2018-08作用于船体的水动力的估算
浅水中船舶频域水动力系数计算与分析
浅水中船舶频域水动力系数计算与分析
水动力系数是浅水中船舶运动状态的基本参数，对船舶的运动性能有重要影响。
因此，在浅水船舶领域中，计算船舶水动力系数的方法一直在不断改进和开发。
传统水动力系数计算方法一般是基于理论分析的，如基于Karman-Trefftz理论的方法，这些方法可以提供有效的结果，然而它们很难应用于船舶实际运动情况的复杂情况。
为了实现这一点，可以使用更实用的“分析-经验结合”方法，以通用公式和合理的参数作为一定程度上考虑船舶特性的依据，计算船舶水动力系数。
此外，在实验室设计和船舶在水域测试的基础上，可以建立的船舶的各种水动力参数的实验向量分布，并在此基础上开展实际试验。
通过测试船舶水动力截面系数和动力参数，可以获得真实的实际测试数据，而这些数据可以为水动力系数计算和分析提供有力的支持。
综上所述，在浅水船舶领域中，高效可靠地计算船舶水动力系数和分析运动性能对于开发更加有效率的船舶非常重要。
在这方面，改进的计算方法、理论分析和模型试验的有机结合以及实证基础的计算分析，将是未来研究的重点。
水动力系数
水动力系数水动力系数是描述水流对物体作用的一个重要参数。
它在水力学、船舶工程、水利工程等领域都有着广泛的应用。
水动力系数是通过对流体力学的研究得出的，它能够定量描述水流对物体施加的压力和阻力。
水动力系数可以分为多个方面来进行研究，其中包括阻力系数、升力系数、侧向力系数等。
阻力系数是指单位面积上水流对物体作用的阻力大小，它直接影响物体在水中的运动情况。
升力系数是指单位面积上水流对物体作用的向上的力的大小，它在船舶设计中起着重要的作用。
侧向力系数是指单位长度上水流对物体作用的侧向力的大小，它在桥梁、堤坝等结构物的设计中具有重要意义。
水动力系数的计算方法有很多种，其中比较常用的是实验法和计算法。
实验法是通过在实验室或工程现场进行水流试验，通过测量物体所受到的力来计算水动力系数。
计算法是通过对物体进行数值模拟，利用计算机进行力学分析，得出水动力系数的数值。
这两种方法各有优缺点，根据实际情况选择合适的方法进行研究。
水动力系数的大小与多个因素有关，其中包括物体形状、物体表面光滑度、水流速度、水流密度等。
物体形状是影响水动力系数的主要因素之一，不同形状的物体在水中所受到的水流作用也会有所不同。
物体表面的光滑度也会影响水动力系数的大小，表面越光滑，水流作用就越小。
水流速度和水流密度也会对水动力系数产生影响，一般情况下，水流速度越大，水动力系数也就越大。
水动力系数的研究在船舶工程中具有重要的意义。
船舶的设计需要考虑到水动力系数的大小，以便在航行过程中减小阻力、提高航速。
同时，水动力系数也对船舶的稳定性和操纵性产生影响，对于船舶的安全性至关重要。
水动力系数的研究还可以用于水利工程的设计和水资源的合理利用，能够提高水利工程的效益和安全性。
水动力系数是描述水流对物体作用的一个重要参数，它在水力学、船舶工程、水利工程等领域都有着广泛的应用。
水动力系数的研究可以通过实验法和计算法来进行，它与物体形状、表面光滑度、水流速度和水流密度等因素密切相关。
船舶流体计算
船舶流体计算
船舶流体计算是指通过数学模型和计算方法来分析船体在水中的流体力学特性。
这项计算可以用来评估船舶的稳定性、阻力和推进力等参数，从而确定船舶的设计和操作。
以下是船舶流体计算的一些常见方法：
1. 阻力计算：使用雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）或光
滑片面近似理论（SST）等方法，计算船舶在水中移动时受到
的阻力。
这些方法可以通过求解速度、压力和湍流模型来获得阻力数据。
2. 稳定性计算：通过计算船体的形状和重心等参数，使用浮力和重力的平衡条件来评估船舶的稳定性。
这可以帮助设计师确定船舶的荷载和货物分配，并确保船舶在水中的平衡状态。
3. 推进力计算：通过计算螺旋桨或推进器的叶片和水流之间的相互作用，确定推进力和功率需求。
这可以帮助船舶操作员选择合适的推进设备和工作点，并优化船舶的能源效率。
4. 过波阻力计算：通过计算船舶在波浪中移动时所受到的阻力，评估船舶的航行性能和航速。
这可以帮助设计师优化船体的形状和船型，以减小波浪阻力和提高船舶的速度性能。
5. 动力学模拟：通过建立船舶的动力学模型，使用牛顿定律和运动方程来模拟船舶在不同操作条件下的运动轨迹。
