船舶阻力复习及答案

第一章总论1.船舶快速性，船舶快速性问题的分解。

船舶快速性：对一定的船舶在给定主机功率时，能达到的航速较高者快速性好；或者，对一定的船舶要求达到一定航速时，所需主机功率小者快速性好。

船舶快速性简化成两部分:“船舶阻力”部分：研究船舶在等速直线航行过程中船体受到的各种阻力问题。

“船舶推进”部分：研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互作用以及船、机、桨（推进器）的匹配问题。

2.船舶阻力，船舶阻力研究的主要内容、主要方法。

船舶阻力：船舶在航行过程中会受到流体（水和空气）阻止它前进的力，这种与船体运动相反的作用力称为船的阻力。

船舶阻力研究的主要内容：1.船舶以一定速度在水中直线航行时所遭受的各种阻力的成因及其性质；2.阻力随航速、船型和外界条件的变化规律；3.研究减小阻力的方法，寻求设计低阻力的优良船型；4.如何较准确地估算船舶阻力，为设计推进器（螺旋桨）决定主机功率提供依据。

研究船舶阻力的方法：1．理论研究方法：应用流体力学的理论，通过对问题的观察、调查、思索和分析，抓住问题的核心和关键，确定拟采取的措施。

2.试验方法：包括船模试验和实船实验，船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。

3.数值模拟:根据数学模型，采用数值方法预报船舶航行性能，优化船型和推进器的设计。

3.水面舰船阻力的组成，每种阻力的成因。

船舶在水面航行时的阻力由裸船体阻力和附加阻力组成，其中附加阻力包括空气阻力、汹涛阻力和附体阻力。

船体阻力的成因:船体在运动过程中兴起波浪，船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷使尾部压力降低，产生了兴波阻力；由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从而使船体运动过程中受到摩擦阻力；在船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部常会产生漩涡，引起船体前后压力不平衡而产生粘压阻力。

4.船舶阻力分类方法。

1.按产生阻力的物理现象分类：船体总阻力由兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力Rpv 三者组成，即Rt=Rw+Rf+Rpv.2.按作用力的方向分类：分为由兴波和旋涡引起的垂直于船体表面压力和船体表面切向水质点的摩擦阻力，即Rt=Rf+Rp.3.按流体性质分类：分为兴波阻力和粘性阻力（摩擦阻力和粘压阻力），即Rt=Rw+Rv.4.傅汝德阻力分类：分为摩擦阻力和剩余阻力（粘压阻力和兴波阻力）,即Rt=Rf+Rr.5.船舶动力相似定律，研究船舶动力相似定律的意义，粘性与重力互不相干假定。

船舶动力相似定律：航行于水面的船舶，其阻力和船体几何尺寸、航速、水的运动粘性系数，水的质量密度和重力加速度等有关用一种函数表示形式来联系船体阻力和这些物理量之间的关系。

研究船舶动力相似定律的意义：如果建立了船舶阻力的函数表示式，则可给出船模与实船满足动力相似的条件并作为将船模试验结果换算到实船的根据。

第二章粘性阻力1.边界层，边界层厚度S,边界层内流体流态及其特点。

边界层：当水流过平板时，由于水具有粘性，平板表面处的水质点均被粘附在平板上，平板表面上的流速为0,据平板表面3处流速达到来流速度，存在粘性作用的这一薄层水流称为边界层。

3称为边界层厚度。

边界层内流体的流态和特点：1.层流：在平板前端部分,水质点表现有稳定的分层流动,边界层沿板长方向增长较慢。

2.紊流：在平板后部,水质点互相碰撞,运动方向极不规则,但其平均速度还是沿平板方向前进、界层厚度沿板长方向的增长较层流情况为快。

3.过渡流：介于层流和紊流之间的一段过渡状态。

2.与平板边界层对比,船体表面边界层的特点。

1.船体边界层外缘势流的速度和压力沿船体表面均发生变化。

2.船体边界层内存在纵向压力梯度，首部压力高，中部较低而尾部又相应有所升高。

3.摩擦阻力的成因，及流体流态、雷诺数、湿面积对摩擦阻力的影响。

摩擦阻力的成因：当船在静水中航行时，由于粘性作用，必带动一部分水一起运动，为携带这部分水一起前进，在运动过程中船体将不断供给这部分水质点以能量，因而产生摩擦阻力。

