船舶阻力與船舶推進

1、一、船舶阻力 總論第一部分：主要知識點一、船舶快速性的含義1、概念：船舶盡可能消耗較小的主機功率以維持一定航行速度的能力。或者說，船舶快速性是在給定主機功率時，表征船舶航行速度高低的一種性能。對一定的船舶在給定主機功率時，能達到的航速較高者，謂之快速性好，反之為差；或者，對一定的船舶要求達到一定航速時，所需主機功率小者，謂之快速性好，反之則否。2、船舶能達到航速的高低取決于：它所受阻力的大小、主機功率大小和推進效率高低這三個因素。3、主要內(nèi)容：船舶阻力和船舶推進兩個方面。4、推進器是指把發(fā)動機發(fā)出的功率轉(zhuǎn)換為推船前進的動力的專門裝置和機構(gòu)。二、船舶阻力的分類裸船體阻力靜水阻力 船舶阻力水阻力

2、附體阻力船舶阻力 洶濤阻力 附加阻力 空氣阻力洶濤阻力：波浪中的水阻力增加值。三、船體阻力的成因和分類1、成因船體在靜水中運動時所受到的阻力與船體周圍的流動現(xiàn)象密切有關(guān)。1）興波一般首柱后緣為波峰，尾柱前緣為波谷，改變了船體周圍的水壓力分布，船首的波峰使首部壓力增加，而船尾的波谷使尾部壓力降低，于是產(chǎn)生首尾流體動壓力差（與船航行方向相反）。這種由興波引起的壓力分布改變所產(chǎn)生的阻力稱為興波阻力，一般用R w表示。從能量觀點看，船體興起的波浪具有一定的能量，這些能量必然由船體供給。這種由于船體運動不斷興波而耗散能量所產(chǎn)生的阻力稱為興波阻力。2）邊界層當(dāng)船體運動時，由于水的粘性，在船體周圍形成“邊界

3、層”，從而使船體運動過程中受到粘性切應(yīng)力作用，亦即船體表面產(chǎn)生了摩擦力，它在運動方向的合力便是船體摩擦阻力，用R f表示。從能量觀點看，船體攜帶邊界層水流一起前進，邊界層水流質(zhì)點不斷消耗能量體現(xiàn)為摩擦阻力。補充：牛頓內(nèi)摩擦定律。：流體的動力粘性系數(shù)，；：流體的運動粘性系數(shù)，。和均為水溫的函數(shù)。3）邊界層分離在船體曲度驟變處，特別是較豐滿船的尾部由于水具有粘性常會產(chǎn)生旋渦，旋渦處的水壓力下降，從而改變了沿船體表面的壓力分布情況，使首壓力大于尾壓力。這種由粘性引起船體前后壓力不平衡而產(chǎn)生的阻力稱為粘壓阻力，用R pv表示。從能量觀點來看，在船尾部形成旋渦要消耗能量，而部分旋渦被沖向船的后方，同時船

4、尾處又繼續(xù)不斷的產(chǎn)生旋渦，這樣船體就要不斷地供給能量，這部分能量的損耗就是以粘壓阻力的形式表現(xiàn)的。粘壓阻力習(xí)慣上也叫旋渦阻力或形狀阻力。應(yīng)該指出的是：對于流線型物體，甚至是某些優(yōu)良船型，雖然并不發(fā)生界層分離現(xiàn)象，但仍然存在粘壓阻力。這是因為邊界層的形成使尾部流線被排擠外移，尾部也會有壓力降而產(chǎn)生首尾壓差，形成粘壓阻力，不過與界層分離而引起的粘壓阻力相比，此時的粘壓阻力要小得多。（P180）2、分類詳見課本P154，可按1）產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象、2）作用力方向、3）流體性質(zhì)來分。補充：1）雷諾數(shù)、傅汝德數(shù)式中：V為船速，；L為船舶的水線長，；為流體的運動粘性系數(shù)，。2）船速的英制單位“節(jié)（kn）”

