第03章興波阻力

1、船舶阻力第三章第三章 興波阻力興波阻力3.1 3.1 船行波的形成和凱爾文波系船行波的形成和凱爾文波系3.2 3.2 船的首尾波系及其干擾船的首尾波系及其干擾3.3 3.3 興波阻力特性興波阻力特性3.4 3.4 興波阻力與船型關(guān)系及干擾興波阻力與船型關(guān)系及干擾3.5 3.5 確定興波阻力的方法確定興波阻力的方法3.6 3.6 減小興波阻力的方法減小興波阻力的方法3.7 3.7 破波阻力破波阻力3.8 3.8 阻力分類的補(bǔ)充說(shuō)明阻力分類的補(bǔ)充說(shuō)明2/53.1 3.1 船行波的形成和凱爾文波系船行波的形成和凱爾文波系 船舶在水面航行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生三種不同類型的興波。船舶在水面航行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生三種不同類

2、型的興波。 船行波船行波：是船駛過(guò)后，留在船后方并不斷向外傳播的波；：是船駛過(guò)后，留在船后方并不斷向外傳播的波； 破波破波：是被船體興起后很快破碎的波浪，它不以波浪的形式：是被船體興起后很快破碎的波浪，它不以波浪的形式傳播，主要發(fā)生在肥大型船和高速船。傳播，主要發(fā)生在肥大型船和高速船。 局部水面升高局部水面升高：在船體附近的水面起伏，在定常運(yùn)動(dòng)情況下：在船體附近的水面起伏，在定常運(yùn)動(dòng)情況下它們隨船一起運(yùn)動(dòng)，不構(gòu)成阻力。它們隨船一起運(yùn)動(dòng)，不構(gòu)成阻力。1/25000T海事救助船試驗(yàn)海事救助船試驗(yàn) 1:35n5船行波的形成和凱爾文波系船行波的形成和凱爾文波系一、平面進(jìn)行波的特征一、平面進(jìn)行波的特征二

3、、船行波的形成二、船行波的形成三、船行波圖形及組成三、船行波圖形及組成2/21波形波形：=Acos(kx-t)2波幅波幅和和波高波高: H2A 水深水深h處次波幅：處次波幅：3波長(zhǎng)波長(zhǎng)：=2/k；波數(shù)：；波數(shù)：k=2/4波浪波浪周期周期：T=2/= 0.8一、平面進(jìn)行波的特征一、平面進(jìn)行波的特征oohkhohAeAeAA53512 | 深水平面進(jìn)行波的特性：深水平面進(jìn)行波的特性：1/4g 2平面進(jìn)行波的特征平面進(jìn)行波的特征5波速波速：當(dāng)當(dāng)kx-t=m,m=0,1,.時(shí)，即時(shí)，即x=m/k+t/k，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)余弦波的峰谷點(diǎn)。隨時(shí)間推移，峰谷的位置將向正余弦波的峰谷點(diǎn)。隨時(shí)間推移，峰谷的位置將向正

4、x方向方向移動(dòng)，所以波形隨時(shí)間的變化率移動(dòng)，所以波形隨時(shí)間的變化率 dx/dt 就是波速：就是波速： c=/T=dx/dt=/k=g/k= gT/2= 1.25 k=2/g = g/c2 (色散關(guān)系色散關(guān)系)6. 單位單位波面的波面的總能量總能量：Eo=Ek+Ep=1/2gA2； 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為波寬為波寬為b的波面的波能：的波面的波能：Eb=1/2gA2b7波能傳播速度波能傳播速度：cE=c/22/4 2g 船行自由波船行自由波3/4 考慮由船舶勻速航行產(chǎn)生的考慮由船舶勻速航行產(chǎn)生的與船行方向與船行方向 x 成成角角方向方向傳播的傳播的基元波基元波，在船運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中，該基元波相對(duì)于船，在船運(yùn)動(dòng)坐

5、標(biāo)系中，該基元波相對(duì)于船為為定常定常，其波形表達(dá)式中不含時(shí)間，其波形表達(dá)式中不含時(shí)間t項(xiàng)。若同時(shí)考慮正、項(xiàng)。若同時(shí)考慮正、余弦波兩種情況，則基元波形表達(dá)式為：余弦波兩種情況，則基元波形表達(dá)式為：a()=C()cosk()p+S()sink()p式中式中: C(),S()為正余弦波波幅；為正余弦波波幅； k()為為方向基元波波數(shù)；方向基元波波數(shù)； p=xcos+ysin為矢徑為矢徑;由：由：k()=g/v2=g/(vcos)2=Kosec2 Ko=g/v2為沿為沿x方向傳播，波速等于方向傳播，波速等于船速船速v之波數(shù)，稱為之波數(shù)，稱為基本波數(shù)基本波數(shù)。k=g/c2 (色散關(guān)系色散關(guān)系)船行自由波

6、船行自由波 2220 dpkSyxKcyx)(sin)()sincos(seccos)(),( 將所有可能傳播方向的基元波疊加起來(lái)，可寫(xiě)出船行將所有可能傳播方向的基元波疊加起來(lái)，可寫(xiě)出船行自由波表達(dá)式：自由波表達(dá)式：4/4)sincos(sec)( yxKpk 20式中，相位函數(shù)：式中，相位函數(shù)：p=xcos+ysin為矢徑為矢徑二、船行波的形成二、船行波的形成 020222pvpAvgZA 1/5 船舶在水面上航行時(shí)產(chǎn)生波浪的原因主要在于：水流船舶在水面上航行時(shí)產(chǎn)生波浪的原因主要在于：水流流經(jīng)彎曲的船體時(shí)，沿船體表面的流經(jīng)彎曲的船體時(shí)，沿船體表面的壓力分布?jí)毫Ψ植疾灰粯?，?dǎo)致不一樣，導(dǎo)致船體

7、周?chē)乃嫔呋蛳陆?，在重力和慣性的作用下，在船體周?chē)乃嫔呋蛳陆?，在重力和慣性的作用下，在船后形成實(shí)際的船波。船后形成實(shí)際的船波。 在水面，沿船體水線及遠(yuǎn)在水面，沿船體水線及遠(yuǎn)前方液面用伯努利方程，則駐前方液面用伯努利方程，則駐點(diǎn)點(diǎn)A和遠(yuǎn)方點(diǎn)和遠(yuǎn)方點(diǎn)F，有：，有：00022222B22 gvCgvvBgvAZZZA:vA=0,B:C:vC=0船行波的形成船行波的形成2/5 由此可見(jiàn)，由此可見(jiàn)，A和和C點(diǎn)處的水面被抬高，而點(diǎn)處的水面被抬高，而B(niǎo)點(diǎn)的水面下點(diǎn)的水面下降，整個(gè)水面高度的變化情況如圖中虛線所示。且降，整個(gè)水面高度的變化情況如圖中虛線所示。且水面高水面高度度的變化與的變化與速度平方

8、成比例速度平方成比例，即船行波的波高，即船行波的波高H正比于船正比于船速速vs的平方。的平方。實(shí)際船行波實(shí)際船行波3/5 實(shí)際船行波與上述船體周?chē)乃孀兓怯胁顒e的，實(shí)際船行波與上述船體周?chē)乃孀兓怯胁顒e的，其主要表現(xiàn)為：其主要表現(xiàn)為：1. 實(shí)際水面抬高實(shí)際水面抬高ZA=v2/2g。因?yàn)樗髁飨?。因?yàn)樗髁飨駻、C點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)，壓力已漸增，水面處的水質(zhì)點(diǎn)已具有向上的速度，并非深壓力已漸增，水面處的水質(zhì)點(diǎn)已具有向上的速度，并非深水中水中vAvC0，所有的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換成位能。實(shí)際上，所有的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換成位能。實(shí)際上A和和C點(diǎn)并不是真正的駐點(diǎn)。點(diǎn)并不是真正的駐點(diǎn)。實(shí)際船行波實(shí)際船行波2.由于慣性

