船舶阻力与船舶推进3

1、三、附加阻力的处理、阻力换算与估算第一部分：主要知识点一、附加阻力的概念1、附加阻力包括空气阻力、汹涛阻力和附体阻力。1）船舶在航行过程中，船体水上部分所受到的阻力，其中包括由于风的作用而产生的阻力，称为空气阻力。2）船舶在风浪中航行时的阻力将较在静水时为大，所增加的阻力称为波浪中的阻力增值，或称为汹涛阻力。3）船舶设计水线以下的附属体，如舭龙骨、舵、轴包架、轴和支轴架等，统称为船的附体。由于附体的存在而产生的阻力称为附体阻力。二、附加阻力的处理方法以增加相对于船体阻力（或对应于船体阻力的有效功率）的百分数来计算。式中：Pew为考虑附加阻力后的船舶阻力对应的有效功率。 Peb为不考虑附加阻力时

2、船体阻力对应的有效功率。 Kap为附体系数。 Kaa为空气阻力百分数。 Kaw为储备功率百分数。三、附体阻力1、主要成分附体阻力的主要成分是摩擦阻力和粘压阻力，是因为船的附体通常位于水下较深位置，且相对尺寸较小。1）较短附体：如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压阻力，并认为其阻力系数与速度无关；2）长附体或沿流线方向安装的附体：如舭龙骨、轴包架等，其阻力几乎都是摩擦阻力。2、附体设计应注意的事项附体阻力的主要成分是粘压阻力和摩擦阻力，因此附体的设计应从减少这两种阻力成分着手。附体设计应注意的事项主要有：1） 附体应沿船体流线方向设置。其目的是减小由附体所产生的旋涡，从而减小粘压阻力。2）尽可能采

3、用湿面积较小的附体。其目的在于减小附体所引起的摩擦阻力。3）一般附体沿水流方向应采用流线型剖面。这对减小附体阻力的作用是显而易见的。常见的舵、轴支架、轴包架等沿流动方向的剖面形状均应设计成流线型剖面。四、空气阻力空气阻力包括摩擦阻力和粘压阻力两种阻力成分。由于空气的密度和粘性很小，故摩擦阻力只占极小部分，就目前一般船舶而言，其所受到的空气阻力几乎都是粘压阻力。五、汹涛阻力汹涛阻力：波浪中的水阻力增加值。船舶在风浪中航行时，由于风浪作用而产生阻力增值，这样会出现下面两种情况：1、 由于波浪阻力增值的存在，若保持静水中相同功率时，航速必然会有所下降，这种航速的减小称为速度损失或简称失速。2、 考虑

4、到波浪中的阻力增值，若要维持静水中的相同航速，则必须较原静水功率有所增加，所增加的功率称为储备功率。在船舶设计时，通常并不直接计算波浪中的阻力增值，而是通过确定储备功率来体现的。储备功率除主要考虑到波浪中的阻力增值外，还考虑到船舶所受到的较之平均海况下所增加的空气阻力、航行中的污底阻力、主机性能下降以及在风浪中由于操纵性恶化而增加的阻力等各种因素。船舶设计中常用储备功率百分数(或称附加数)来表示储备功率的大小。该百分数是在已计入附体阻力、空气阻力以后所需静水航行功率后再增加的功率百分数（理解为：储备功率百分数不仅考虑了汹涛阻力，还考虑附体阻力和空气阻力的影响），记作Kaw。附加：1、试航速度V

5、t：船舶建成后，在要求装载情况下，且主机以额定功率时在平静水域中所能达到的速度叫试航速度。2、服务速度Vs：以主机的持久功率(约为额定功率的85%90%)在平均海况下船舶所能达到的航速称为服务速度。考虑到船舶在航行中因受风浪和污底等原因致使增加阻力，故服务速度总是低于试航速度，一般VtVs（0.51.0）（节）。六、傅汝德（换算）法（或称为二因次法）1、傅汝德假定1）假定船体总阻力可以分为独立的两部分：一为摩擦阻力Rf，只与雷诺数有关；另一为粘压阻力R p v与兴波阻力R w合并后的剩余阻力Rr，只与傅汝德数有关，且适用比较定律。2）假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力