5、，。3）按傅汝德數(shù)大小將船分為：低速船：0.18中速船：0.180.30高速船：0.30注意：各種阻力成分在總船體阻力中所占比重對不同傅汝德數(shù)的船是不相同的。1）對于低速船來說，摩擦阻力占船體阻力的7080，粘壓阻力約為10左右，而興波阻力成分很小；2）對于高速船，摩擦阻力約占船體阻力的4050，而興波阻力可達50左右，粘壓阻力僅占5左右。另外，傅汝德的阻力分類方法。由于粘壓阻力一般所占比重不大，且實際上亦難以同興波阻力分開，故通常把粘壓阻力與興波阻力合并在一起稱為剩余阻力，這樣船體總阻力又可分為摩擦阻力和剩余阻力兩部分。四、影響船體阻力的因素影響船體阻力的因素很多，但主要有三個方面：首先是航

6、速。航速對阻力的影響較大，隨著航速增加，阻力的增長十分顯著。其次是船型，不同的船型參數(shù)往往會導(dǎo)致阻力性能的變化。再次是外界條件，船舶在不同的航區(qū)中航行，由于外界條件，諸如水深、流體介質(zhì)和溫度等不同，對阻力也會有影響。顯然，對于給定的船型，且在一定的外界條件下，船體阻力僅僅是航速的函數(shù)。五、船舶航行中的航態(tài)（P304）有關(guān)研究表明，船舶航行中的航態(tài)有時會對阻力特性產(chǎn)生較大的影響。一般說來，船舶在航行時的航態(tài)與靜浮狀態(tài)是不相同的，而且航態(tài)隨航速變化而變化。根據(jù)已有資料表明：船舶在航行過程中，船體各部位的吃水較靜浮時將發(fā)生變化。體積傅汝德數(shù)Fr。，為船舶的排水量，為船體在航行過程中的排水體積，L為沿

7、垂直方向作用在船體上的流體動力或稱升力。實際航行表明，根據(jù)船舶的Fr值，所有水面船舶大致可以劃分為三種航態(tài)：1、排水航行狀態(tài)：Fr1.0在這個速度范圍內(nèi)的各種船舶，它們的阻力問題可以認(rèn)為與航態(tài)無關(guān)。大多數(shù)的民用船，都是屬于這種航態(tài)的船舶。所以，在這一航速范圍內(nèi)的船舶，又統(tǒng)稱為水面排水型船舶。2、過渡狀態(tài)：1.0Fr3.0此時隨航速增高，航態(tài)較靜浮狀態(tài)有明顯的變化，船首上抬較大，船尾下沉明顯，整個船體呈現(xiàn)明顯的尾傾現(xiàn)象。高速炮艇、巡邏艇、交通艇都是這種航態(tài)范圍的船舶，這些船稱為高速排水型艇，或過渡型艇。3、滑行狀態(tài)： Fr3.0此時航速很高，船首、船尾的吃水變化很大，而且整個船體被上抬沿水面“滑

8、行”，因此，處在這種航態(tài)下的船稱為滑行艇。高速摩托艇、魚雷快艇及導(dǎo)彈快艇等均屬滑行艇之列，滑行艇的阻力特性與航態(tài)的關(guān)系更為密切。六、阻力相似定律1、粘性阻力相似定律雷諾定律對一定形狀的物體，粘性阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)相同時，則粘性阻力系數(shù)必相等。2、興波阻力相似定律傅汝德定律對于給定船型的興波阻力系數(shù)僅是傅汝德數(shù)的函數(shù)，當(dāng)兩船的傅汝德數(shù)相等時，興波阻力系數(shù)必相等。注意：1）形似船、相應(yīng)速度、縮尺比的概念。2）由于實船與船模的船型是相同的，且在相應(yīng)速度時，它們的傅汝德數(shù)亦是相等的，故它們的興波阻力系數(shù)必相等。傅汝德定律的推論傅汝德比較定律：形似船在相應(yīng)速度時(或相同F(xiàn)r數(shù))，單位排水量