9、作用，由于慣性作用，最高水面位置有滯后最高水面位置有滯后現(xiàn)象。水質(zhì)點(diǎn)經(jīng)現(xiàn)象。水質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)過(guò)A點(diǎn)以后，動(dòng)能增加而勢(shì)能應(yīng)當(dāng)減少，水面本應(yīng)下降，點(diǎn)以后，動(dòng)能增加而勢(shì)能應(yīng)當(dāng)減少，水面本應(yīng)下降，但由于水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慣性，在但由于水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慣性，在A點(diǎn)后將繼續(xù)上升到某一位置點(diǎn)后將繼續(xù)上升到某一位置才開(kāi)始下降。所以實(shí)際船行波的才開(kāi)始下降。所以實(shí)際船行波的首波峰首波峰總是在船首柱稍后總是在船首柱稍后的地方；的地方；尾波峰尾波峰位于尾柱之后，尾柱前總為一波谷。位于尾柱之后，尾柱前總為一波谷。4/5實(shí)際船行波實(shí)際船行波5/53. 水質(zhì)點(diǎn)一旦受到流體動(dòng)壓力的擾動(dòng)而離開(kāi)其平衡位置水質(zhì)點(diǎn)一旦受到流體動(dòng)壓力的擾動(dòng)而離開(kāi)其平衡位

10、置后，便在重力和慣性力的相互作用下，繞其平衡位置發(fā)生后，便在重力和慣性力的相互作用下，繞其平衡位置發(fā)生震蕩，形成波浪。這里震蕩，形成波浪。這里重力重力是是震蕩的回復(fù)力震蕩的回復(fù)力，因此船行波，因此船行波是是重力波重力波。三、舶行波圖形及組成三、舶行波圖形及組成 凱爾文凱爾文(Kervin)壓力點(diǎn)壓力點(diǎn)興波理論：船波是由于船舶興波理論：船波是由于船舶在水面上航行時(shí)船體周?chē)髟谒嫔虾叫袝r(shí)船體周?chē)黧w壓力變化引起的。船體首體壓力變化引起的。船體首尾駐點(diǎn)附近形成兩個(gè)最大壓尾駐點(diǎn)附近形成兩個(gè)最大壓力區(qū)，其興波作用最強(qiáng)，它力區(qū)，其興波作用最強(qiáng)，它們興波可簡(jiǎn)化成們興波可簡(jiǎn)化成兩個(gè)壓力點(diǎn)兩個(gè)壓力點(diǎn)的興波情況

11、。的興波情況。1/31. 1. 單個(gè)壓力點(diǎn)的興波圖形單個(gè)壓力點(diǎn)的興波圖形2/3 凱爾文根據(jù)流體力學(xué)理論，求得單個(gè)壓力點(diǎn)凱爾文根據(jù)流體力學(xué)理論，求得單個(gè)壓力點(diǎn)O在水面在水面上作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成了兩個(gè)波系。一為與運(yùn)動(dòng)方向上作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成了兩個(gè)波系。一為與運(yùn)動(dòng)方向垂直的垂直的橫波橫波，一為與運(yùn)動(dòng)方向斜交的，一為與運(yùn)動(dòng)方向斜交的散波散波，圖中實(shí)線為波，圖中實(shí)線為波峰線。橫波和散波相交成尖角，各尖角與原點(diǎn)的連線稱為峰線。橫波和散波相交成尖角，各尖角與原點(diǎn)的連線稱為尖點(diǎn)線尖點(diǎn)線，它與運(yùn)動(dòng)方向的夾，它與運(yùn)動(dòng)方向的夾角為角為19o28，稱為，稱為凱爾文角凱爾文角。尖角處的公共切線與運(yùn)動(dòng)方尖角處的公

12、共切線與運(yùn)動(dòng)方向的夾角均為向的夾角均為54o44，這種，這種波形稱為凱爾文波。波形稱為凱爾文波。2 2船行波的組成和特征船行波的組成和特征3/3 船舶航行，其周?chē)膲毫Πl(fā)生變化，相當(dāng)于很多壓力船舶航行，其周?chē)膲毫Πl(fā)生變化，相當(dāng)于很多壓力點(diǎn)在水面運(yùn)動(dòng)，且都可興波。但船點(diǎn)在水面運(yùn)動(dòng)，且都可興波。但船首首尾尾兩兩壓力峰壓力峰值處，興值處，興波最顯著，其余各處的興波均可忽略。這樣船行波必由與波最顯著，其余各處的興波均可忽略。這樣船行波必由與單個(gè)壓力點(diǎn)興波圖形相似的首尾兩組波系組成，包括：?jiǎn)蝹€(gè)壓力點(diǎn)興波圖形相似的首尾兩組波系組成，包括：船首壓力興波：形成船首波系，包括船船首壓力興波：形成船首波系，包括

13、船首首橫波橫波和和散波散波；船尾壓力興波：形成船尾波系，包括船船尾壓力興波：形成船尾波系，包括船尾尾橫波橫波和和散波散波。 實(shí)際觀察，與上述分析基本吻合，如圖所示。實(shí)際觀察，與上述分析基本吻合，如圖所示。3.2 3.2 船的首尾波系及其干擾船的首尾波系及其干擾一、船行波的主要特性一、船行波的主要特性二、首尾橫波的干擾二、首尾橫波的干擾1/1一、船行波的主要特性一、船行波的主要特性 實(shí)際船舶興波圖形有如下主要特征：實(shí)際船舶興波圖形有如下主要特征：1. 船行波分成船行波分成首、尾兩大波系首、尾兩大波系，均由橫波和散波組成。，均由橫波和散波組成。2. 整個(gè)船波基本整個(gè)船波基本集中在凱爾文角集中在凱爾

14、文角限定的扇形面內(nèi)。限定的扇形面內(nèi)。3. 波系的各波系的各散波之間散波之間及及散波與橫波散波與橫波之間之間互不干擾互不干擾。4. 船行波隨船一起前進(jìn)。船行波的傳播速度船行波隨船一起前進(jìn)。船行波的傳播速度等于船速等于船速。1/3船行波的主要特性船行波的主要特性5. 船船首首橫波的橫波的波峰波峰常在首柱略后處，而船常在首柱略后處，而船尾尾橫波則在尾橫波則在尾柱略前處由柱略前處由波谷波谷開(kāi)始。開(kāi)始。6. 船首尾兩橫波在船尾互相混合，組成合成橫波，因此船首尾兩橫波在船尾互相混合，組成合成橫波，因此通常在船后觀察到的是兩橫波干擾后的通常在船后觀察到的是兩橫波干擾后的合成波合成波。2/37. 若船體型線在

15、某處有突變，例如在豐滿船的前肩或后若船體型線在某處有突變，例如在豐滿船的前肩或后肩處，該處的壓力也會(huì)隨之突變，以致產(chǎn)生一個(gè)明顯的波肩處，該處的壓力也會(huì)隨之突變，以致產(chǎn)生一個(gè)明顯的波系，稱為肩波。系，稱為肩波。肩波系肩波系不但使興波阻力增加，而且有可能不但使興波阻力增加，而且有可能產(chǎn)生不利的興波干擾。產(chǎn)生不利的興波干擾。船行波的主要特性船行波的主要特性3/3n1 船體興波的首、尾波系在船尾處疊加的現(xiàn)象稱為船體興波的首、尾波系在船尾處疊加的現(xiàn)象稱為興興波干擾波干擾。 不利干擾不利干擾：如果首、尾橫波的波谷在船尾疊加，則：如果首、尾橫波的波谷在船尾疊加，則合成波的波谷增大。波谷增大使船后體流體壓力變

16、得更合成波的波谷增大。波谷增大使船后體流體壓力變得更小，故興波阻力增大。從能量觀點(diǎn)看，因合成波的波幅小，故興波阻力增大。從能量觀點(diǎn)看，因合成波的波幅增大，波能必然增大，因而興波阻力也增大。增大，波能必然增大，因而興波阻力也增大。 有利干擾有利干擾：如果首波波峰在船尾與尾波波谷疊加，：如果首波波峰在船尾與尾波波谷疊加，則合成橫波波幅減小，興波阻力減小。則合成橫波波幅減小，興波阻力減小。二、首尾橫波的干擾二、首尾橫波的干擾1/7興波長(zhǎng)度興波長(zhǎng)度mLmL2/7 影響首、尾橫波干擾結(jié)果的因素，主要取決于首尾兩影響首、尾橫波干擾結(jié)果的因素，主要取決于首尾兩橫波的相對(duì)位置。橫波的相對(duì)位置。 稱船稱船首首橫