这可以帮助船舶操作员进行航线规划和操纵决策，确保船舶的安全和航行效率。
以上仅列举了一些常见的船舶流体计算方法，实际中可能还存在其他更专业和复杂的计算方法，根据具体情况和需求选择合适的计算方法进行船舶流体计算。
水动力学在船舶中
水动力学在船舶中水动力学是研究流体力学在水中的运动规律以及与物体相互作用的学科，是船舶设计和建造中不可或缺的重要领域。
船舶在水中运动时受到水流的作用，水动力学的研究可以帮助设计师更好地了解船舶在水中的行为，从而优化船体形状、降低阻力、提高航行效率。
本文将探讨水动力学在船舶中的应用。
首先，船舶的阻力是航海运输中的一个重要考量因素。
水动力学研究表明，船舶在水中运动时会受到阻力的影响，阻力大小取决于船体形状、船速、船载荷等多个因素。
通过水动力学模型计算，设计师可以优化船体外形，减小阻力，提高航行速度和航程，从而节约燃油成本，降低运输成本。
其次，水动力学还可以帮助设计师预测船舶在不同运行条件下的运动性能。
通过模拟船舶在恶劣海况下的运动状态，设计师可以评估船舶的稳定性和适航性，为航海安全提供重要参考依据。
水动力学模型可以帮助设计师优化船舶结构，提高抗风浪能力，确保船舶在恶劣天气下的安全航行。
此外，水动力学研究还可以帮助设计师改善船舶的操纵性。
通过分析水流对船舶的影响，设计师可以优化操纵系统，提高船舶的灵活性和操控性，减小操纵风险，提高航行安全性。
水动力学研究还可以为船舶的航行路径规划提供参考，帮助船舶避开危险区域，降低碰撞和搁浅风险。
总的来说，水动力学在船舶设计和建造中发挥着重要作用。
通过水动力学的研究，设计师可以优化船体结构，提高航行效率，增强船舶的稳定性和安全性，为船舶的设计和运营提供科学依据。
水动力学的不断进步将推动船舶工程领域的发展，为船舶设计和建造注入新的活力。
水动力学在船舶中的应用前景广阔，相信随着技术的不断创新和发展，水动力学将为船舶工程领域带来更多的惊喜与突破。
船舶喷水推进器进水流道效率的数值计算
船舶喷水推进器进水流道效率的数值计算船舶喷水推进器是一种利用高速水流推动船舶的设备。
进水流道是喷水推进器的重要组成部分，对其效率有着至关重要的影响。
因此，通过数值计算来评估进水流道效率是非常重要的。
在船舶喷水推进器中，水流从进水流道进入推进器，并在喷泉中形成高速水流，从而产生推进力。
因此，进水流道的设计至关重要，可以影响到喷射流的速度和冲击力，进而影响到整个推进器的性能。
为了计算进水流道的效率，可以使用数值模拟方法来模拟水流的流动。
数值模拟是通过计算机模拟各种流体现象的方法。
在数值模拟中，通过使用Navier-Stokes方程组来描述水流的运动。
同时，还需要考虑到不可压缩性、湍流、壁面摩擦等一系列影响因素，从而精确地预测水流的流动行为。
在进行数值计算之前，需要对进水流道进行三维建模。
建模可以使用计算机辅助设计软件，如SolidWorks和AutoCAD等。
然后，在建模后，可以使用流体力学软件，如ANSYS Fluent 和OpenFOAM等，来进行数值计算。
在进行数值计算时，需要设定一定的边界条件，如进水速度、进水角度、喷嘴尺寸等。
然后，使用计算机计算出水流在进水流道中的流动状态。
最后，通过比较计算出的推进力和实际测试的结果，可以评估进水流道的效率。
通过数值计算，可以得出不同进水参数下的推进器效率。
在实际设计中，可以根据数值计算的结果来优化进水流道的设计，以获得更好的推进性能。
同时，数值计算还可以提供设计师更好的推进器设计方法，从而实现更高效的推进。
总之，数值计算是一种非常重要的评估进水流道效率的方法。
通过使用数值模拟软件来分析水流的流动行为，可以帮助设计师更好地理解进水流道的性能，并为进一步性能的提升提供技术支持。
数据分析是一种以数学和统计学方法为基础的分析方法，通过对数据的筛选、处理、分析和解释，来揭示数据背后的趋势、模式和规律。
对于数据分析，选择合适的分析工具和合适的方法是非常重要的。
首先，在进行数据分析时，需要列出相关数据。
某型船舶水力学性能计算及优化研究
某型船舶水力学性能计算及优化研究近年来，随着海洋经济的发展和对船舶安全性、运输效率等方面的要求越来越高，对船舶水动力性能的研究也越来越重要。
其中，船舶水力学性能在船舶设计与运行中占有重要地位。
本文旨在探讨某型船舶水力学性能的计算与优化。