9、的興波阻力必相等。亦稱為比較定律或比較率。3、船體總阻力相似定律全相似定律水面船舶的總阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和傅汝德數(shù)的函數(shù)；若能使實船和船模的雷諾數(shù)和傅汝德數(shù)同時相等，就稱為全相似。滿足全相似條件下，實船和船模的總阻力系數(shù)為一常數(shù)，故稱為全相似定律。注意：一般來說全相似條件是不可能實現(xiàn)的，在以后的阻力換算中一般只使用傅汝德定律。補充：阻力系數(shù) 式中：R為阻力，N；為水密度，；S為船體濕面積，；V為船速，。當(dāng)R分別為船體阻力、摩擦阻力等，則阻力系數(shù)分別對應(yīng)為船體阻力系數(shù)、摩擦阻力系數(shù)。七、傅汝德假定（P228）1、假定船體總阻力可以分為獨立的兩部分：一為摩擦阻力Rf，只與雷諾數(shù)有關(guān)；另一為粘壓阻力R

10、 p v與興波阻力R w合并后的剩余阻力Rr，只與傅汝德數(shù)有關(guān)，且適用比較定律。2、假定船體的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。通常稱為相當(dāng)平板假定。第二部分：歷屆真題1、快速性好的船舶指相同排水量下（）。A、速度較高的船舶B、相同航速下，使用功率小的船舶C、推進效率高的船舶D、船舶阻力小的船舶2、船舶的快速性主要指（）。A、高速船的有關(guān)問題，低速船不考慮快速性B、船舶阻力和推進兩個方面C、節(jié)能船型、節(jié)能措施及方法等問題D、船舶高效推進的有關(guān)問題3、船舶阻力與船體阻力的分類各怎樣？4、洶濤阻力是波浪中的阻力增量。（）5、試分別用“力”和 “能量觀點”解釋興波阻力、摩擦阻力和粘

11、壓阻力的成因。6、船體阻力按物理本質(zhì)分為：、。7、摩擦阻力、船體阻力、興波阻力和粘壓阻力均為靜水阻力。（）8、船體阻力與船體周圍水的流動現(xiàn)象有關(guān)：（興波阻力）、（摩擦阻力）、（粘壓阻力）。9、什么是壓阻力？10、船舶阻力中，阻力與阻力均屬于壓差阻力。11、壓阻力包含有粘壓阻力和興波阻力兩類不同性質(zhì)的力。興波阻力即使在理想流體中仍然存在，而摩擦阻力和粘壓阻力兩者都是由于水的粘性而產(chǎn)生的，在理想流體中均不存在。（）12、船體阻力按產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象分為剩余阻力、粘壓阻力和興波阻力。（）13、附加阻力包括、和。14、粘性阻力通常包含和。15、船體阻力的影響因素是：、。16、船舶滑行狀態(tài)時，一般船舶體

12、積傅汝德數(shù)為（）A、B、 C、D、17、船舶排水航行時，一般船舶體積傅汝德數(shù)為（）A、B、 C、D、18、什么是雷諾定律？19、什么是傅汝德定律？什么是形似船、相應(yīng)速度、縮尺比？什么是比較定律？20、什么是全相似定律？什么是全相似？全相似條件在實際上能不能實現(xiàn)？21、 形似船是指僅大小相同，形狀完全相似的船舶之間的統(tǒng)稱。（）22、傅汝德相似的條件為：實船與船模傅汝德數(shù)相等。（）23、傅汝德相似的條件為：實船與船模興波阻力系數(shù)相等。（）24、當(dāng)兩條形似船雷諾數(shù)相等時，粘性阻力系數(shù)必相等。（）25、形似船在相應(yīng)速度時（或相同傅汝德數(shù)時），單位排水量興波阻力必相等。（）26、傅汝德比較律的含義是：。27、“相當(dāng)平板”指與船體、的平板。28、所謂比較率指幾何相似的船舶，當(dāng)對應(yīng)的相等時，其相等。29、理想流體中，興波阻力存在。30、水面船舶不能實現(xiàn)全相似，但水下深潛的船舶與模型之間可以實現(xiàn)全相似。（）31、水