17、波的第一波峰和船橫波的第一波峰和船尾尾橫波的第一波峰間的距橫波的第一波峰間的距離為離為興波長(zhǎng)度興波長(zhǎng)度，用，用mL表示，如圖所示。顯然，首、尾橫表示，如圖所示。顯然，首、尾橫波的干擾結(jié)果由興波長(zhǎng)度波的干擾結(jié)果由興波長(zhǎng)度mL和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)決定：決定：mL=(n+q)式中：式中：m為系數(shù)，為系數(shù)，n為正整數(shù)，為正整數(shù)，q為正分?jǐn)?shù)。它們與傅汝德為正分?jǐn)?shù)。它們與傅汝德數(shù)和船型有關(guān)。數(shù)和船型有關(guān)。興波干擾結(jié)果興波干擾結(jié)果3/7 式式mL=(n+q)表明，興波干擾的結(jié)果不外有下列三種表明，興波干擾的結(jié)果不外有下列三種情況：情況：(1) q=0，表示，表示mL距離內(nèi)有距離內(nèi)有n個(gè)整波長(zhǎng)，兩橫波的個(gè)整波長(zhǎng)，兩橫

18、波的相位差相位差為零為零，在船尾完全是波峰與波峰重疊，為，在船尾完全是波峰與波峰重疊，為不利不利干擾。干擾。(2) q=0.5, 表示在表示在mL距離內(nèi)有距離內(nèi)有(n+0.5)個(gè)波長(zhǎng)，意味著兩個(gè)波長(zhǎng)，意味著兩波的波的相位差為相位差為，首波波峰與尾波波谷疊加，首波波峰與尾波波谷疊加，有利有利干擾。干擾。(3) q為任意分?jǐn)?shù)時(shí)，兩波為任意分?jǐn)?shù)時(shí)，兩波相位差為相位差為2q，為，為一般一般干擾。干擾。 顯然，興波長(zhǎng)度顯然，興波長(zhǎng)度mL和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)的關(guān)系決定興波干擾結(jié)果。的關(guān)系決定興波干擾結(jié)果。按深水平面進(jìn)行波理論，波長(zhǎng)與波速按深水平面進(jìn)行波理論，波長(zhǎng)與波速(即船速即船速)平方成正比，平方成正比，因此：

19、因此：考慮到考慮到Frv/gL，由上式可得在，由上式可得在mL距離內(nèi)的橫波數(shù)距離內(nèi)的橫波數(shù):說(shuō)明興波干擾與說(shuō)明興波干擾與傅汝德數(shù)傅汝德數(shù)Fr和和船型船型有關(guān)。有關(guān)。mLmL距離內(nèi)的橫波數(shù)距離內(nèi)的橫波數(shù)gvqnmL22)( 4/72222rFmvmgLqn平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn)平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn)5/7 1877年傅汝德進(jìn)行了年傅汝德進(jìn)行了變化平行中體長(zhǎng)度變化平行中體長(zhǎng)度的船模系列試的船模系列試驗(yàn)，以證明船長(zhǎng)對(duì)興波干擾作用的影響。試驗(yàn)的實(shí)船主尺驗(yàn)，以證明船長(zhǎng)對(duì)興波干擾作用的影響。試驗(yàn)的實(shí)船主尺度：度：B=11.58，T=4.39，進(jìn)流段長(zhǎng)，進(jìn)流段長(zhǎng)24.38，去流段，去流段=24.38m，各船的平行中

20、體長(zhǎng)度在各船的平行中體長(zhǎng)度在0103.63m。試驗(yàn)所得剩余阻力如。試驗(yàn)所得剩余阻力如圖所示。圖所示。平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn)平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn)1. 因平行中體變化，間距均勻的阻力峰點(diǎn)連續(xù)發(fā)生，該因平行中體變化，間距均勻的阻力峰點(diǎn)連續(xù)發(fā)生，該間距約等于間距約等于不同航速下的波長(zhǎng)不同航速下的波長(zhǎng)。且速度越高，剩余阻力。且速度越高，剩余阻力Rr波動(dòng)波動(dòng)越大，說(shuō)明相應(yīng)的波高越大，這與實(shí)測(cè)結(jié)果相符。越大，說(shuō)明相應(yīng)的波高越大，這與實(shí)測(cè)結(jié)果相符。2. 剩余阻力的剩余阻力的波動(dòng)波動(dòng)隨船長(zhǎng)增加而隨船長(zhǎng)增加而減小減小，其原因是船首橫，其原因是船首橫6/7波在與船尾橫波波在與船尾橫波發(fā)生干擾之前，發(fā)生干擾之前，經(jīng)過(guò)的距離

21、越長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)的距離越長(zhǎng)，則波高的衰減越則波高的衰減越多。多。平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn)平行中體長(zhǎng)度的試驗(yàn) 說(shuō)明：試驗(yàn)用剩余阻力表示，但說(shuō)明：試驗(yàn)用剩余阻力表示，但Rr中中Rw所占比重大，特所占比重大，特別是高航速下，故實(shí)際上說(shuō)明了興波的干擾作用。別是高航速下，故實(shí)際上說(shuō)明了興波的干擾作用。7/73.3 3.3 興波阻力特性興波阻力特性 本節(jié)從本節(jié)從直觀直觀、定性定性的角度分析船舶在深水區(qū)航行時(shí)的的角度分析船舶在深水區(qū)航行時(shí)的興波阻力問(wèn)題，得出的表達(dá)式雖不能直接計(jì)算船體興波阻興波阻力問(wèn)題，得出的表達(dá)式雖不能直接計(jì)算船體興波阻力，但對(duì)于分析船體興波阻力的特性還是有意義的。力，但對(duì)于分析船體興波阻力的特性還是

22、有意義的。一、興波阻力與波浪參數(shù)的關(guān)系一、興波阻力與波浪參數(shù)的關(guān)系二、船體興波阻力表達(dá)式二、船體興波阻力表達(dá)式三、船體興波阻力特性三、船體興波阻力特性1/1一、興波阻力與波浪參數(shù)的關(guān)系一、興波阻力與波浪參數(shù)的關(guān)系 船波隨船前進(jìn)，船波隨船前進(jìn)，波速波速等于等于航速航速。假定船波是平面進(jìn)行。假定船波是平面進(jìn)行波，取寬度為波，取寬度為b，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為2倍波長(zhǎng)倍波長(zhǎng)的封閉波域。按波浪理論，的封閉波域。按波浪理論，波能傳播速度為波速之半，所以封閉波域的波能一半是由波能傳播速度為波速之半，所以封閉波域的波能一半是由先期興起的船波傳來(lái)的，另一半則必須由船體供給。先期興起的船波傳來(lái)的，另一半則必須由船體供給

23、。 按能量守恒，船體提供的興波能量等于興波阻力按能量守恒，船體提供的興波能量等于興波阻力Rwo作的功，由于船體前進(jìn)了作的功，由于船體前進(jìn)了2個(gè)波長(zhǎng)，故有：個(gè)波長(zhǎng)，故有：Rwo2=(gbH2)/8 1個(gè)波長(zhǎng)平面進(jìn)行波的波能個(gè)波長(zhǎng)平面進(jìn)行波的波能Rwo= (gbH2)/16 bH2 可見(jiàn)，可見(jiàn)，興波阻力興波阻力與與波高波高H平方平方和和波寬波寬b成正比。船舶航成正比。船舶航行的興波波高增大，興波阻力必然急劇增大。行的興波波高增大，興波阻力必然急劇增大。1/1二、船體興波阻力表達(dá)式二、船體興波阻力表達(dá)式 在船首波區(qū)內(nèi)任選截面在船首波區(qū)內(nèi)任選截面A-A，在距其后，在距其后1個(gè)興波長(zhǎng)度個(gè)興波長(zhǎng)度處選定波

