1111船舶阻力复习题及部分解析(上交教材)

《船舶阻力》思考题与习题

第一章总论

1）《船舶阻力》学科的研究任务与研究方法。

答：本课程着重介绍船舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以及减少阻力的途径等问题。

2）船舶在水中航行时，流场中会产生那些重要物理现象？它们与阻力有何关系？

3）影响船舶阻力的主要因素有那些？

4）各阻力成分及其占总阻力的比例与航速有何关系？

低速船摩擦阻力70%~80%，粘压阻力10%以上

兴波阻力很小

高速船兴波阻力40%~50%，摩擦阻力50%

粘压阻力5%

5）物体在理想流体无界域中运动时有无阻力？

应该注意的是压阻力中包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。兴波阻力既使在理想流体中仍然存在，而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。

6）何谓二物理系统的动力相似？

7）何谓傅汝德（Froude）相似律？

对给定船的兴波阻力系数，当两形似物体的傅汝德数相等时，其兴波阻力系数必相等

8）何谓雷诺（Reynolds）相似律？

对一定形状物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关。当雷诺数相同，两形似物体的粘性阻力系数必相等。

9) 船模试验中能否实现“全相似”？为什么？

不能。傅汝德数很难相等

10）何谓“相应速度”（又称“相当速度”）？

相应速度（模型）

11）某海船航速)(0.100m L =，)(0.14m B =,)(0.5m T =,)(0.42003m =?，湿面积

s=5.90(m2)，V=17.0(kts)，阻力试验中所用船模缩尺比25=α，在相当速度下测得兴波阻力w R =9.8(n)，试验水温为12?C ，试求：

i ）船模的相当速度及排水量；

ii ）20?C 海水中实船的兴波阻力w R 。

注：1节(knot)=1.852(公里/小时)

12）设825.1V R f ∝，2V R vp ∝，4V R w ∝，在某一航速下，t f R R %80=，t vp R R %10=，t w R R %10=，试计算当速度增加50％后，f R 、vp R 、w R 各占总阻力的百分比。

第二章 粘性阻力

1）何谓“相当平板”？

相当平板：同速度、同长度、同湿表面

相当平板假定：实船或者船模的摩擦阻力分别等于与其同速度，同长度，同湿面积的光滑平板摩擦阻力。

版长为l 的平板摩擦阻力的值正比于平板的湿面积

2）摩擦阻力与流态的关系如何？雷诺数对摩擦阻力的影响如何？书P162

相同来流条件下，紊流速度梯度较大，所以其摩擦切应力必然较层流情况大，相应的摩擦阻力系数亦大。

雷诺数：Re=VX/μ

当V 不变，X 增加，局部摩擦阻力系数均随ReX 增大而减小

当X 不变，V 增加，局部摩擦阻力系数均随ReV 增大而增大

3）船体表面纵、横向曲度对摩擦阻力影响如何？

当船体水流的平均速度较平板大，因此边界层厚度大部分（船前70%）比平板要小，这导致速度梯度和摩擦阻力增加。

但当船尾附近，船体边界层变厚，常伴有分离、旋涡现象，这时水流速度较小，摩擦阻力也随之减小。

4）何谓“水力光滑”？

5）何谓“粗糙度补偿系数”？为何将其称为“换算补贴”或“相关补贴”？

总的摩擦阻力系数可取为光滑平板摩擦阻力系数Cf 在加上一个与雷诺数无关的粗糙度补贴系数△Cf.我们一般取0.4*10-3

6）何谓“普遍粗糙度”？何谓“结构粗糙度”？

普通粗糙度：又称为漆面粗糙度，主要是油漆面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平等。 局部粗糙度：又称为结构粗糙度。主要为焊接，铆钉，开孔以及突出物等粗糙度。

7）你了解哪些关于减少摩擦阻力的近代研究，自己有何设想？

1.边界层控制办法

2.采用聚合物溶液降阻剂

3.仿生学观点

4.微小沟槽（微槽薄膜）

5.将船体抬出水面，从而使船体表面与水接触改变为与空气接触

8）试述粘压阻力的成因与特性

粘压阻力产生的原因是由于粘性作用和物体后部的纵向压力梯度。

从能量观点来看，在尾部形成漩涡，另一部分漩涡则被冲向船的后方，同船尾处又继续不断产生的漩涡，这样船体就要不断地提供能量。这部分能量损耗就是以粘压阻力的形式表现的。

