船舶原理论题

1、试述由于排水量变化所引起的排水量长度系数变化对船舶总阻力的影响。A答：排水量长度系数01乙、又称修长系数，代表了船舶的瘦长程度。A由排水量变化，讨论而*的影响，即l 一定时讨论排水量变化对总阻力的影响。R S对摩擦阻力的影响：因为在一定船长时，亍随7而变，并且：A ARS VVL1 一,，八，-t泛，由此知增大排水量，即排水量长度系数增加时，单位排水量摩擦阻力将减小。A A AA对剩余阻力的影响：同样，当船长不变时，增大排水量是由同时增大船宽和吃水实现的。因此不但兴 波阻力将增加，而且由于船型变肥，粘压阻力也随之增大，剩余阻力必然增大对总阻力的影响：排水量长度系数对总阻力的影响同样取决于摩擦阻

2、力和剩余阻力中哪一项的影响占 主要地位。显然，对于低速船来说，摩擦阻力在总阻力中占主要成分，总阻力变化很大程度上取决于摩擦 阻力的变化。而对于高速船来说，由于剩余阻力在总阻力中占重要比重，所以一般来说，排水量长度系数 减小时，单位排水量的剩余阻力将下降，单位排水量的总阻力也是下降的。试述设计螺旋桨时应考虑哪些问题？答：为了设计出最合理的螺旋桨，设计者必须从推进效率、空泡、振动及强度等方面作通盘考虑。（1）螺旋桨数目：选择螺旋桨数目必须综合考虑推进性能，振动、操纵性能及主机能力等各方面的因素， 而这些因素之间常有矛盾现象，因此应根据各类船舶的不同特点来选取。通常按照母型船来选取螺旋桨数 目。（2

3、）螺旋桨叶数的选择：叶数的选择应该根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡等多方面加以考虑。一般认为，若螺旋桨的直径及展开面积相同，则叶数少者效率常略高，叶数多者因叶栅干扰作用增大，故 效率下降。但叶数多者对减小振动有利，叶数少者对避免空泡有利。（3）螺旋桨直径：一般来说，螺旋桨直径越大，转速越低者效率越高，但直径受到船的吃水和尾框间隙 所限制，而且直径过大时桨盘处的平均伴流减小，使船身效率下降，故对总的推进效率未必有利。实际螺 旋桨的直径多数是根据图谱来决定的。（4）螺旋桨转速、桨叶外形和叶切面形状。试述船模阻力试验中，影响试验结果的因素有哪些？答：船模试验结果表明：几何相似的船模在不同的水池中

4、所得试验结果往往并不一致；缩尺比不同的船模 在同一水池的试验结果也不相同，从而使换算得到的实船阻力亦将不同，其主要原因为：（1）试验本身的一些影响因素试验假设所引起的误差，这方面的误差是不可避免的；试验本身所引起的误差，如水池壁面的干扰等（2）尺度效应尺度效应问题，即船模尺度不同引起试验结果的不一致。因为船模试验并不满足雷诺数相等的条件， 不同尺度的船模由于雷诺数不同，将导致其边界层的流动状态有所不同，边界层的相对厚度也不同。此外，船模的曲率不同亦影响到边界层的厚度及速度分布。所有这些原因都会影响到船模的摩擦阻力。 根据实际分析，边界层流态不同是尺度效应的主要因素。试述螺旋桨的设计问题和设计方

5、法。答：（1）螺旋桨的设计问题可分为两类，即初步设计和终结设计。螺旋桨的初步设计是指：已知船速，有效马力，根据选定的螺旋桨直径确定螺旋桨的最佳转速、 效率、螺距比和主机马力或者已知船速，有效马力，根据给定的转速确定螺旋桨的最佳直径、效率、 螺距比和主机马力。螺旋桨的终结设计是指：主机马力和转速决定后，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体的讲 就是：已知主机马力、转速和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速、螺旋桨直径、螺距比及效率。 （2）目前设计船用螺旋桨的方法有两种，即图谱设计法及环流理论设计法。图谱设计法就是根据螺旋桨模型敞水系列试验绘制成专用的各类图谱来进行设计。而环流理论设 计法是根据