24、浪的計(jì)算截面處選定波浪的計(jì)算截面B-B，如圖所示。，如圖所示。 船體興波阻力必須計(jì)及以下三方面產(chǎn)生的波阻：船體興波阻力必須計(jì)及以下三方面產(chǎn)生的波阻：1) 船首橫波中未受干擾部分的波阻；船首橫波中未受干擾部分的波阻；2) 船首、尾橫波干擾后合成波波阻；船首、尾橫波干擾后合成波波阻；3) 船首、尾波系中散波的波阻。船首、尾波系中散波的波阻。 計(jì)算各部分興波的波浪參數(shù)，計(jì)算各部分興波的波浪參數(shù)，確定相應(yīng)的波能，最后得船體興波確定相應(yīng)的波能，最后得船體興波阻力。阻力。1/51. 1. 計(jì)算各部分興波的波能計(jì)算各部分興波的波能 假定波浪在傳播過(guò)程中假定波浪在傳播過(guò)程中波能無(wú)損耗波能無(wú)損耗，則首橫波寬度隨

25、，則首橫波寬度隨船波線性增加，有船波線性增加，有H1=KH1；2/5首橫波首橫波尾橫波尾橫波計(jì)算各部分興波的波能計(jì)算各部分興波的波能 兩截面處的首橫波應(yīng)具有相同的波能：兩截面處的首橫波應(yīng)具有相同的波能： 1/8gbH12=1/8gbH12 (H1=kH1)可導(dǎo)出：可導(dǎo)出：b=b/K2。(首橫波擴(kuò)散寬度首橫波擴(kuò)散寬度)1) 船首橫波在船后船首橫波在船后B-B截面處末受干擾部分的波能截面處末受干擾部分的波能E2: E2=1/8g(b-b)H12=1/8gb(1-K2)H12 2) 船首、尾橫波干擾后合成波的波能船首、尾橫波干擾后合成波的波能EB: EB=1/8gb(H12+H22-2H1H2cos

26、(-2q)3) 船首、尾波系中散波的波能船首、尾波系中散波的波能ED： ED=1/8gKdbH32 (Kd散波寬度系數(shù)，散波寬度系數(shù)，H3散波波高散波波高)3/52. 2. 整個(gè)船體興波阻力整個(gè)船體興波阻力 船體興波在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的總能量，等于興波阻力在船體興波在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的總能量，等于興波阻力在2距離內(nèi)作的功，即距離內(nèi)作的功，即ERw2，則有：，則有： Rwb(H12+H22+KdH32+2KH1H2cos2q) 由于船波僅限在船后的扇形區(qū)內(nèi)，有由于船波僅限在船后的扇形區(qū)內(nèi)，有b; 由由c=1.25 ，有，有c2v2; 由船波波面升高由船波波面升高Z=v2/2g，有，有Hv2; 所以：所以：R

27、w(A+Bcos2q) v6 ; (H2v4, bv2) 考慮到興波長(zhǎng)度考慮到興波長(zhǎng)度mL=(n+q) Rw(A+Bcos(2mL/) v6興波阻力系數(shù)興波阻力系數(shù) 42212cosgLvmLDCSvRCww 4/5(量綱一致量綱一致)3. 3. 結(jié)論結(jié)論1) 船體興波阻力船體興波阻力 Rwb(H12+H22+KdH32+2KH1H2cos2q) b:興波寬度興波寬度; H1:首橫波高首橫波高; H2:尾橫波高尾橫波高; H3:散波高散波高; Kd:散波寬擴(kuò)散波寬擴(kuò)散系數(shù)散系數(shù); K:首橫波高衰減系數(shù)。首橫波高衰減系數(shù)。2) 船體興波阻力船體興波阻力 Rw(A+Bcos2q) vs6 ; (v

28、s:航速航速)3) 興波阻力系數(shù)：興波阻力系數(shù)：4422122rwwFmLDCgLvmLDCSvRCcoscos 4) 上述船體興波阻力近似表達(dá)式，雖不能直接計(jì)算船體興上述船體興波阻力近似表達(dá)式，雖不能直接計(jì)算船體興波阻力，但可用于定性分析船體興波阻力的特性。波阻力，但可用于定性分析船體興波阻力的特性。5/5三、船體興波阻力特性三、船體興波阻力特性1興波阻力的一般規(guī)律興波阻力的一般規(guī)律 根據(jù)傅汝德定律，對(duì)給定船型，船體興波阻力系數(shù)根據(jù)傅汝德定律，對(duì)給定船型，船體興波阻力系數(shù)Cw僅是傅汝德數(shù)僅是傅汝德數(shù)Fr的函數(shù)，與的函數(shù)，與Fr的的4次方成正比次方成正比。 同時(shí)，興波阻力同時(shí)，興波阻力Rw與與

29、vs6成比例成比例。所以，船速增加，興。所以，船速增加，興波阻力將很快增加；高速船的興波阻力在總阻力中將占很波阻力將很快增加；高速船的興波阻力在總阻力中將占很大比例；而低速船所占比例很小。大比例；而低速船所占比例很小。1/34422122rwwFmLDCgLvmLDCSvRCcoscos Rw(A+Bcos(2mL/) v62 2興波阻力組成和興波阻力組成和CwCw曲線形狀曲線形狀 由由 Rwb(H12+H22+KdH32+2KH1H2cos2q) 知，知，Rw中由首尾波系中未受干擾的橫波及兩波系的散波引起的中由首尾波系中未受干擾的橫波及兩波系的散波引起的興波阻力，稱為興波阻力，稱為“自然興波

30、阻力自然興波阻力”；而由首尾橫波干擾；而由首尾橫波干擾后的興波阻力，由于后的興波阻力，由于cos(2mL/)的關(guān)系，在的關(guān)系，在1.0與與-1.0間間變化，所以變化，所以CwFr曲線呈現(xiàn)曲線呈現(xiàn)峰谷交替的情況。峰谷交替的情況。2/325. 1 cvs3 3不同船型興波阻力的差異不同船型興波阻力的差異1) 當(dāng)當(dāng)Fr0.15時(shí)，無(wú)論是豐滿船還是高速瘦削船，時(shí)，無(wú)論是豐滿船還是高速瘦削船，Cw值值均很小。說(shuō)明均很小。說(shuō)明低速低速時(shí)興波阻力成分時(shí)興波阻力成分很小很小。2) 在整個(gè)速度范圍內(nèi)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，F(xiàn)r數(shù)相同時(shí)，數(shù)相同時(shí)，豐滿船豐滿船的的Cw比瘦比瘦削船大，特別當(dāng)削船大，特別當(dāng)Fr增大時(shí)，兩

31、者的差異明顯。增大時(shí)，兩者的差異明顯。3) 豐滿船豐滿船對(duì)應(yīng)于較低的對(duì)應(yīng)于較低的Fr數(shù)，數(shù)，Cw出現(xiàn)出現(xiàn)峰谷現(xiàn)象峰谷現(xiàn)象；瘦削瘦削船船僅在僅在Fr=0.5附近存在附近存在Cw峰值區(qū)峰值區(qū)，當(dāng)，當(dāng)Fr0.5，Cw隨隨Fr增大而趨減小。增大而趨減小。3/33.4 3.4 興波阻力與船型關(guān)系及干擾興波阻力與船型關(guān)系及干擾一、船型對(duì)興波阻力的影響一、船型對(duì)興波阻力的影響二、二、p p理論預(yù)測(cè)興波干擾理論預(yù)測(cè)興波干擾三、用傅汝德數(shù)預(yù)測(cè)波阻峰谷點(diǎn)三、用傅汝德數(shù)預(yù)測(cè)波阻峰谷點(diǎn)1/11) 船波船波波高波高受受船體形狀船體形狀(主要是首、尾端主要是首、尾端)的影響，特別是的影響，特別是首部形狀的影響尤為突出。首