9）为降低粘压阻力，对船型有何要求？

1注意后体形状

（1） LR大于等于4.08*根号下AM

（2）控制船尾水流的变化平缓

2船型变化不宜过急，特别注意横剖面曲线A(x)前肩勿过于隆起，后肩勿过于内凹。

3对低速肥大船型，可采用球鼻艏以减少舭涡。

10）试证在边界层未分离情况下，粘压阻力仍存在。（考虑利用边界层方程与Lagrange积分）对于流线型物体，甚至某些优良船型可能并不发生界层分离现象，但粘压阻力仍然存在，仅数值大小不同而已。这是因为边界层的形成使尾部流线被排挤外移，因为流速较理想流体情况时必然增大，压力将下降。这样尾部的压力值不会达到理想流体中的最大值，首尾仍旧存在压力差，同样会产生粘压阻力，但是与由于边界层分离而引起的粘压阻力相比要小得多。11）你所了解的粘性阻力理论计算的研究现状与水平。

第三章兴波阻力

1）试从压力与能量两方面说明兴波阻力的成因。压力观点P191最下面

能量观点：船舶在水面航行时候产生的波浪，船体必须提供兴波的波能，即要克服兴波阻力作功，这就是从能量观点解释兴波阻力的由来。

2）试述船行波的形成特点。

船行波：在航行时随着一起前进，波不断向外传播,波浪留在船后。（不断向外向后传播的波）

船行波的图形及组成：凯尔文波形，包括船首压力兴波、船尾压力兴波，形成船首尾波系，包括船首尾横波和首尾散波

船行波的特性：

①整个船行波可分成首尾两大波系，各由横波和散波组成，相应称为船首(尾）横(散)波

②整个船行波系基本上集中在凯尔文角所限定的扇形面范围内

③船首横波通常在船首柱略后处为波峰，而船尾横波则在尾柱略前处由波谷开始。

④整个波系的各散波之间及散波与横波之间互不干扰。

⑤船首尾两横波在船尾部分互相混合，组成合成横波

⑥船行波随船一起前进，因此波速等于船速

7首尾肩波：船型突变引起压力突变而形成

3）兴波阻力曲线在一定傅汝德数范围内为何峰、谷迭现？

书P199 3-20式 Rw=[A+Bcos(2πmL/λ)]v^6

由于COS(2πmL/λ)的数值在1.0~-1.0之间变动，因此兴波阻力在曲线上总是出现凸起和凹陷的“峰”和“谷”

4）何谓傅汝德圆圈P理论？如何利用该理论判断船舶处于何种干扰区？（感受不需要掌握）5）熟悉平面进行波的基本理论及基本参数。恩。。。。。

6）船体接近自由面的部分对兴波的影响大还是底部对兴波的影响大？为什么？

由波浪理论知。兴波主要发生在自由表面附近，而随浸深增加，波幅将按指数规律衰减。SO~ 兴波阻力特征：兴波阻力仅是傅汝德数的函数，是高速船的主要阻力部分

7）试述减少船舶兴波阻力的措施。

1、选择合理船型参数

2、设计良好首尾形状

3、造成有利的波系干扰

4、高速排水性艇安装消波水翼

8）你所了解的船舶兴波阻力理论与数值计算的研究现状与水平。

9）对于破波阻力的看法及阻力分类的再认识————P215

①破波阻力：破波阻力随Fn增大而增大，而且服从Froude的比较定律，即Fn数相等时，

破波阻力系数相等。

②丰满船破波阻力较大，压载情况下破波阻力要比满载时大，因为压载时B/T值增大。

◆破波阻力除了与船型有关外，主要与B/T和进流段长度有关。减少B/T，增大进流

段长度，将能明显减少破波阻力。

◆理论和实验都证明，采用球鼻型船首能减少破波阻力，主要原因是减少船首波的

陡直程度，而且球鼻型的船首在轻载（压载）时效果较大。

10)某长江双桨客货船水线长L wl=108m，方形系数C b＝0.594,中横剖面系数C m=0.97。试用傅汝德圆圈P理论判别航速V＝15节,17.7节,19.5节时兴波阻力是否处于峰值或谷值附近。第四章附加阻力：附体阻力、空气阻力、汹涛阻力三者的合力为附加阻力