在相同来流条件下，紊流的摩擦阻力系数较层流情况为大。

当增大时，平均摩擦阻力系数和局部摩擦阻力系数均下降。

减小湿面积可以降低摩擦阻力。

4.船体摩擦阻力的处理方法，相当平板定义。

在“相当平板”假定的前提下，用平板摩擦阻力公式来计算船体的摩擦阻力。

相当平板：在摩擦阻力计算中，实船或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，该假定中的“光滑平板”就称为该船的“相当平板”。

5•平板摩擦阻力系数计算的1957ITTC公式，适用范围。

6•船体表面粗糙度，粗糙度对摩擦阻力的影响及其计算处理方法，心f 取值。

船体表面粗糙度可分为普遍粗糙度和局部粗糙度。

普遍粗糙度主要是油漆面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平，局部粗糙度主要为焊缝、铆钉、开孔以及突出物等粗糙度。

微小的粗糙度会导致摩擦阻力较大的增加。

采用粗糙度补贴系数”的形式计算船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响，/Cf=0.0004.7.船舶污底，污底对船舶阻力的影响，减小污底影响的措施船舶污底：船舶在营运过程中，船体水下部分因长期浸泡在水中，除钢板被腐蚀外，海水中的生物将附着在船体上生长，是船体表面凹凸不平，大大增加了船体表面的粗糙度，阻力增加很大，这种现象称为污底。

污底会增加船舶的总阻力，造成船速下降。

防治污底的方法通常是现在船体表面敷涂两遍防锈漆，然后再涂一、二遍防污漆，因为防污漆有避污作用，可以在层流底层中保持有一定的毒素含量，可以使幼小的贝类、海草等致死。

此外，污底的海船在淡水港内停泊数日后再行出海，其附着的贝类和海草的大部分因死亡而脱落。

8.船体摩擦阻力计算的步骤。

1.计算船的湿表面积2.计算雷诺数3.根据光滑平板摩擦阻力公式算出或相应的表中查出摩擦阻力系数Cf4决定粗糙度补贴系数心f=0.00045.算出船的摩擦阻力9.减少船体摩擦阻力的有效、实用方法。

1.减小湿面积2.减小表面粗糙度3.边界层控制4.喷注降阻剂5.气膜减阻6.采用高性能船10.粘压阻力的成因、基本特性，及船体粘压阻力的处理方法。

粘压阻力的成因：在实际流体中，由于粘性而形成边界层，水质点由于动能的消耗而产生压力差，出现边界层分离的现象，界层分离后产生的旋涡造成了船首尾压差，便产生了粘压阻力。

粘压阻力特性：1.船的后体收缩，沿曲面的流速变化较缓慢，粘压阻力减小。

2.采用船首底升高的球鼻首，首部舭侧水流明显趋于水平方向流动，能明显改善阻力性能。

3.层流的粘压阻力较紊流的情况大。

粘压阻力的处理方法：一种是将粘压阻力归并入兴波阻力而统称为剩余阻力，另一种是将粘压阻力以形状因子的形式与摩擦阻力联系在一起而统称为粘性阻力。

11.船舶设计时从降低船体粘压阻力出发，应该注意哪些方面？1.应注意船的后体形2.应避免船体曲率变化过大3.前体线型应予适当注意第三章兴波阻力1.深水平面进行波的波形、波长、周期、波速、波能、波能传播速度，及其相互关系。