32、部形狀的影響尤為突出。2) 在相同傅汝德數(shù)在相同傅汝德數(shù)Fr時(shí)，時(shí)，豐滿船豐滿船Cw比瘦削船比瘦削船大大，且，且Cw曲曲線有更明顯的線有更明顯的峰谷現(xiàn)象峰谷現(xiàn)象，這是由于前者船型較后者肥大。，這是由于前者船型較后者肥大。3) 興波阻力中首、尾興波阻力中首、尾橫波干擾橫波干擾項(xiàng)的大小取決于興波長(zhǎng)度項(xiàng)的大小取決于興波長(zhǎng)度與波長(zhǎng)與波長(zhǎng)比，即比，即mL/。而興波長(zhǎng)度。而興波長(zhǎng)度mL與船型、航速有關(guān)，與船型、航速有關(guān)，但波長(zhǎng)僅與船速有關(guān)。因此可以認(rèn)為：是由于但波長(zhǎng)僅與船速有關(guān)。因此可以認(rèn)為：是由于船型船型的不同的不同影響了興波干擾，以致影響了興波干擾，以致對(duì)興波阻力對(duì)興波阻力造成不同影響。造成不同影響。

33、一、船型對(duì)興波阻力的影響一、船型對(duì)興波阻力的影響1/24)興波干擾興波干擾主要與主要與L和棱形系數(shù)和棱形系數(shù)Cp有關(guān)。由于船體產(chǎn)生有關(guān)。由于船體產(chǎn)生的橫波波長(zhǎng)取決于船速，船速一定，波長(zhǎng)一定。故的橫波波長(zhǎng)取決于船速，船速一定，波長(zhǎng)一定。故可變船可變船長(zhǎng)長(zhǎng)來(lái)改變首、尾橫波之間的相位差，產(chǎn)生不同的干擾結(jié)果。來(lái)改變首、尾橫波之間的相位差，產(chǎn)生不同的干擾結(jié)果。相應(yīng)于有利干擾的船長(zhǎng)，稱為相應(yīng)于有利干擾的船長(zhǎng)，稱為有利船長(zhǎng)有利船長(zhǎng)；否則為；否則為不利船長(zhǎng)不利船長(zhǎng)。 此外，此外，Cp不但直接影響興波的大小，而且對(duì)首、尾橫不但直接影響興波的大小，而且對(duì)首、尾橫波的干擾也有較大影響。兩端瘦削者，水壓力較小，兩橫波

34、的干擾也有較大影響。兩端瘦削者，水壓力較小，兩橫波波峰間的距離較??；反之，兩端較鈍，水壓力較大，首波波峰間的距離較??；反之，兩端較鈍，水壓力較大，首尾波峰距離較大。因此，興波干擾作用與船型的關(guān)系，可尾波峰距離較大。因此，興波干擾作用與船型的關(guān)系，可用函數(shù)表示為：用函數(shù)表示為： mL=f(L,Cp)；而；而=f1(vs)船型對(duì)興波阻力的影響船型對(duì)興波阻力的影響2/2 大量大量試驗(yàn)表明試驗(yàn)表明：不同形狀的船舶在不同速度下，雖然：不同形狀的船舶在不同速度下，雖然興波長(zhǎng)度不同，但自船興波長(zhǎng)度不同，但自船首橫波首橫波第一個(gè)波節(jié)點(diǎn)第一個(gè)波節(jié)點(diǎn)至至尾橫波尾橫波第一第一波谷之間的距離均可以表示為波谷之間的距離

35、均可以表示為CpL，如圖所示。于是興波，如圖所示。于是興波長(zhǎng)度可以表示為：長(zhǎng)度可以表示為：mL=CpL+3/4，考慮到，考慮到mL=(n+q)，則：，則：CpL/=(n+q) - 3/4。于是：。于是： 有利有利干擾，干擾，q=0.5, CpL/=n - 1/4 ; 不利不利干擾，干擾，q=0, CpL/=n - 3/4 . 二、二、p p 理論預(yù)測(cè)興波干擾理論預(yù)測(cè)興波干擾1/3p p 理論預(yù)測(cè)興波干擾理論預(yù)測(cè)興波干擾 定義定義 p 為船速為船速v與波長(zhǎng)為與波長(zhǎng)為CpL的波速之比，即的波速之比，即:2/3prLCLgCgLgCCFvpppp507. 2222 將將 CpL/代入，則對(duì)應(yīng)于代入，

36、則對(duì)應(yīng)于波阻波阻峰點(diǎn)和谷點(diǎn)的峰點(diǎn)和谷點(diǎn)的 p 值分別為：值分別為： ) 4 / 1/(1) 4 / 3/(1npnp2.00，0.895，0.666，0.556 峰點(diǎn)峰點(diǎn)1.15，0.756，0.604，0.517 谷點(diǎn)谷點(diǎn) 分別以分別以Cp和和v/L為參數(shù)作成如圖所示的為參數(shù)作成如圖所示的 p 等值曲線圖等值曲線圖譜，供船舶初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。譜，供船舶初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。 2gc 用用 p 理論預(yù)測(cè)一般民理論預(yù)測(cè)一般民用船的波阻峰點(diǎn)和波阻谷用船的波阻峰點(diǎn)和波阻谷點(diǎn)的準(zhǔn)確性較高。點(diǎn)的準(zhǔn)確性較高。p p 等值圖譜等值圖譜3/3 ) 4 / 1/(1) 4 / 3/(1npnp2.00，0.895，0.

37、666，0.556 峰峰1.15，0.756，0.604，0.517 谷谷三、用傅汝德數(shù)預(yù)測(cè)波阻峰谷點(diǎn)三、用傅汝德數(shù)預(yù)測(cè)波阻峰谷點(diǎn) 艾亞根據(jù)各種民船模型試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果，得出艾亞根據(jù)各種民船模型試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果，得出Fr= vs/gL或或 vs/L與波阻峰點(diǎn)和波阻谷點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：與波阻峰點(diǎn)和波阻谷點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：1/2Fr0.2000.2140.232 0.256 0.283 0.342或或 Vs/L0.6730.7200.780 0.860 0.950 1.150峰或谷峰或谷峰點(diǎn)峰點(diǎn)谷點(diǎn)谷點(diǎn)峰點(diǎn)峰點(diǎn)谷點(diǎn)谷點(diǎn)峰點(diǎn)峰點(diǎn)谷點(diǎn)谷點(diǎn)前肩波的干擾預(yù)測(cè)前肩波的干擾預(yù)測(cè)2/2 一般較豐滿民船都有一定的平行

38、中體，如前肩過(guò)于隆一般較豐滿民船都有一定的平行中體，如前肩過(guò)于隆起，則該處將產(chǎn)生起，則該處將產(chǎn)生前肩波系前肩波系，該波系可能與船首波系發(fā)生，該波系可能與船首波系發(fā)生不利干擾，使阻力增加。不利干擾，使阻力增加。 據(jù)高恩、貝克、肯脫和魏格來(lái)等人研究，認(rèn)為前肩波據(jù)高恩、貝克、肯脫和魏格來(lái)等人研究，認(rèn)為前肩波系與船首波系系與船首波系發(fā)生不利干擾的航速發(fā)生不利干擾的航速為：為： Vs=(1.956 1.992)Le式中：式中：Le為進(jìn)流段長(zhǎng)度為進(jìn)流段長(zhǎng)度(m)；Vs航速航速(kn)，特別應(yīng)該極力避，特別應(yīng)該極力避免免Vs=1.974Le。 總之，在船舶設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)總之，在船舶設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避開(kāi)波阻峰點(diǎn)避開(kāi)波阻峰點(diǎn)