一、简介某型船舶是一种大规模的海洋运输器械，主要用于散货、油料等大宗物资运输。
该型船整体长度180米，宽度32米，速度16节，排水量36000吨。
由于船舶特性、运输特性和环保要求等不同因素的影响，某型船舶的水动力学效能需要进行研究和计算。
二、计算方法船舶水动力学性能的计算方法多种多样，甚至有些深奥难懂，但总的来说主要可以分为两大类，即实验研究方法和计算机模拟方法。
实验研究方法主要是通过模型试验和原型试验等手段，测定船舶在不同流速和舵角条件下的阻力、推力、速度、操纵性能等参数，从而获取船舶水动力学特性的基础数据。
但是这种方法成本较高且需要较长时间。
计算机模拟方法可以通过数值模拟手段来计算船舶水动力特性参数，包括速度、流量、粘性系数、推力、抗力等。
主要可以分为数值流体计算（CFD）和势流计算（Potential Flow）等两种方式。
从实用角度出发，本文采用了CFD数值流体计算来进行水动力性能的研究。
三、数值模拟分析采用CFD数值流体计算方法，可以准确计算船舶船体的流速、压力、阻力、推力等水动力学参数，进而分析不同条件下船舶性能的变化规律。
1. 建模与网格化首先需要对某型船舶进行建模，包括将船舶几何形状、细节参数等输入计算软件，并进行网格化处理。
建模过程中需要注意对船舶舰形和细节特征的合理处理，确保计算结果的准确性。
2. 模拟条件设置模拟条件的设置直接关系到数值计算结果的准确性和适用性。
需要确定的条件有：（1）不同流速条件下船舶的阻力和推力分布。
（2）不同舵角条件下船舶的操纵能力。
（3）船舶在波浪中的性能表现。
通过对不同条件的模拟分析，可以了解某型船舶的水动力学性能特点，找到性能瓶颈，最终实现性能的优化。
船舶估算方法范文
船舶估算方法范文船舶估算方法是指在船舶设计阶段，通过一系列的计算和评估方法来估算船舶的各项性能指标和建造成本。
船舶估算方法的准确性和可靠性对于确保船舶设计符合设计要求并实现经济效益至关重要。
以下将详细介绍船舶估算方法的主要内容。
首先，船舶估算方法中的一项重要工作是船舶载重力学计算。
这涉及到根据船舶的几何形状和载重条件，计算船舶的排水量、载重水线、性能重心、稳定性能指标等。
这些计算可以通过一系列公式和理论模型来完成，例如阿克波尔修正公式、学船容积曲线等。
通过这些计算，可以确定船舶的载重能力和稳定性情况。
船舶动力估算是船舶估算方法中的另一个重要内容。
这包括通过计算船舶的流线型阻力、载荷阻力、波浪阻力等来估算船舶推进所需的功率。
这些计算需要考虑到船舶的船型、机电设备的效率、船舶的作业条件等因素。
同时，还需要根据船舶的航速和航程等要求，来确定船舶主机的功率和燃油消耗等指标。
为了估算船舶建造成本，船舶估算方法还需要进行船舶结构和设备的估算。
船舶结构估算包括计算船体的钢材用量、焊接工时、油漆用量等。
这需要根据船舶的几何形状和设计要求，使用相应的计算公式和经验数据进行估算。
船舶设备估算包括计算船舶各项设备的购置成本、安装费用、维护费用等。
这需要根据船舶的功能要求和工作条件，结合市场行情和供应商报价等因素进行估算。
此外，船舶估算方法还可以进行其他相关的估算，如船舶燃油消耗估算、船舶维护费用估算等。
这些估算可以帮助船舶设计人员和船舶经营者全面评估船舶的经济性和运营效益。
为了提高船舶估算的准确性和可靠性，船舶设计人员需要具备深入的船舶设计、力学和经济学知识，并且对国内外船舶设计和建造实践有较为广泛的了解。
同时，还需要充分利用计算机辅助设计和估算软件，提高计算效率和准确度。
总之，船舶估算方法是船舶设计过程中至关重要的一环。
通过船舶载重力学计算、船舶动力估算、船舶结构和设备估算等内容的计算和评估，可以全面评估船舶的性能指标和建造成本，确保船舶设计满足要求并具有经济效益。
船舶操纵性_第4章1
第四章 水动力导数的估算
代入面元法程序得， 代入面元法程序得，可得机器人主体部分平动时的附 加质量。 加质量。 2.附体部分的附加质量 附体部分的附加质量： 2.附体部分的附加质量： 1)前水平翼：（左右各一个 前水平翼：（左右各一个） 1)前水平翼：（左右各一个） 2)后水平翼：（左右各一个 后水平翼：（左右各一个） 2)后水平翼：（左右各一个） 3)后垂直翼：（上下各一个 后垂直翼：（上下各一个） 3)后垂直翼：（上下各一个） 4)推进器及其它一些附件 因尺度较小且形状复杂， 推进器及其它一些附件。 4)推进器及其它一些附件。因尺度较小且形状复杂，很难 精确地算出附加质量，这里略去它们对整体的影响。 精确地算出附加质量，这里略去它们对整体的影响。 综上所述， 综上所述，将它们叠加起来即可算出机器人在无 界水域中运动（仅平动） 界水域中运动（仅平动）的附加质量 。