1）附体阻力、空气阻力主要是何种阻力成分？为什么？

附体阻力成分：摩擦阻力和粘压阻力。空气阻力：摩擦阻力和粘压阻力

2）波浪中的阻力增值的主要影响因素有那些？

1不论船型的肥瘦情况如何，同一船舶的波浪中阻力增值随所遭遇的波高而增加，遭遇的波浪越大，船体运动愈剧烈，阻力越大。

2.波浪中的阻力增值主要取决于船舶的纵摇和升沉运动的强烈程度以及与波浪的相位关系。

3.若所遇波浪的波长在船长3/4以下者产生的纵摇和升沉运动都比较小，但等于或大于船长时所产生的运动将大为加剧，波浪中的阻力增值亦将显著增大

3）何谓试航速度、服务速度、贮备功率？

服务航速：常以持久功率（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航速。

试航速度：服务航速另加0.5~1.0KN作为试航速度

储备功率：在波浪中阻力增值，如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。

第五章船模阻力试验

1）船池尺度如何确定？

由船模的大小和速度而定

实验目的：主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的作用力及其航行状态

2）船模阻力试验如何满足相似条件？

Fr满足相似

3）何谓“激流”？

由于试验是在部分相似的条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假定。这里需要特

别注意的是：船模阻力试验虽然无法满足于实船的雷诺数相等，但并不等于对船模试验的雷诺数Rem 没有任何要求。实船船体周围边界层中的水流都是处于紊流状态，因而要求船模试验时边界层中的水流也要处于紊流状态，因此船模试验的雷诺数必须在2000000以上，并且安装激流装置，才能满足船模边界层中的水流处于紊流状态

4）试述傅汝德（Froude ）换算方法的本质及基本换算步骤。

5）何谓“尺度效应”？

6）试比较傅汝德（Froude ）换算方法及三因次换算方法。

应用弗如德的2因次换算时，由船模阻力试验测量的总阻力Rtm ，在扣除相当于平板摩擦阻力Rfm 得到剩余阻力Rrm,其中Rfm 由平板公式计算所得，模型试验所要求解决的只是Rrm.但在三因次换算中，需要靠船模试验解决的是兴波阻力Rwm 及形状因子（1+K ）。

7）何谓“形状因子”？如何确定它？

粘压阻力系数Cpv 与摩擦阻力系数Cf 之比是一常熟K 称之为形状因子。

形状因子：粘性阻力与摩擦阻力之比

形状系数：粘压阻力系数与摩擦阻力系数之比

8）某船长L=100(m)， V=7.83(m/s)，F r =0.25，相应船模的缩尺比25=α。设流态转换的临界雷诺数R ncr =5×105，水的粘性系数ν=1.14×10-6(m 2/s)，试以相当平板计算实船、船模层流段的长度范围。

9）某海船模型速度V m =1.75(m/s)，)(1.6m L =，

)(82.03m =?，湿面积s=5.90(m 2)，缩尺比20=α，测得总阻力R t =34.1(n)，试验水温为20?C ，试用傅汝德换算法求15?C 海水中实船的总阻力。

10）某海船模型速度V m =1.54m/s ，F r =0.22，测得R t =43.1(n)，模型湿面积s=9.0(m 2

)，缩尺比30=α，试验水温为20?C ，试求实船在15?C 下的有效功率。

11）不同船型比较时阻力数据应如何正确表达？

第六章 船型对阻力的影响

1）研究船型时应首先明确的基本观点是什么？

要综合考虑各种因素，顾及总体布置。工艺结构，快速性，耐波性，稳性，航区和经济性

2）影响阻力的船型参数有那些？

① 横剖面面积曲线（主要看：浮心位置Xc ，平行

体长度Lp 和位置，以及前尾形状）

②满载水线面的形状（主要看：满载水线面积，满载水线平行中段，满载水线首尾

形状，以及首端进流段）

③首尾形状（包括：首尾横剖面形状，纵剖面形状）

④主尺度比长度比L/B 宽度吃水比B/T

船型系数：方形系数Cb=▽/(lBT)