39、，這對(duì)于，這對(duì)于Fr0.30的中、低速船舶尤為重要。如無(wú)法避免，應(yīng)適當(dāng)修改的中、低速船舶尤為重要。如無(wú)法避免，應(yīng)適當(dāng)修改船體線型或采取其他措施，如用球鼻首等。船體線型或采取其他措施，如用球鼻首等。3.5 3.5 確定興波阻力的方法確定興波阻力的方法 1/1一、船模試驗(yàn)法一、船模試驗(yàn)法二、興波阻力理論計(jì)算法二、興波阻力理論計(jì)算法三、波型分析法三、波型分析法一、船模試驗(yàn)法一、船模試驗(yàn)法 早期模型試驗(yàn)是依據(jù)傅汝德法，即二因次法的關(guān)系式早期模型試驗(yàn)是依據(jù)傅汝德法，即二因次法的關(guān)系式Cr=Ctm-Cfm，通過(guò)模型試驗(yàn)確定，通過(guò)模型試驗(yàn)確定剩余阻力系數(shù)剩余阻力系數(shù)Cr，以確定，以確定興波阻力。興波阻力。

40、原因是，試驗(yàn)中很難原因是，試驗(yàn)中很難將興波阻力與粘壓阻力分開(kāi)將興波阻力與粘壓阻力分開(kāi)，而且，而且粘壓阻力系數(shù)基本上不隨船速變化。因此興波阻力的基本粘壓阻力系數(shù)基本上不隨船速變化。因此興波阻力的基本特性，諸如峰、谷點(diǎn)等在剩余阻力曲線中均有反映。特性，諸如峰、谷點(diǎn)等在剩余阻力曲線中均有反映。 另外，對(duì)不同航速的船舶，將興波阻力從剩余阻力中另外，對(duì)不同航速的船舶，將興波阻力從剩余阻力中分分出來(lái)的意義不大出來(lái)的意義不大。因?yàn)榈退俅d波阻力很??；而高速船剩。因?yàn)榈退俅d波阻力很??；而高速船剩余阻力中的絕大部分是興波阻力。余阻力中的絕大部分是興波阻力。1/2三因次法三因次法2/2 現(xiàn)行船模試驗(yàn)是用三因次法

41、，依據(jù)關(guān)系式現(xiàn)行船模試驗(yàn)是用三因次法，依據(jù)關(guān)系式CwCtm-(1+k)Cfm，通過(guò)模型試驗(yàn)確定，通過(guò)模型試驗(yàn)確定興波阻力系數(shù)興波阻力系數(shù)Cw，來(lái)研究、，來(lái)研究、分析興波阻力，可更正確地反映興波阻力的特性。分析興波阻力，可更正確地反映興波阻力的特性。 興波阻力的理論計(jì)算方法很多，已經(jīng)取得了許多成果，興波阻力的理論計(jì)算方法很多，已經(jīng)取得了許多成果，也有成功地用于實(shí)船設(shè)計(jì)的軟件。但還有許多問(wèn)題有待進(jìn)也有成功地用于實(shí)船設(shè)計(jì)的軟件。但還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步完善。一步完善。二、興波阻力理論計(jì)算法二、興波阻力理論計(jì)算法1/1三、波型分析法三、波型分析法1/81 1. .波型分析法原理波型分析法原理2.2.影

42、響波形測(cè)量精度的因素影響波形測(cè)量精度的因素1 1波型分析法原理波型分析法原理 Havelock認(rèn)為船波由兩部分組成：一是認(rèn)為船波由兩部分組成：一是船船加速過(guò)程中加速過(guò)程中形成的波系，航速一定時(shí)成為穩(wěn)定波系，它總是留在舶體形成的波系，航速一定時(shí)成為穩(wěn)定波系，它總是留在舶體周?chē)S船前進(jìn)，不向外傳播，不需要船對(duì)它提供能量，周?chē)?，隨船前進(jìn)，不向外傳播，不需要船對(duì)它提供能量，稱為稱為局部波局部波面升高面升高。 另一部分是在船前進(jìn)時(shí)不斷向船后擴(kuò)散的波，稱為另一部分是在船前進(jìn)時(shí)不斷向船后擴(kuò)散的波，稱為自自由波系由波系。它需要船不斷提供能量以維持穩(wěn)定，。它需要船不斷提供能量以維持穩(wěn)定，顯然這部分顯然這部分能

43、量就是船克服興波阻力做的功。能量就是船克服興波阻力做的功。1/91. 測(cè)量自由波系的測(cè)量自由波系的波形波形xT(t)；2. 計(jì)算隨機(jī)過(guò)程計(jì)算隨機(jī)過(guò)程xT(t)的的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù) Rx()；3. 經(jīng)過(guò)傅立葉變換確定該波系的經(jīng)過(guò)傅立葉變換確定該波系的波幅分布；波幅分布；4. 計(jì)算計(jì)算船船體體興波阻力興波阻力。 按照波形測(cè)量線是平行還是垂直于航行方向，波型分按照波形測(cè)量線是平行還是垂直于航行方向，波型分析法分為析法分為縱切法縱切法和和橫切法橫切法兩種。兩種。波型分析法原理波型分析法原理2/91) 1) 縱切法縱切法 縱切法如圖所示，浪高儀探針在空間固定。這種方法縱切法如圖所示，浪高儀探針在空間

44、固定。這種方法的裝置簡(jiǎn)單，記錄方便。為避開(kāi)反射波的干擾，所記錄的的裝置簡(jiǎn)單，記錄方便。為避開(kāi)反射波的干擾，所記錄的波形長(zhǎng)度必須在反射波干擾前的波形長(zhǎng)度必須在反射波干擾前的M處截?cái)?。在處截?cái)?。在M點(diǎn)以前的點(diǎn)以前的波形長(zhǎng)度波形長(zhǎng)度 l 稱為稱為截取長(zhǎng)度截取長(zhǎng)度。顯然用這種截?cái)嗨玫目v向波。顯然用這種截?cái)嗨玫目v向波形進(jìn)行富里哀變換必然會(huì)產(chǎn)生誤差，因此需要采取截?cái)嗾`形進(jìn)行富里哀變換必然會(huì)產(chǎn)生誤差，因此需要采取截?cái)嗾`差修正。差修正。 3/9 紐曼紐曼- -夏瑪法夏瑪法4/9 按照修正方法的不同，波形分析又可分為：按照修正方法的不同，波形分析又可分為：1）紐曼紐曼-夏瑪夏瑪(Newman-Sharma)

45、法。法。N-S法采用一種漸進(jìn)法采用一種漸進(jìn)波形曲線，對(duì)截?cái)帱c(diǎn)波形曲線，對(duì)截?cái)帱c(diǎn)M以后的波形作理論延拓和擬合，即：以后的波形作理論延拓和擬合，即： 當(dāng)當(dāng)x，有，有式中式中o和和是常數(shù)。當(dāng)波形記錄足夠長(zhǎng)時(shí)，其值可用是常數(shù)。當(dāng)波形記錄足夠長(zhǎng)時(shí)，其值可用M點(diǎn)前點(diǎn)前附近的一段波形進(jìn)行擬合確定。附近的一段波形進(jìn)行擬合確定。|)cos(0 xx 霍格賓矩陣法霍格賓矩陣法 在船中線的同側(cè)按一定距離布置四臺(tái)浪高儀在船中線的同側(cè)按一定距離布置四臺(tái)浪高儀記錄四條記錄四條波形波形。這種方法無(wú)論是在試驗(yàn)技術(shù)或在計(jì)算上都較。這種方法無(wú)論是在試驗(yàn)技術(shù)或在計(jì)算上都較N-S法法復(fù)雜得多，其突出的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)雜得多，其突出的優(yōu)點(diǎn)是精

46、確性精確性隨隨速度增加速度增加而而改善改善，這，這是其他方法所不及的。是其他方法所不及的。5/92) 2) 橫切法橫切法 橫切法橫切法需在船后需在船后L/2L處的橫截面上測(cè)量多點(diǎn)波形。處的橫截面上測(cè)量多點(diǎn)波形。這樣須在拖車(chē)后面另裝這樣須在拖車(chē)后面另裝拖架拖架以便安裝浪高儀。以便安裝浪高儀。 橫切法測(cè)量技術(shù)復(fù)雜，且測(cè)量精度受軌道高低不平及橫切法測(cè)量技術(shù)復(fù)雜，且測(cè)量精度受軌道高低不平及船后伴流等多種因素的影響。該方法主要優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量波船后伴流等多種因素的影響。該方法主要優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量波形不受池壁干擾。另外，測(cè)量多道波形可用最小二乘法計(jì)形不受池壁干擾。另外，測(cè)量多道波形可用最小二乘法計(jì)算，利于減少試驗(yàn)

