船体主尺度的影响

项目七船舶阻力八、船型对阻力的影响2、船体主尺度的影响

排水量长度系数（又称修长系数）：排水量长度系数代表了船舶的瘦长程度。这系数大者意味着在同样的长度范围内分布有更多的排水量，或者把同样的排水量分配在较短的船长范围内，因此表示船体肥而短；

相反，该系数小者表示船体瘦长。

现分两种情况讨论排水量长度系数对阻力变化的影响：一、排水量长度系数对阻力的影响

1、船长变化

排水量一定时，讨论船长的影响问题。

1）对摩擦阻力的影响由于湿面积可按估算，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，S与L1/2成正比关系。由此可知，船长增大时，湿面积将随之增加。而一般说来船长增大时，以致Re增大所引起的摩擦阻力系数减小是极微的。

因此，增大船长（或减小

）将使摩擦阻力增加。

2）对剩余阻力的影响因为在排水量Δ一定时，增加船长，必定要求B、d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d减小，将使兴波阻力下降。

显然，在Δ一定时，增加L将使剩余阻力下降相当明显。

3）对总阻力的影响由于在一定Δ时，增长L的结果使摩擦阻力Rf和剩余阻力Rr产生完全相反的影响，因而对总阻力的影响作用将取决于Rf与Rr两者增减的数值而定。但由前知，对于不同航速的船舶说来，Rf和Rr占总阻力的比重是不同的，因而船长对总阻力的影响也将是不同的。

（1）对低速船Rf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。

①当排水量一定时，增长L时(即减小

)，剩余阻力减小，但减小值不大。②当排水量一定时，增长L时(即减小

)，摩擦阻力的增大，增大值明显。

因此，增大L，一般总阻力增大。在实用上，低速船的船长尽量取得小些，

尽量大些，船型短肥。这不仅从阻力观点，而且从增大舱容，降低造价等方面来说均有利。

（2）对高速船

Rr占总阻力的比例很大，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，当航速V一定时：①如果船长较短时，Rr很大，因此增大船长，Rr下降相当明显，Rr的减小值大于Rf的增加值，因而总阻力的减小相当显著。②随着船长继续增加，或

继续减小，Rr的下降渐趋缓慢，总阻力的减小趋势减缓，直至出现对应于总阻力最低点的最佳船长Lopt；如果进一步再增加船长，总阻力反趋增大。因为当船长增加到一定程度后，Rr并没有更多的减小，而Rf却随之不断增加，致使总阻力反而变大。

（2）对高速船

注意：在一定航速情况下，在最佳船长附近的一定范围内，其阻力并无多大差异。所以设计者常选用阻力不过高的最短船长，以便降低船体建造价格。因此，高速船的船型特点是：由于一定范围内增加船长是有利的，所以其

较低速船要小得多，故船型显得比较瘦长，L/B值较大。

4）

船长的选择必须考虑的几个方面的要求

（1）布置要求：满足船舶使用要求，使舱室布置符合要求。（2）阻力性能：尽量选择对应于船体阻力性能良好的船长。（3）操纵性：船长与操纵性关系密切，船过长，其回转性差，要考虑港口、航道内的操纵性问题。（4）经济性：如果在最低阻力所对应的最佳船长附近范围的总阻力差别不大时，应选用阻力并不过高的最短船长，以降低船体造价。确定船体长度可以按设计任务书上规定的设计航速等要求，根据阻力理论，诸如考虑有利的兴波干扰，选择接近最低阻力时所对应的最短船体长度等，然后再校核总布置和其他性能的要求。

此外，船体长度亦可按照相关经验公式进行估算，然后再用阻力理论校验作最后确定。

2、排水量变化

船长一定时，讨论排水量的影响问题。由于排水量是一个变数，因此在比较阻力性能时将讨论单位排水量阻力的变化情况。

1）对摩擦阻力的影响因为在一定船长时，Rf/Δ随S/Δ而变，并且：

由此，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Rf/Δ将减小。

2）对剩余阻力的影响

同样地，当船长不变时，增大排水量Δ是由同时增大B、d实现的。因此不但兴波阻力将增大，而且由于船型变肥，粘压阻力亦随之增大，剩余阻力Rr必然增大。如图所示为泰洛系列船模资料在较低速度(Fr=0.208)和较高速度(Fr=0.298)时的单位排水量剩余阻力Rr/Δ曲线。（1）对于低速船，其相应的棱形系数Cp较大，由图知，随着排水量长度系数增加，Rr/Δ几乎保持常数，因此可以认为排水量长度系数对Rr/Δ的影响是不大的。（2）对于高速船，排水量长度系数的影响相当敏感，随着该系数增大，Rr/Δ将有明显增加。这是因为高速船的兴波阻力成分较大。增大排水量长度系数值，意味着在相同的船长下，分布较多的排水量，船型变得丰满，故

兴波阻力明显增大。由于低速船的兴波阻力极小，尽管排水量长度系数增大会引起船型变化，但对Rr/Δ的影响是不明显的。

3）对总阻力的影响

排水量长度系数对Rt/Δ的影响同样取决于Rf/Δ和Rr/Δ中哪一项的影响占主要地位。显然，对于低速船、高速船来说将是不同的。

低速船：当增大排水量长度系数时，Rf/Δ将减小，但Rr/Δ却几乎保持为常数。因此低速船的排水量长度系数值尽可能取大一些，以使Rt/Δ值有所下降。特别是由于Rf在总阻力中占主要成分，总阻力的变化很大程度上由Rf/Δ的变化所决定，所以Rr/Δ低者其Rt/Δ未必亦低。

高速船：由于Rr/Δ在总阻力中占重要比重，且其受的影响较之Rf/Δ更为显著。所以一般说来，当排水量长度系数值减小时，Rr/Δ将下降，Rt/Δ亦是下降的。

3、不同船舶的排水量长度系数选取

综上所讨论的排水量长度系数对阻力影响的情况对于不同速度的船来说，其排水量长度系数值的选取，可以指出如下几点：

1）低、中速船的排水量长度系数宜取适当大一些；随着航速增大，则应降低排水量长度系数值，对阻力性能是有利的。

2）高速船的排水量长度系数较低速船要小得多，所以高速船船型瘦长，低速船短而肥。3）由于排水量长度系数的变化对摩擦阻力和剩余阻力两种阻力成分产生相反的影响。因此，实际上对于给定航速的船存在一个对应于最低阻力的排水量长度系数最佳值。而对应于不同航速应该存在排水量长度系数的最佳曲线。船宽对阻力的影响一般是通过宽度吃水比B/d来体现的。宽度吃水比B/d的几何意义是表征船体的扁平程度。

1、对摩擦阻力的影响试验资料表明，宽度吃水比对湿面积影响并不很敏感。1）当B/d=3.0附近时，船体湿面积最小，摩擦阻力最小。2）一般近似认为在B/d=2.25～3.75的实用范围内变化时，B/d对摩擦阻力