0.3927 0.3662 0.7855 0.0252 -0.0045 0.0040
5
-0.2978 -0.1397 -0.29040 -0.0045 0.0274 -0.0032
6
-0.7805 0.4906 0.1009 0.0040 -0.0032 0.0349
第四章 水动力导数的估算
机器人在无界水域中的附加质量 1.主体部分的附加质量： 1.主体部分的附加质量： 主体部分的附加质量 小机器人采用Gambit 2.0 进行建模，并根据实际情况， 进行建模，并根据实际情况， 小机器人采用 做一些简化，省去了水平翼、垂直翼、 做一些简化，省去了水平翼、垂直翼、推力器等一些部 件，简化后的模型网格如下图所示。在其表面不等距地 简化后的模型网格如下图所示。 划分了1158个网格，中部曲率变化缓慢， 划分了1158个网格，中部曲率变化缓慢，网格分得较 1158个网格 疏，而在首尾部，曲率变化大的地方，分得较密。 而在首尾部，曲率变化大的地方，分得较密。
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船舶操纵与摇摆.9.
第8章 作用于船体的水动力的估算
3、估算附加质量的图谱方法 元良诚三根据系列船模试验的结果，给出了估算船 体附加质量的图谱，对于一般民船来说，估算精度较好。
船舶操纵与摇摆.10.
船舶操纵与摇摆.11.
船舶操纵与摇摆.12.
船舶操纵与摇摆.13.
第8章 水动力导数的估算
为了便于计算机计算，以将上述图谱回归成如下多项式：
22
1 L /L [33 76.85CB (1 0.784CB ) 3.43 (1 0.63CB )] m 100 B
船舶操纵与摇摆.14.
第8章 作用于船体的水动力的估算
二、理论计算方法 目前，理论计算方法主要用于利用理想流体理论计算物
体的附加质量等水动力导数，对于与粘性有关的水动力导数
11 22 33
维椭圆柱体
对于如图的二维椭圆柱体，有：
11 b
2 2
22 a
b
a x
1 2 2 2 66 (a b ) 8
y
船舶操纵与摇摆.21.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（3）二维平板 对于如左下图的二维平板，有：
11
1 d L d [0.398 11.97CB (1 3.73 ) 2.89CB (1 11.3 ) m 100 B B B L 2 d Ld 0.175CB ( ) (1 0.541 ) 1.107 ] B B BB
22
d L 0.882 0.54CB (1 1.6 ) 0.156(1 0.673CB ) m B B d L d Ld d 0.826 (1 0.678 ) 0.638 (1 0.669 ) BB B BB B
船舶操纵与摇摆.6.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（3）克拉克公式：
d 2 B Yv ( ) (1 0.4C B ) L d d 2 B B Yr ( ) (0.5 2.2 0.08 ) L L d d 2 d N v ( ) (0.5 2.4 ) L L d 2 B B N r ( ) (0.25 0.039 0.56 ) L d L
船舶操纵与摇摆.5.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（2）诺宾公式：
CB B d 2 Yv ( ) (1.69 0.08 ) L d CB B d 2 Yr ( ) (0.645 0.38 ) L d CB B d 2 ( ) (0.64 0.04 Nv ) L d CB B d 2 N r ( ) (0.47 0.18 ) L d
0.3708
-0.1394 0.4877
0.7783
-0.2866 0.0989
0.0252
-0.0045 0.0040
-0.0045
0.0274 -0.0032
0.0040
-0.0032 0.0349
船舶操纵与摇摆.24.