6、。通常称为相当平板假定。2、傅汝德法换算关系1）阻力形式：2）阻力系数形式：3、傅汝德法换算的一般步骤1）船模试验，测得船模的船体阻力。2）以相当平板假定为基础，计算出船模的摩擦阻力。3）求出船模的剩余阻力。4）应用比较定律，换算出实船的剩余阻力。5）以相当平板假定为基础，计算出船模的摩擦阻力。6）求出实船的船体阻力。注意：1）傅汝德法只换算剩余阻力（以比较定律为依据），摩擦阻力以相当平板假定为基础进行计算。2）在计算摩擦阻力中，水密度和运动粘性系数均为水温的函数（详见P340附录）。例如水温时：。，即得。3）水温未特别指出时，一般取标准水温进行计算。4）表面粗糙度补贴系数的取值：实船s一般取

7、为。船模m表面可作得相当光滑，一般不考虑粗糙度的影响，即取为。5）船模试验一般在淡水中进行，船模水密度和运动粘性系数取为相应温度下的淡水数值。实船为海船时，水密度和运动粘性系数取为相应温度下的海水数值；实船为内河船时，水密度和运动粘性系数取为相应温度下的淡水数值。6）傅汝德认为：低速范围内，粘压阻力系数是一常数。傅汝德法意味着：假定同型船的粘压阻力系数不随雷诺数而变化，实船和船模的粘压阻力系数是相等的。（傅汝德法的关键所在）4、傅汝德法的不足之处1）把船体阻力分成互不相关的两个独立部分。一部分仅与重力和傅汝德数有关，另一部分仅与粘性和雷诺数有关，忽略了两者的相互影响不合理。2）傅汝德将兴波阻力

8、和粘压阻力这两种不同性质的阻力合并为剩余阻力，并认为符合比较定律，在理论上是不恰当的。3）船体形状是相当复杂的三因次物体，其周围水的流动情况与平板相比显然有一定的差别，用相当平板的摩擦阻力来代替船体的摩擦阻力必然存在误差。七、（1K）法（或称三因次法）1、三因次法的基本思想（即休斯假定）1）粘压阻力与摩擦阻力合并为粘性阻力并与雷诺数有关。2）兴波阻力与傅汝德数有关。3）据船模试验结果，认为粘压阻力系数与摩擦阻力系数之比是一常数k，即 或式中k称为形状系数，（1k）为形状因子，仅与船体形状有关。对于相似的船模和实船来说，形状因子相等。2、三因次法换算关系3、三因次换算法与傅汝德法的主要差别1）因

9、次不同：傅汝德法中，应用平板公式计算船的摩擦阻力，所以可叫二因次换算法；而在三因次换算法中引进形状因子以考虑船的三因次流动，所以叫三因次换算法，又称(1+k)法。2）粘压阻力的处理不同：将粘压阻力与摩擦阻力合并处理，且认为是雷诺数的函数。3）比较定律换算的阻力成份不同：在三因次换算法中适用于比较定律的阻力成分较傅汝德法大为减小。八、海军系数法1、阻力估算方法分为三类1）船模系列资料估算法，例如泰洛法等。2）经验公式估算法，例如艾亚法等。3）母型船数据估算法，例如海军系数法等。2、海军系数法1）出发点（基本思想）对于设计船和母型船，船体阻力，船体阻力对应的有效功率。海军系数，其中：为排水量(t)