菱形系数Cp=▽/(lAm)

船中横剖面系数Cm=Am/Bd

3）横剖面面积曲线包含那些特征参数？

浮心纵向位置Xc，平行中体长度Lp和位置，以及曲线两端的形状

4）为何在研究船型参数对阻力的影响时要按速度参数将船舶分为高、中、低速船型分别讨论？

各类船舶的速度范围不同，因为他们的主要阻力成分亦不一样，所以船型设计所考虑的侧重面各不相同。

5）何谓仿射变化？仿射变化后船型特征变化如何？

将船体表面上各对应坐标分别按一定比例放大或缩小，从而得到不同系列的船模。

6）试述船长对阻力的影响。

7）试述棱形系数对阻力的影响。

8）试述排水量长度系数对阻力的影响。

9）简述浮心纵向位置、平行中体长度、去流段及进流段长度对阻力的影响。书上全是。10）试述船舶加装球首的作用。

1减小兴波阻力2减小舭涡阻力3减小破波阻力

11）简述方尾流动特征与减阻机理。

它的尾部纵剖线坡度缓和近于直线。这样可使水流大致沿纵剖线方向流动，减少高速水流的扭转和弯曲程度，从而减少能量损失，改善阻力性能。

12）试证影响船舶阻力的六个船型参数

B

L、T

B、

P

C、

B

C、

M

C、3L

中独立参数不

超过四个。

得证。

13）横剖面形状有那些基本类型？从对阻力影响的角度看应如何选择横剖面形状？

U V UV P259

第七章阻力近似估算方法

1）简述近似方法的特点。用几种方法计算后求平均值是否可以保证近似计算的精度？应该如何选择近似计算方法？

阻力近似估算方法所得结果的准确程度取决于设计船与母型船或设计船与各图谱所依据的船模系列之间的相似程度。为了尽可能提高近似估算的准确性，应该对估算方法的原始资料情况有所了解，有针对性选择估算方法。

船模系列资料估算法。经验公式估算法。母型船数据估算法。

2）Taylor法如何进行湿面积修正及船长修正？

3）简述艾亚（Ayre）法计算阻力的步骤。该法如何考虑摩擦阻力修正？

4）某客货船装有轴功率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％，试估算航速下降的百分比。

第八章船在限制航道中的阻力

1）简述浅水对船舶流场与粘性阻力的影响。

浅水时船周围的流场发生变化，主要反映船侧，船底的流速比深水时为大，致使粘性阻力增加。同时，由于船底的流速增加，压力下降，从而使船的吃水增加和船的航态发生变化。2）试述浅水对船舶兴波与兴波阻力的影响。

船舶在浅水中航行时兴起的波浪参数如波高，波速（波长）与深水情况不同，而且兴波图形（即兴起波浪的形状）也发生明显变化。

3）工程上考虑浅水影响的判据是什么？

最小临界水深

4）证明在亚临界速度区，相同航速下浅水兴波波长大于无限水深兴波波长。

波速损失不等于0

5）船舶在浅狭水道和浅水中航行时的主要差别是什么？兴波现象有何不同？

P299

6）试述用Schlichting法计算浅水阻力的基本思想及计算步骤。

7）何谓孤独波？孤独波产生时船舶的浮态与阻力会发生什么变化？

第九章

1）船舶有哪几种航态？

1排水航行状态2过渡状态3滑行状态

2）试述过渡型快艇的艇型特征和阻力特性。

速度长度排水量横剖面形状，宽度吃水比棱形系数水线面系数船中横剖面系数浮心纵向位置

3）试析双体船的片体干扰与干扰阻力。

剖面形状，长度排水体积系数，片体间距

4）试比较排水型高速船（单体、双体）与常规船舶的兴波特点。

高速：首部比较瘦削，进流段的水线几乎呈直线，水线的进角较小

5）试比较滑行艇与过渡型快艇的船型特征与阻力性能。

6）试比较滑行艇与常规船舶的船型特征与阻力性能。

7）简述水翼艇的种类及其在不同体积傅汝德数范围的航行方式与支持方式。8）试述小水线面双体船的船型特征与阻力性能。

9）何谓“地面效应”？

10）简述侧壁式气垫船与全垫升式气垫船的主要区别。