6、环流理论及各种桨叶切面的试验或理论数据进行螺旋桨设计。试述船体总阻力的分类。答：船体阻力可以按现有的几种不同观点进行分类：（1）从傅汝德观点分类：船体总阻力可分为相当平板摩擦阻力和剩余阻力两部分组成。（2）从力的观点分类：船体总阻力由水作用于船体表面上的切向力和法向力两部分组成，切向力沿 船体表面积分所得在运动方向上的分量就是摩擦阻力，而法向力的积分在运动方向上的分量就是压阻 力。（3）从能量耗散观点分类：总阻力是由兴波阻力和粘压阻力两部分组成。这两部分力归因于尾流能 量及波形能量的损耗。兴波阻力应分为两部分：一部分可由测量船后波形得到，叫波型阻力；另一部分即耗散于粘性尾流中的破 波阻力，可由

7、粘性尾流的测量中得到。试述螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用。答：螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用是：（1）进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。（2）根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择 各种参数之用，并为改善螺旋桨性能提出方向。（3）它是校核和验证理论方法必不可少的手段。（4）为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的 优劣，便于选择最佳的螺旋桨。试述平行中体长度和位置对船舶总阻力的影响。答：对于中低速船，船体长度大致分为三段：进流段、平行中体和去流段。平行中体是指在船体中部附近

8、 与船中横剖面完全相同的一段船体。在排水体积一定的情况下，适当地设置平行中体可使船首尾两端尖瘦，在中低速情况下，对减小兴波 阻力和粘压阻力均有利，这是对阻力性能有利的一面。但另一方面，由于平行中体的存在，船的前体和后 体与平行中体之间将形成“前肩”和“后肩”，易产生肩波和旋涡，这是对阻力性能不利的一面。对于中 低速船来说，只要平行中体长度并不过长，一般来说，对阻力性能是有利的。对高速船，如果设置平行中体，必然使船首过分瘦削，水线成S形，这样在较高航速时，首部波浪水 压力的水平分量将增大，因而阻力增大。同时由于高速时产生的肩波系和肩部附近的严重旋涡将使阻力性 能恶化。所以高速船均不采用平行中体方

9、案。证明：理想推进器盘面处的轴向诱导速度为无限远处轴向诱导速度u的一半。1a证明：盘面处（一）单位时间内流过推进器盘面的流体质量为：m = pA0（VA + 笊）AA断面流入的动量为：PA0 （VA + uACC断面流出的动量为：PA0（VA + Ua1）（VA + ua）根据动量定理，推进器产生的推力为：T = p A0 （VA + u （1）在盘面远前方和紧靠盘面处应用伯努利方程：P + pV 2 = p + P（V + U ）202 A 12 A alp = p + pV 2 p（V + u ）2在盘面远后方和紧靠盘面处应用伯努利方程：p +万p（V + u ）2 = p，+p（V +

10、u ）2pp = p + p（V + u ）2 p（V + u ）2102 A a 2 A a1盘面前后的压力差即为推进器的推力，可得：T = （pp p ）A =pA （V +1 u ）u （2）i 1100 A 2 a a比较（1）、（2）两式可得：u = ua12 a即理想推进器盘面处的增量为全部增量的一半。试述由于船长变化所引起的排水量长度系数变化对船舶总阻力的影响。A答：排水量长度系数g疝*又称修长系数，代表了船舶的瘦长程度。A由船长变化，讨论00 的影响，即A 一定时讨论船长变化对总阻力的影响。对摩擦阻力的影响：由于湿面积可按s = C L估算，由此可知船长增加时，湿面积将随之增加