10、，V为航速(kn)。对于船型近似，尺度和航速略同的船，它们的海军系数大致相同。母型船：船型近似，尺度和航速略同的船。2）估算步骤找设计船对应的母型船（即与设计船船型相近，大小和航速相差不多的船舶），并求得母型船的海军系数。认为设计船的海军系数近似等于母型船的海军系数，即。求设计船船体阻力对应的有效功率。引申：由于同类船的有效功率和机器功率Pm之比大致为一常数，故也可用Pm代替Pe，这样海军系数也可定义为Cm = ，则设计船的机器功率Pm为 Pm = 。系数Ce和Cm的含义是不同的：Ce µ µ 1/Ct仅反映船舶的阻力性能。Cm = µ /Ct综合包含阻力和推进的

11、综合性能（推进系数Pe/Pm），实际上反映了船的快速性好坏。该系数越大，则表示在给定主机功率时所能达到的航速高，所以船的快速性越好。九、艾亚法（或称爱尔法）1）出发点（基本思想） 首先规定其所给出的直接估算有效功率数据所对应的“标准船型”；然后根据设计船与标准船型之间的差异逐一进行修正，最后得到设计船的有效功率值。 2）艾亚法规定的标准船型标准方形系数Cbc，可用下列公式表示：单桨船：Cbc-Fr；双桨船：Cbc-Fr。标准宽度吃水比：B/d 2.0。标准浮心纵向位置xc，其值亦在表7-3中列出。标准水线长：LwlLbp。3）艾亚法给出的标准船型的有效功率Pe表达式Pe · (kw)

12、 式中：Vs为静水试航速度，节(kn)；为排水量吨(t)。第二部分：历届真题1、附加阻力的组成及其计算处理方法。2、附体阻力的主要成分、附体设计时应注意的事项。3、空气阻力的主要成分。4、试航速度、服务速度、失速、储备功率的概念。5、傅汝德假定的主要内容有哪些？6、傅汝德法的不足之处是什么？7、形状因子（1K）实质上反映了船体粘压阻力与平板摩擦阻力的比值，仅与船型有关，而与雷诺数无关。（）8、形状因子（1K），实质上是的比值，与船型关，与雷诺数关。9、因为形状因子（1K）在低速时求得，所以三因次换算法也只能换算低速船的阻力。（）10、三因次换算法与傅汝德法的主要差别是什么？11、海军系数法的基

13、础和出发点分别是什么？海军系数法估算的步骤怎样？12、某船在排水量不变的前提下，若航速在原有基础上提高1%，主机功率应增加多少？13、某船在航速不变的条件下，排水量增加3%，问主机功率应增加多少？14、某船排水量增加3%，航速减少1%，主机功率应增加或减少多少？(提示：全微分在近似计算中的应用。)15、艾亚法的基本思想是什么？16、什么是相似船、母型船和标准船型？17、某客货船装有轴功率为2000马力的主机，正常航速为12节。因锅炉故障，致使主机功率下降12%，试估算船速下降的百分比。18、现欲设计一新船，船长为112米，排水量为6850吨，试估算新船在航速为11节时的有效功率。母型船资料：船

14、长115米，船宽15.6米，吃水5.5米，棱形系数0.735，排水体积7104立方米，排水量7325吨，航速12节时的有效功率为900千瓦。19、某船的总阻力是通过船模试验用三因次法换算得到的，如果试求：1K？20、某海船模型速度Vm1.80m/s，L6.1m, ,湿面积，缩尺比，测得总阻力，试验水池水温为。试用傅汝德法求海水中的实船总阻力。21、某海船的模型长度：，湿面积，试验温度，模型速度Vm5m/s，模型阻力，缩尺比。求实船的相应速度及有效功率。海水淡水22、某海船的模型速度Vm1.54m/s,Fr0.22，测得，模型湿面积，缩尺比，试验水温。试求实船在下的有效率。23、某海船模型速度Vm1.75m/s，L6.0m, ,湿面积，缩尺比，试验水池水温为，测得总阻力，该船形状系数K0.023，试比较用三因次换算法和傅汝德换算法求得的实船总阻力大小（海水温度）。24、某海船模型长度9米，湿表面积10平方米，在船池中进行试验，测得其在每秒时总阻力。已知船模摩擦阻力，试用二因次换算方法，计算缩尺比为25的实船在相应