船舶阻力2修改稿PPT课件

1、5、波速波速C 波峰波峰 v1=C-r0 波谷波谷 v2=C+r0 在波峰和波谷处列出柏努利方程在波峰和波谷处列出柏努利方程 C=g/ 同时有同时有 T=2/ 2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第1页/共24页波速可表达为：波速可表达为： 波浪周期：波浪周期：T=2/=(2/ g)0.50.8()0.5 波长越大，周期越大，速度越快；波长越大，周期越大，速度越快； 波速越快，周期越大，则波长越大波速越快，周期越大，则波长越大船行波船行波: C=Vs, Vs大大 波长越长。波长越长。 波长与船速成平方关系波长与船速成平方关系2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第2页/共

2、24页6、波能、波能 单位自由表面波能单位自由表面波能 对波长对波长，波宽波宽b的波的波能为的波的波能为 波能与水深无关波能与水深无关7、船行自由波船行自由波基元波基元波 -传播方向传播方向 p=xcos()+ysin()为为方向的位置坐标方向的位置坐标 C()余弦波波幅函数余弦波波幅函数 S()正弦波波幅函数正弦波波幅函数 k()基元波波数基元波波数k()=g/ v2 定常定常 v=vcos 2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第3页/共24页 K0= g/v2 沿沿x方向传播的方向传播的,波速等于船速的波数波速等于船速的波数-基本波数基本波数将不同传播方向上的基元波叠加之船行自

3、由波表达式将不同传播方向上的基元波叠加之船行自由波表达式:式中式中: 称为称为相位函数相位函数dyxKSyxKCyx2/2/2020)sincos(secsin)()sincos(seccos)(),()sincos(sec)(20yxKpk2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第4页/共24页二、二、船行波船行波的形成的形成(a)实际形成的实际形成的船波船波(b)深水深水压力压力分布分布(c)船形物体船形物体速度速度分布分布(d)船形物体周围船形物体周围流动流动情况情况 A点点波面升高波面升高(驻点流速驻点流速 ) B点点波面升高波面升高 C点点波面升高波面升高 2.12.1船行波

4、的形成与特征船行波的形成与特征第5页/共24页船行波船行波的的情况：情况： 1、实际水面、实际水面抬高抬高 ZA= vA2/2g (A C 并非真正驻点并非真正驻点) 2、最高水位、最高水位滞后滞后 （ 惯性）惯性） 3、水质点受扰动后，水质点受扰动后，震荡震荡，形成波浪。（重力，形成波浪。（重力+惯性力）惯性力）三、船行波三、船行波图形及组成图形及组成1、单个压力点的、单个压力点的兴波图形兴波图形 散波系散波系 横波系横波系 凯尔文角凯尔文角 190 28 2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第6页/共24页2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第7页/共24页2、船行

5、波的、船行波的组成与特征组成与特征 船首船首压力兴波：船首波系压力兴波：船首波系艏横波、艏散波艏横波、艏散波 船尾船尾压力兴波：船尾波系压力兴波：船尾波系尾横波、尾散波尾横波、尾散波艏横波、艉横波在船尾混合，组成艏横波、艉横波在船尾混合，组成艉散波、艏散波不混合艉散波、艏散波不混合2.12.1船行波的形成与特征船行波的形成与特征第8页/共24页一、一、兴波兴波与与波浪要素波浪要素的关系的关系 二、首尾二、首尾横波干扰横波干扰 首尾横波系在船尾相遇叠加称：首尾横波系在船尾相遇叠加称： 1、有利干扰有利干扰与与不利干扰不利干扰 2、影响干扰结果的、影响干扰结果的因素因素 取决于首尾横波取决于首尾横

6、波 由兴波长度由兴波长度 mL和波长和波长决定决定 1）q=0，相位差为零，相位差为零， 2）q=0.5 相位差为相位差为， 3）q为其他任意分数，相位差为为其他任意分数，相位差为2q ， 波长与波速波长与波速(船速船速)平方成正比平方成正比 2.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第9页/共24页2.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第10页/共24页三、船体三、船体兴波阻力兴波阻力 船首横波中未受干扰部分波阻船首横波中未受干扰部分波阻 兴波阻力兴波阻力 船首尾横波干扰合成波的波阻船首尾横波干扰合成波的波阻 船首尾波系中散波的波阻船首尾波系中散波的波阻1、确定各部分波浪的、确定各部分波浪的参数及波

7、能参数及波能 2.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第11页/共24页2、整个船体、整个船体兴波阻力兴波阻力 所以所以 而而 所以所以 或通过积分得或通过积分得 四、船体兴波阻力四、船体兴波阻力特性特性1、一般一般规律规律 v增加，则增加，则Rw迅速增加迅速增加低速船，低速船， Rw比例小；高速船，比例小；高速船，Rw占比例很大占比例很大dSCvRw222222cos)()(212.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第12页/共24页2、兴波阻力、兴波阻力组成组成与兴波阻力与兴波阻力曲线特点曲线特点 自然兴波阻力部分自然兴波阻力部分 干扰后兴波阻力干扰后兴波阻力“峰峰” 和和“谷谷” mL/1,2