47、誤差等。所以橫切法仍然有人采用。算，利于減少試驗(yàn)誤差等。所以橫切法仍然有人采用。6/92. 2. 影響波形測(cè)量精度的因素影響波形測(cè)量精度的因素 1) 波形截取長(zhǎng)度的影響。波形截取長(zhǎng)度的影響。 對(duì)截?cái)嗖ㄐ渭由掀浜蟮臄M合波形，進(jìn)行富里哀變換求對(duì)截?cái)嗖ㄐ渭由掀浜蟮臄M合波形，進(jìn)行富里哀變換求得自由波的波幅函數(shù)，進(jìn)而確定波型阻力。如若截取長(zhǎng)度得自由波的波幅函數(shù)，進(jìn)而確定波型阻力。如若截取長(zhǎng)度不足，會(huì)影響擬合波形的質(zhì)量，從而影響到興波阻力的計(jì)不足，會(huì)影響擬合波形的質(zhì)量，從而影響到興波阻力的計(jì)算結(jié)果。算結(jié)果。 截取長(zhǎng)度截取長(zhǎng)度主要取決于水池寬度；還取決于船模尺度，主要取決于水池寬度；還取決于船模尺度，尺度越

48、大，相對(duì)截取長(zhǎng)度越小。尺度越大，相對(duì)截取長(zhǎng)度越小。 增大截取長(zhǎng)度的辦法一是將增大截取長(zhǎng)度的辦法一是將船模中心線橫移船模中心線橫移；二是采；二是采用用全反射全反射原理，使浪高儀探針貼近池壁，這樣不僅增大截原理，使浪高儀探針貼近池壁，這樣不僅增大截7/9斷長(zhǎng)度。而且使波形記錄斷長(zhǎng)度。而且使波形記錄高度較無(wú)池壁時(shí)增大一倍。高度較無(wú)池壁時(shí)增大一倍。窄水池常采用。窄水池常采用。2) 2) 縱切線距船模距離的影響縱切線距船模距離的影響 縱切線距船模的距離，即縱切線距船模的距離，即浪高儀浪高儀到到船模中心線船模中心線的的距離距離yc的大小，不僅影響到波形的截取長(zhǎng)度，也影響波形測(cè)量的大小，不僅影響到波形的截取

49、長(zhǎng)度，也影響波形測(cè)量精度。精度。距離越小距離越小，縱切線越靠近船模，則波形截取長(zhǎng)度越，縱切線越靠近船模，則波形截取長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)提高波形測(cè)量的精度越長(zhǎng)，對(duì)提高波形測(cè)量的精度越有利有利；但；但yc值不能過(guò)分小，值不能過(guò)分小，否則記錄波形將會(huì)受到局部波系的影響。否則記錄波形將會(huì)受到局部波系的影響。 實(shí)驗(yàn)表明，合適的值為實(shí)驗(yàn)表明，合適的值為 yc/L=0.21 1.67。8/93) 3) 船模預(yù)行段長(zhǎng)度的影響船模預(yù)行段長(zhǎng)度的影響9/9 與阻力試驗(yàn)不同，船模加速到預(yù)定速度并不能開(kāi)始測(cè)與阻力試驗(yàn)不同，船模加速到預(yù)定速度并不能開(kāi)始測(cè)量波形，須量波形，須待興波得以充分發(fā)展和穩(wěn)定待興波得以充分發(fā)展和穩(wěn)定后，才開(kāi)

50、始記錄，后，才開(kāi)始記錄，否則用不穩(wěn)定的波形去計(jì)算興波阻力將產(chǎn)生很大誤差。否則用不穩(wěn)定的波形去計(jì)算興波阻力將產(chǎn)生很大誤差。 船模在達(dá)到預(yù)定速度后還要有足夠的行進(jìn)長(zhǎng)度以使興船模在達(dá)到預(yù)定速度后還要有足夠的行進(jìn)長(zhǎng)度以使興波充分地發(fā)展和穩(wěn)定，這個(gè)行進(jìn)長(zhǎng)度稱為波充分地發(fā)展和穩(wěn)定，這個(gè)行進(jìn)長(zhǎng)度稱為預(yù)行段長(zhǎng)度預(yù)行段長(zhǎng)度。預(yù)。預(yù)行段長(zhǎng)度對(duì)波形的影響如圖所示。行段長(zhǎng)度對(duì)波形的影響如圖所示。3.6 3.6 減小興波阻力的方法減小興波阻力的方法1/1一、減小常規(guī)船興波阻力的方法一、減小常規(guī)船興波阻力的方法二、應(yīng)用不同設(shè)計(jì)概念減小興波阻力二、應(yīng)用不同設(shè)計(jì)概念減小興波阻力一、減小常規(guī)船興波阻力的方法一、減小常規(guī)船興波阻

51、力的方法1/5 常規(guī)船是指單體水面船舶。常規(guī)船是指單體水面船舶。 1選擇合理的船型參數(shù)選擇合理的船型參數(shù) 船舶設(shè)計(jì)階段，根據(jù)要求達(dá)到預(yù)定航速，選擇恰當(dāng)?shù)拇霸O(shè)計(jì)階段，根據(jù)要求達(dá)到預(yù)定航速，選擇恰當(dāng)?shù)闹鞒叨群痛拖禂?shù)。主尺度和船型系數(shù)。 如用如用 p 理論根據(jù)給定理論根據(jù)給定航速航速，合理選取，合理選取船長(zhǎng)船長(zhǎng)和和棱形系數(shù)棱形系數(shù)以避免處于波阻峰點(diǎn)。以避免處于波阻峰點(diǎn)。 注意選取適當(dāng)?shù)淖⒁膺x取適當(dāng)?shù)倪M(jìn)流段長(zhǎng)度進(jìn)流段長(zhǎng)度，以不致發(fā)生肩波不利以不致發(fā)生肩波不利干干擾，從而得到較小的興波阻力。擾，從而得到較小的興波阻力。2 2設(shè)計(jì)良好的首尾形狀設(shè)計(jì)良好的首尾形狀 船體形狀，特別是船體形狀，特別是首首、

52、尾形狀尾形狀對(duì)興波阻力對(duì)興波阻力有顯著有顯著影響。影響。 下圖是日本長(zhǎng)崎水池公布的下圖是日本長(zhǎng)崎水池公布的M29和和M29B船橫剖面面船橫剖面面積曲線。兩船的主尺度和船型系數(shù)完全相同，但積曲線。兩船的主尺度和船型系數(shù)完全相同，但M29B船船在首尾形狀及進(jìn)流段長(zhǎng)度作了修改。兩條船試驗(yàn)所得的剩在首尾形狀及進(jìn)流段長(zhǎng)度作了修改。兩條船試驗(yàn)所得的剩余阻力系數(shù)余阻力系數(shù)Cr，當(dāng)，當(dāng)Fr0.25時(shí)，時(shí)，M29B船船減小減小達(dá)達(dá)68?？伞？梢?jiàn)船體形狀的改進(jìn)對(duì)興波阻力的影響相當(dāng)大。見(jiàn)船體形狀的改進(jìn)對(duì)興波阻力的影響相當(dāng)大。2/53 3造成有利的波系干擾造成有利的波系干擾 采用球鼻船首，如球鼻的大小和位置選擇恰當(dāng)采

53、用球鼻船首，如球鼻的大小和位置選擇恰當(dāng)，使，使球球鼻興波的波谷和船首波的波峰正好處于相同位置，合成波鼻興波的波谷和船首波的波峰正好處于相同位置，合成波的波高明顯減小的波高明顯減小。設(shè)計(jì)成功的球鼻首。設(shè)計(jì)成功的球鼻首能使能使總阻力總阻力減小減小1015。3/5球鼻首的波系干擾球鼻首的波系干擾4/54 4. .高速排水型艇安裝消波水翼高速排水型艇安裝消波水翼 高速軍用船或高速排水型快艇、由于航速高，首波峰高速軍用船或高速排水型快艇、由于航速高，首波峰的位置后移的位置后移量大量大，應(yīng)用球鼻首不能，應(yīng)用球鼻首不能使使興波阻力減小。但應(yīng)興波阻力減小。但應(yīng)用用消波水翼消波水翼，當(dāng)航速在，當(dāng)航速在Fr=0.