2.船行波的成因，船型波的主要特性，凯尔文角。

船行波的成因：水流流经弯曲的船体时，沿船体表面的压力分布不一样，导致船体周围的水面升高或降低，在重力和惯性的作用下，在船后形成实际的船波。

船行波的特性：1.凯尔文角：横波和散波相交处成尖角，各尖角与原点的连线称为尖点线，它与运动方向的夹角为19° 28’该角称为凯尔文角。

3•兴波干扰，兴波长度mL,船舶兴波干扰的结果。

兴波干扰：由于实际船体兴波存在船首波系和船尾波系，且两波系种的横波在船尾处相遇而叠加,这种现象称为兴波干扰。

兴波长度：船首横波的第一个波峰和船尾横波第一个波峰之间的距离称为兴波长度。

4.船体兴波阻力的主要特性。

随船速增加,兴波阻力将很快增加,同时对低速船而言,兴波阻力在总阻力中所占比例很小,而对高速船来说,兴波阻力将占很大的比例。

5.影响兴波阻力的主要船型参数。

1•船体首部形状对兴波阻力的影响最为突出2•相同Fr时丰满船的Cw较大3•兴波长度与波长之比对兴波阻力也有影响4•兴波干扰主要与L和Cp有关6.* 用Op理论、傅汝德数预测波阻的峰、谷点。

7.用船模试验确定船体兴波阻力的二因次法、三因次法。

二因次法Cr二Ctm-Cfm通过模型试验确定剩余阻力系数Cr来确定、分析兴波阻力。

三因次法Cw二Ctm-(1+k)Cfm通过模型试验确定兴波阻力系数来确定、分析兴波阻力。

8.减小常规船兴波阻力的方法，减小兴波阻力的船舶设计新概念。

减小常规船兴波阻力的方法：1.选择合理的船型系数2.设计良好的首尾3.造成有利的波系干扰4.高速排水型艇安装消波水翼应用不同设计概念减小兴波阻力：1.双体和多体船设计概念2.是船体抬出水面设计概念3 .船体下潜设计概念4.复合设计概念9.破波阻力的成因，破波阻力的特性。

破冰阻力的成因：破冰阻力的出现时船体周围及其复杂的波浪运动的结果。

破冰阻力的特性：1.对于航速较高的丰满船型，破冰阻力是一种不容忽视的阻力成分2.破冰阻力来源于船首非线性兴波的破碎3.对于几何相似的丰满船型，破冰阻力随Fr的增大而增加4•对于同一丰满船，在同样航速时，压载情况的吃水小，吃水傅汝德数大，破冰阻力比满载时高5.系统的试验表明：破冰阻力与船型参数，主要是宽度吃水比、进流段长度、球首伸出长度有关。

第四章附加阻力1.船舶附体，附体阻力，确定附体阻力的实用方法，逐一去除法，附体阻力系数的确定。

船舶附体：安装在船体外面的舵、舭龙骨、轴包架、轴和支轴架等附体。

附体阻力：由于水对船舶附体作用而增加的那一部分阻力称为附体阻力。

确定附体阻力的方法：1.应用已有资料或经验公式进行估算，2.通过模型试验确定附体阻力。

逐一去除法：加装全部附体后，在试验过程中，从后往前依次去掉附体。

附体阻力系数的确定：实船的附体系数等于模型的附体系数，即Kaps=Kapm.2.从减小附体阻力出发，附体设计时应注意的原则。

1.附体应沿船体流线方向设置，其目的是减小由附体所产生的旋涡，从而减小粘压阻力。

2.尽可能采用湿面积较小的附体，其目的在于减小附体所引起的摩擦阻力。

3.一般附体沿水流方向应采用流线型对称剖面，这样对减小附体阻力有显著的作用。

3.船舶航行中的空气阻力，空气阻力系数确定，船舶设计中减小空气阻力的措施。

船舶航行中的空气阻力：船舶在航行中，其船体水线以上部分和上层建筑将受到空气的阻力，包括摩擦阻力和粘压阻力两部分。

船舶设计中减小空气阻力的措施：上层建筑尽可能低而长，尽可能减小水上部分在横舯剖面上的投影面积，以减小迎风面积；上层建筑前端应设计成流线型，后端可做成阶梯型。

4.波浪中阻力增值，影响波浪增阻的因素。

波浪中阻力增值：船舶在风浪中航行时的阻力将较静水时为大，所增加的阻力称为波浪中的阻力增值。

影响波浪增阻的因素：1.从波浪情况看，同一船舶遭遇的波浪越大，船体运动愈剧烈，阻力愈大；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；路易斯的研究指出，所遇波浪的波长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。