8、,3cos2mL/ 干扰干扰出现出现“峰峰” mL/0.5,1.5,2.5cos2mL/- 干扰，出现干扰，出现“谷谷” 2.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第13页/共24页3、不同船型的兴波阻力、不同船型的兴波阻力差异差异（1）Fr 0.15时时, 低速船，兴波阻力成分很小低速船，兴波阻力成分很小（2）相同）相同Fr数，数，Fr大时更明显大时更明显（3）丰满船型）丰满船型Cw有有现象；现象； 瘦削船型在瘦削船型在Fr=0.5附近存在峰值区；附近存在峰值区；Fr0.5后，后，Cw下降下降4、兴波阻力与船型参数的、兴波阻力与船型参数的关系关系（1）注意）注意（前体）形状参数（前体）形状参数（2

9、）注意）注意 ， （有利和不利船长）有利和不利船长）,2.22.2兴波阻力特性兴波阻力特性第14页/共24页2.32.3兴波干扰预测兴波干扰预测一、一、P 理论理论预测兴波干扰预测兴波干扰一定（即一定（即一定一定 ），），决定首尾横波相对位置决定首尾横波相对位置实验资料表明：实验资料表明：CpL=mL +3/4 CpL/ =（n+q)-3/4q=0.5，CpL/ =n-1/4 干扰干扰q=0，CpL/ =n-3/4 干扰干扰 P :与波长为与波长为CpL的的之比之比 波阻波阻 ：波阻波阻 ：第15页/共24页2.32.3兴波干扰预测兴波干扰预测第16页/共24页二、应用二、应用Fr预测波阻预测

10、波阻峰点和谷点峰点和谷点原理：原理：确定确定 确定确定 根据根据Fr选定选定注意：避免注意：避免与与干扰干扰避开避开设计时应避开波阻峰点，实在无法避开则可采用设计时应避开波阻峰点，实在无法避开则可采用等措施等措施2.32.3兴波干扰预测兴波干扰预测第17页/共24页一、一、实验实验1、 Ctm、Cvm船模实验船模实验+重叠船模实验重叠船模实验2、二、二、方法方法 线性兴波阻力理论线性兴波阻力理论三、三、分析法分析法2.42.4确定兴波阻力的方法确定兴波阻力的方法第18页/共24页一、一、常规常规方法方法1、合理的、合理的 2、造成造成干扰干扰 球鼻首、消波水翼等球鼻首、消波水翼等3、其他、其他

11、 压浪板等压浪板等2.52.5减小兴波阻力的方法减小兴波阻力的方法第19页/共24页二、应用二、应用减小兴波阻力减小兴波阻力1、2、船体、船体： 滑行艇、水翼艇、气垫船滑行艇、水翼艇、气垫船3、 潜艇潜艇4、 小水线面等小水线面等2.52.5减小兴波阻力的方法减小兴波阻力的方法第20页/共24页思考与作业题思考与作业题（1）船体兴波阻力）船体兴波阻力特性特性？（2）船舶兴波是如何）船舶兴波是如何产生产生的？的？（3）减小兴波阻力的）减小兴波阻力的方法方法？ （4）如何利用）如何利用P理论对船舶兴波进行理论对船舶兴波进行预测预测 ？ 本章小结：本章小结：第21页/共24页第五章第五章 破波阻力破

12、波阻力5.1 破波阻力的成因及特性破波阻力的成因及特性一、破波阻力产生的一、破波阻力产生的原因原因二、破波阻力二、破波阻力特性特性 1.对于航速较高的对于航速较高的丰满船型丰满船型，破波阻力是一种不容忽视的阻力成分。，破波阻力是一种不容忽视的阻力成分。 2.破波阻力来源于船首非线性兴波的破碎，描述兴波现象的无量纲破波阻力来源于船首非线性兴波的破碎，描述兴波现象的无量纲数是数是傅汝德数傅汝德数。但破波发生在船首附近，是一个局部现象，船长的。但破波发生在船首附近，是一个局部现象，船长的作用并不明显，代替船长的应该是船舶吃水。吃水浅的船型，整个作用并不明显，代替船长的应该是船舶吃水。吃水浅的船型，整

13、个船体更靠近水面，对水面的扰动较大，非线性效应明显，故起作用船体更靠近水面，对水面的扰动较大，非线性效应明显，故起作用的应该是吃水傅汝德数。的应该是吃水傅汝德数。 第22页/共24页二、破波阻力二、破波阻力特性特性 3.对于几何相似的丰满船型，破波阻力随对于几何相似的丰满船型，破波阻力随Fr的增大而增加，且服从的增大而增加，且服从傅傅汝德比较定律汝德比较定律。 4.对于同一丰满船，在同样航速时，压载情况的吃水小，吃水对于同一丰满船，在同样航速时，压载情况的吃水小，吃水傅汝德傅汝德数大，破波阻力比满载时为高。数大，破波阻力比满载时为高。 5.试验表明：破波阻力与船型参数，主要是宽度吃水比、进流段长度、试验表明：破波阻力与船型参数，主要是宽度吃水比、进流段长度、球首伸出长度等有关。减小球首伸出长度等有关。减小B/T、增加进流段长