54、80左右可使總阻力下降左右可使總阻力下降10以以上。這是由于高速航行時(shí)，裝在首柱后上。這是由于高速航行時(shí)，裝在首柱后面面的消波水翼后部的消波水翼后部是低壓區(qū)，以致在是低壓區(qū)，以致在翼翼后形成一波穴如圖所示。如果水后形成一波穴如圖所示。如果水翼翼的的位置、深度等選擇適當(dāng)，可使船首波有所減小，因而興波位置、深度等選擇適當(dāng)，可使船首波有所減小，因而興波阻力下降。阻力下降。5/5二、應(yīng)用不同設(shè)計(jì)概念減小興波阻二、應(yīng)用不同設(shè)計(jì)概念減小興波阻力力1/5 1. 雙體雙體船和船和多體多體船設(shè)計(jì)方案船設(shè)計(jì)方案 雙體船有兩個(gè)片體，其摩擦阻力較同長(zhǎng)度、同排水量雙體船有兩個(gè)片體，其摩擦阻力較同長(zhǎng)度、同排水量的單體船大

55、；同時(shí)兩片體之間的興波干擾也會(huì)使阻力增大。的單體船大；同時(shí)兩片體之間的興波干擾也會(huì)使阻力增大。 但雙體船的單片體的長(zhǎng)度排水體積系數(shù)但雙體船的單片體的長(zhǎng)度排水體積系數(shù)L/ 1/3或長(zhǎng)寬或長(zhǎng)寬比比L/B要大得多，因此可大幅度地要大得多，因此可大幅度地減小興波阻力減小興波阻力。在一定。在一定速度范圍內(nèi)，采用雙體船方案的船體總阻力往往較單體船速度范圍內(nèi)，采用雙體船方案的船體總阻力往往較單體船要小。要小。 多體船，如多體船，如三體船三體船，不僅增大了，不僅增大了廋長(zhǎng)系數(shù)廋長(zhǎng)系數(shù)或長(zhǎng)寬比，或長(zhǎng)寬比，使興波阻力系數(shù)使興波阻力系數(shù)Cw下降下降，而且可利用前后體間的，而且可利用前后體間的興波有興波有利干擾利干擾

56、，使興波阻力進(jìn)一步減小。，使興波阻力進(jìn)一步減小。2. 2.使船體抬出水面的設(shè)計(jì)方案使船體抬出水面的設(shè)計(jì)方案 將船體抬出水面滑行或使船體離開(kāi)水面是減小興波阻將船體抬出水面滑行或使船體離開(kāi)水面是減小興波阻力的有效措施，這類船舶有滑行艇、水翼艇和氣墊船等。力的有效措施，這類船舶有滑行艇、水翼艇和氣墊船等。 滑行艇滑行艇航行時(shí)，底部滑行面產(chǎn)生動(dòng)升力使艇體大部分航行時(shí)，底部滑行面產(chǎn)生動(dòng)升力使艇體大部分抬出水面，而減小興波阻力。抬出水面，而減小興波阻力。2/5伊朗海軍新型導(dǎo)彈快艇伊朗海軍新型導(dǎo)彈快艇 n2水翼艇和氣墊船水翼艇和氣墊船 水翼艇水翼艇航行時(shí)，水翼產(chǎn)生的升力使艇體全部出水，僅航行時(shí)，水翼產(chǎn)生的升

57、力使艇體全部出水，僅水翼和附體在水中產(chǎn)生阻力，所以能達(dá)到較高的速度。水翼和附體在水中產(chǎn)生阻力，所以能達(dá)到較高的速度。 氣墊船氣墊船靠氣墊的墊升壓力使艇體離開(kāi)水面，只有圍裙靠氣墊的墊升壓力使艇體離開(kāi)水面，只有圍裙或側(cè)壁附體等產(chǎn)生阻力，因此可使興被阻力減小。或側(cè)壁附體等產(chǎn)生阻力，因此可使興被阻力減小。3/53.3.船體下潛設(shè)計(jì)概念船體下潛設(shè)計(jì)概念 由波浪理論知，興波主要發(fā)生在自由表而附近，而隨著由波浪理論知，興波主要發(fā)生在自由表而附近，而隨著浸深增加，浸深增加，波幅波幅將按將按指數(shù)規(guī)律衰減指數(shù)規(guī)律衰減。因此船體下潛設(shè)計(jì)概。因此船體下潛設(shè)計(jì)概念是使船體排水體積部分或全部移向水面以下。使興波減念是使船

58、體排水體積部分或全部移向水面以下。使興波減小，從而減小興被阻力。小，從而減小興被阻力。 屬于這種設(shè)計(jì)概念的船有屬于這種設(shè)計(jì)概念的船有小水線面半潛船小水線面半潛船和和潛水船潛水船，但，但潛艇并非從減小阻力方面考慮，而是出于軍事上的隱蔽性潛艇并非從減小阻力方面考慮，而是出于軍事上的隱蔽性所需。所需。4/54. 4.復(fù)合設(shè)計(jì)概念復(fù)合設(shè)計(jì)概念5/5 復(fù)合設(shè)計(jì)概念是兩種或多種設(shè)計(jì)概念的組合，從多方復(fù)合設(shè)計(jì)概念是兩種或多種設(shè)計(jì)概念的組合，從多方位來(lái)考慮減小船的阻力，提高航海性能，形成所謂的復(fù)合位來(lái)考慮減小船的阻力，提高航海性能，形成所謂的復(fù)合船型。屬于此類概念的船舶有：船型。屬于此類概念的船舶有：小水線面

59、雙體船小水線面雙體船、雙體氣雙體氣墊船墊船、雙體水翼船雙體水翼船等復(fù)合船。等復(fù)合船。3.7 3.7 破波阻力破波阻力1/1一、破波阻力的概念一、破波阻力的概念二、破波阻力的成因二、破波阻力的成因三、破波阻力的測(cè)定三、破波阻力的測(cè)定四、破波阻力的特性四、破波阻力的特性1/2一、破波阻力的概念一、破波阻力的概念 破波阻力是于破波阻力是于20世紀(jì)世紀(jì)60年代末隨肥大船型出現(xiàn)而被發(fā)年代末隨肥大船型出現(xiàn)而被發(fā)現(xiàn)的一種阻力成分。現(xiàn)的一種阻力成分。 低速肥大船低速肥大船模試驗(yàn)、持別是實(shí)船航行中，在船首附近模試驗(yàn)、持別是實(shí)船航行中，在船首附近很容易觀察到波浪破碎現(xiàn)象，使阻力增加，這部分增加的很容易觀察到波浪破

60、碎現(xiàn)象，使阻力增加，這部分增加的阻力稱為阻力稱為破波阻力破波阻力。破。破波阻力本質(zhì)上是一種興波阻力本質(zhì)上是一種興波阻力，但波阻力，但不能由波形不能由波形測(cè)量得到，卻可從尾流測(cè)量得到，卻可從尾流測(cè)量中獲得測(cè)量中獲得。破波阻力的概念破波阻力的概念 在用波形分析法研究興波阻力時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)線型廋削在用波形分析法研究興波阻力時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)線型廋削船，在總阻力中減去船，在總阻力中減去 (1+k)Cf后，基本等于由波形分析法后，基本等于由波形分析法求得的波型阻力；但對(duì)肥大船，兩者并不相等，而是大求得的波型阻力；但對(duì)肥大船，兩者并不相等，而是大于測(cè)量得到的波型阻力，且于測(cè)量得到的波型阻力，且隨傅汝德數(shù)增大隨傅汝德數(shù)