第8章 作用于船体的水动力的估算
机器人在无界水域中的附加质量 1.主体部分的附加质量： 小机器人采用Gambit 2.0 建模，并根据实际情 况，做一些简化，省去了水平翼、垂直翼、推力 器等一些部件，简化后的模型网格如下图所示。 在其表面不等距地划分了1158个网格，中部曲率 变化缓慢，网格分得较疏，而在首尾部，曲率变 化大的地方，分得较密。
船舶操纵与摇摆
Ship Maneuvering and Oscillations
第8讲 作用于船体的水动力的估算
《船舶操纵与摇摆》讲义
华中科技大学船舶与海洋工程学院2013－2014学年第2学期
第8讲 作用于船体的水动力估算
提纲
水动力导数的估算方法有两种：
1 近似估算
2
理论计算
船舶操纵与摇摆.3.
1
1
2125.0
2
1.3318
3
-2.5364
4
0.3927
5
-0.2978
6
-0.7805
2
3
1.3047
-2.5049
2127.1
-2.3584
-2.3677
2119.0
0.3662
0.7855
-0.1397
-0.29040
0.4906
0.1009
4
5 6
0.0381
-0.3017 -0.7745
还没有较好的理论计算方法。
1、简单几何形体的附加质量
（1）椭球 兰伯用势流理论导出了长轴为2a，短轴为2b和2c的椭球 的附加质量和附加转动惯量：
11, 22 , 66
船舶操纵与摇摆.15.
船舶操纵与摇摆.16.
第8章 作用于船体的水动力的估算
兰伯将船体看成是三轴为 L,B,2d 的椭球，并结果整 理成曲线，其中：
船舶操纵与摇摆.25.
船舶操纵与摇摆.26.
第8章 作用于船体的水动力的估算
代入面元法程序得，可得机器人主体部分平动时的附加质量。
2.附体部分的附加质量：
1)前水平翼：（左右各一个）
2)后水平翼：（左右各一个） 3)后垂直翼：（上下各一个） 4)推进器及其它一些附件。因尺度较小且形状复杂，很难 精确地算出附加质量，这里略去它们对整体的影响。 综上所述，将它们叠加起来即可算出机器人在无 界水域中运动（仅平动）的附加质量 。
船舶操纵与摇摆.7.
第8章 作用于船体的水动力的估算
2、估算非线性水动力导数的经验公式 基于流体力学的横流理论或牛顿阻力理论，横向力和力矩
与横向速度的平方成正比，即：
YNL
N NL
其中：
L
L
2 L
2
(v xr ) v xr T ( x) CD ( x)dx
2
在球面上有
a 1 1 cos , cos 2 n
代入公式，得到球体的附加质量： 3 2 3 a a 2 a 2 2 cos ds cos 11 dd
2
S
2
0 0
3
显然球体的附加质量是球排水量的一半，其无因次值
为0.5,并且：
船舶操纵与摇摆.27.
船舶操纵与摇摆.28.
船舶操纵与摇摆.29.
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船舶操纵与摇摆.30.
第8章 作用于船体的水动力的估算
一、近似估算方法
1、估算线性水动力导数的经验公式
许多学者在大量实验的基础上，提出了若干估算 线性导数的经验公式。
船舶操纵与摇摆.4.
第8章 作用于船体的水动力的估算
（1）斯米特公式：
d 2 Yv 5.0( ) L d 2 Yr 1.02( ) L d 2 1.94( ) Nv L d 2 0.65( ) Nr L
11 0 22 a
2
a x
1 4 66 a 8
y
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第8章 作用于船体的水动力的估算
椭圆、平板的附加质量公式可用来近似估 算舵、托架和舭龙骨等附体的附加质量。但于 船体的附加及两相比较，附体的附加质量较小， 在操纵性计算中一般常略去
船舶操纵与摇摆.23.
ij
2 L
2
(v xr ) v xr x T ( x) CD ( x) dx
2
T ( x) 为吃水， CD ( x) 为各切片上的横向阻力系数。
船舶操纵与摇摆.8.
第8章 作用于船体的水动力的估算
索波列夫公式：
CD
1.3
船中
B 0.25 d
斯米特公式：
B C D 1.89 0.41 d
k11 11 / m k 22 22 / m k66 66 / I 0 I 0 0.05VL
2
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船舶操纵与摇摆.18.
船舶操纵与摇摆.19.
第8章 作用于船体的水动力的估算
例：球体附加质量的计算：
a 3 cos 球体的速度势为： j 2r 2