升高，深V船型的尾倾比圆舭型要好，且低速时浅 水阻力要好，说明升V船型在浅水中达到的航速比圆舭型船要高耐波性：与圆 舭型船相比，深V船型斜升角大于20度，发生的纵摇较小，垂向加速度较低， 顺浪时显著减小了首摇，因而具有非常好的航向稳定性稳性：由于横剖面呈V 型，在舭中型深相同的时，深V型船比圆舭型船重心要高，但深V型船有较大的 型宽和丰满的水线面，因此稳性好得多。15. 画出典型圆舭和深v船型横剖面图。16. SSB 的作用？ P33答：SSB首增大了船舶的阻尼力和静回复力，减小了纵摇运动SSB船型在短 波时对升沉幅值的响应低于常规船型，在长波时则相反SSB带有固定的减纵摇 鳍，明显减小纵摇和升沉17. 据试验结果，书（P3437）分析不同参数的SSB首对阻力和耐波性的影响。 答：形状变化对其运动影响：随着剖面宽度的依次增大，纵摇的的幅值和加速逐 渐减小。深度的影响：改变SSB的浸水深度对减小船的剩余阻力有明显的效果， 但对运动性能影响不大。18. 高速双体船的船型特征及其优缺点？ P38答：普通双体船是由两个对称的，具有相同线型且平行

7、布置的水下部分（片体） 组成。两片体在水面以上由连接桥牢固的连接在一起，连接桥的底部距水面有一 定高度，用特殊形状的外板来封底。优点：片体的长度系数和长宽比较大，航速较高时仍能保持低兴波状态，明显 减小兴波阻力和形状阻力，因此具有良好的快速性良好的居住条件和宽敞的甲 板面积，能有效降低自重和造价稳性好静水中横摇衰减快，则在不规则波上摇 摆消失得快两螺旋桨轴线和片体间距较大，因而双体船具有良好的操纵性和机 动性受侧风时比单体船产生的横漂小双体船推进器位于片体的中纵剖面上， 处于船体的伴流中，浆效更高双体船稳性好，卸货时不必严格按配载表进行。 缺点：片体间存在兴波干扰，增加了阻力湿面积大，片体间绕流速度高，因 此摩擦阻力较大船壳面积大，相同载重时排水量较大，从而增加了阻力。19. 高速双体船的阻力特性，分析两片体间干扰阻力产生原因？ P39答：Rt二Rf+Rr+AR，其中AR是两片体间的附加干扰阻力，它是由兴波干扰和粘 性干扰组成，是双体船特有的阻力成分。其中波系干扰既发生于首、尾横波系间， 也发生于不同片体的散波系。双体船两片体的散波在中心线处发生交汇而产生干 扰。双体船的片体绕流与孤立

8、的片体的绕流之差别是前者为非对称的，由于内侧 的绕流受到两片体的挤压,流速明显增大，只是片体内侧的边界层厚度发生变化， 甚至导致漩涡而产生粘性干扰。20. 临界速度和无效干扰速度概念，画出典型普通高速双体船的兴波阻力曲线 并分析其特点？ P42答：临界速度：对两个并列的片体研究表明，Fr=0.5是区分低速双体船和高速 双体船的临界航速Frc。无效干扰速度：船模试验表明，存在一个傅汝德数Fr0,当Fr Fr0时，则高 速双体船片体间的兴波处于无干扰或有利干扰状态。（阻力曲线略）曲线分析如下：对于FrFrc =0.5时，双体船的兴波阻力随着航速的增加而降低， 此时兴波阻力曲线上的微小波动主要是由于片体间的散波干扰所引起，横波的干扰始终处于有利的状态。21分析修长度系数及片体间距对双体船阻力影响？ P4345答：1、修长度系数增加使片体间的阻力干扰减弱，特别是使片体间的兴波阻力 附加干扰减弱。可见双体船型适合于高速航行。当设计的双体船必须采用较小的 片体间距时，其片体尺度和船型系数的确定应利用行波干扰特性以获得最小的兴 波阻力是完全可能的。2、双体船的兴波附加干扰阻力与片体间距有关，片体间距

9、决定了两个片体间散 波交汇点的位置及横波的重合程度。片体间距越大，则散波交汇点的位置越推向 船后，横波的重合度越小，片体间的兴波干扰越小。22. 如何估算双体船阻力？有哪些方法？ P51答：1、阿尔费里耶夫高速双体船剩余阻力图谱2、利用双体母型资料和影响系数估算双体船的阻力3、利用单体母型船资料和 图谱估算双体船的阻力。23. 试分析双体船航行升沉与纵倾变化的特点,设计中如何计及其影响？在Fr=0.40.7的范围，由于片体干扰的结果使双体船的纵倾角比单体船明显增 大而片体间距越大，干扰效应影响越小，双体船的纵倾越接近单体船的情况.在 这个航速以外，干扰影响很小同时还发现：干扰对纵倾影响最严重的速度范围 也正是在相对应于阻力干扰最不利的航速范围.在的速度范围，双体Fr0.5船的下沉值比单体船要大，而且随着航速增大而 增大，在Fr=0.5附近达到极大值在Fr0.5时随着片体长宽比的增大，无论是双体船还是单体船它们的航行纵 倾角将随着Fr的增大而减小,而在Fr=0.5附近船体的下沉也将有所减小.24. 为什么双体船会发生螺旋运动？双体的存在使小水线面双体船的横向尺度增大、横向尺度与纵向尺度很接近, 所以使双体船的横摇固有周期与纵摇固有周期也很接近。这样，船舶就容易发生 横摇与纵摇的耦合运动，使乘客感觉仿佛船舶在作“螺旋”运动。人们生理上对 这种运动

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