11、，而一般说来船长增大时引起的摩擦阻力系数减小时极微。因此增大船长或减小（0.w将使摩擦阻力增 加。对剩余阻力的影响：因为在排水量一定时，增加船长，必定要求8、T同时减小，其L/B增大，所以船型变得较瘦长，这样对剩余阻力产生的影响反映在两个方面：一方面，船型瘦长，将使粘压阻力下降； 另一方面，船宽B，吃水T减小，将使兴波阻力下降。显然，在排水量一定时，增加船长将使剩余阻 力下降。对总阻力的影响：由于在一定排水量时，增加船长的结果使摩擦阻力Rf和剩余阻力R产生完全相反10.证明:的影响，因而对总阻力的影响作用将取决于Rf与R两者增加的数值而定。理想推进器盘面处的周向诱导速度口为无限远处周向诱导速度

12、u的一半。证明：以口表示桨盘处的周向诱导速度，,表示远后方的周向诱导速度，对盘面上半径r处dr段圆环中所 流过的水流应用动量矩定理。设dm为单位时间内流过此圆环的流体质量，其值为：dm = p dA （V + 2 u ）桨盘紧前方的动量矩为：L = 0桨盘紧后方的动量矩为：L = dmrut（u为桨盘紧后方的周向诱导速度） t根据动量矩定理可得：dQ = L-L = dmrutdQ = rdF （ dF为螺旋桨旋转时dr圆环内作用于流体的旋转力）dF = dm质量为dm的流体经过桨盘后，不再遭受外力矩的作用，故其动量矩保持不变，可认为桨盘后的周向 诱导速度为一常数。即u u根据动能定理可得：d

13、Fu - dmt 比较、两式可得：（或将式代入式，并经简化后可得）u = u ti 2 t试述宽度吃水比对船舶总阻力的影响。答：B/T的几何意义是表征船体的扁平程度。（1）对摩擦阻力的影响：讨论宽度吃水比对摩擦阻力的影响，亦即讨论宽度吃水比变化对湿面积的影响。 根据试验资料可知，宽度吃水比的变化对湿面积的影响很小，所以B/T对摩擦阻力的影响很小。（2）对剩余阻力的影响：要看B和T分别影响的大小而定。一般认为船宽增大时，船体的散波波高增大; 吃水增加时，横波的波高增大。而改变B/T是有两者相反变化而得。因此两者对兴波得影响，反映在剩余 阻力有相反得影响。由泰勒试验结果可知，随着B/T减小，剩余阻

14、力趋于减小，但在有得速度范围内反而 增加。（3）对总阻力得影响：由上述可知，B/T对总阻力将有影响，但是这种影响作用往往是不大的。如何利用P理论预测船舶兴波干扰。答：兴波长度可以表示为：-3mL = C L +彳人又。mL = (n + q )X c p% = （n+q）- 4故对应于有利干扰和不利干扰分别为：当q = 0.5时，有利干扰：p= n 4当q = 0时，不利干扰：p ,X = n 24P定义为船速v与波长为CpL的波速之比，即Q = u= Y 况，=;三/ : gCpL/ : gCpL 、: CpL/ 2n/ 2kP可得对应于波阻峰点和波阻谷点的P）值分别为：波阻峰点：P=;二=并,、：祐f479,3713,aT/（n 34）=2.00，0.895，0.666，0.556，波阻谷点：P= ： = p473，弟77, T7T1f E,an - 14)=1.15, 0.756, 0.604, 0.517，一般情况下，根据所设计船的参数v、Cp和L可以计算得到相应的值，以此判别该船是处于有利干扰 或不利干扰。何谓理想推进器？何谓理想螺旋桨？为什么理想螺旋桨的效率低于理想推进器的效率？答：（1）理想推进器：假定：推进器为一轴向尺度趋于零，水可以自由通过的盘，此盘可以拨水向后；水流速度和压力在盘面上均匀分布；水为不可压缩理想流体。根据这些假设得到