船舶阻力习题

1．根据船舶阻力产生的物理现象，对船舶阻力进行分类。

2．简述摩擦阻力的成原因及减少粘性阻力的途径。

3．简述粘压阻力的成因及减少粘压阻力的途径。

4．简述兴波阻力的成因及减少兴波阻力的途径。

5．要制作一个3米长的船模来模拟一条船长为120米，排水量为50 MN （1MN=106牛顿），设计航速为20节的船。

求船模的排水量，船模在实船设计航速时的试验速度。

6．某船排水量为82.1 MN，船长为131米，湿表面积为9850平方米，设计航速为16节。

现用一个船长为4.88米的船模进行试验，在相应的设计航速，测得船模总阻力为74N，试计算实船的总阻力。

（在15o C，海水密度为1025.6 kg/m3，粘性系数ν=1.19×106淡水密度为999.1 kg/m3，粘性系数ν=1.14×106）7．已知某船长70米（20米长平行中体）的船在船速为14节处有一阻力峰值，其相邻的另一峰值在该峰值的（3/5）0.5倍处。

求该船主峰值所在的船速。

如果现将平行中体增加15米，其它保持不变，求其相应的各阻力峰值所在船速。

8．某驱逐舰长122米，在其最高航速时，其艏波的波谷与尾波的波谷重合。

假定该舰的兴波长度为0.9倍舰长，求该舰的最高航速。

如果保持舰的最高航速不变，要使艏波的波峰与尾波的波谷重合，其相应的舰长应是多少？
1．根据船舶阻力产生的物理现象，对船舶阻力进行分类。

根据船舶阻力产生的物理现象，船舶阻力可分为摩擦阻力，粘压阻力和兴波阻力。

2．简述摩擦阻力的成原因及减少摩擦阻力的途径。

成因：
摩擦阻力是由于水的粘性作用，使船体表面产生了摩擦力，它在船舶运动方向上的合力便是摩擦力。

减阻途径：
（1）减小湿表面积：如低速船舶采用较小的∇/L3（或较小的L/B）；减少不必要的附体；采用表面积小的附体。

（2）改善船体表面的粗糙度：使船体表面尽量光滑；采用无害防污油漆等。

（3）边界层控制：吹喷流体，减少紊流和分离。

（4）减小粘性：在船体表面不断喷注粘性小的聚合物；在船体表面不断喷注气体减阻。

（5）仿生：弹性表面；微小沟槽表面。

（6）特种船：气垫船；水翼艇
3．简述粘压阻力的成因及减少粘压阻力的途径
成因：
粘压阻力是水的粘性作用，使船体前后部分存在压力差，产生的粘压阻力。

减阻途径：
（1）船后体收缩要缓和：Lr>= 4.08*Am0.5; Lr >= 2.5*Am0.5;
（2）应避免船体曲率过大。

（3）对低速肥大船，前体形状也应适当考虑，减小舭涡。

4．简述兴波阻力的成因及减少兴波阻力的途径
成因：
船舶在静止水面上运动时，将在船艏附近产生一个压力区，在船尾附近产生一个吸力区，从而在船运动方向产生压力差，阻止船舶运动的力。

减阻途径：
（1）选择合理的船型参数：根据设计航速，恰当选择主尺度和船型参数。

（2）设计良好的首尾形状：首尾形状对改变兴波阻力极为显著。

（3）制造有利的波系干扰：根据 理论，选择船长或船速；球鼻艏。

（4）消波氺翼：排水型高速艇，采用消波氺翼。

（5）双体、多体船：L/B较大，减小兴波阻力。

（6）水翼艇、滑行艇、气垫船：减小或使船体离开水面。

（7）小水线面船：使排水体积下潜，离开自由表面，减小兴波阻力。

5．要制作一个3米长的船模来模拟一条船长为120米，排水量为50 MN （1MN=106牛顿），设计航速为20节的船。

求船模的排水量，船模在实船设计航速时的试验速度
已知：Lm=3 m, Ls=120 m, ∆s=5×107 N, Vs =20 节
求：∆m, Vm
解：缩尺比λ = Ls/Lm = 120/3 =40
∆m = ∆s×ρm/ρs /λ3 = 5×107×999.1/1025.6/403 = 761.06 N
∵ Frs = Frm; 即 Vs/(Lsg)0.5 = Vm/(Lmg)0.5
∴ Vm=Vs/(Ls/Lm)=Vs/λ0.5=20×0.5144/400.5=1.63 m/s
6．某船排水量为82.1 MN，船长为131米，湿表面积为9850平方米，设计航速为16节。

现用一个船长为4.88米的船模进行试验，在相应的设计航速，测得船模总阻力为74N，试计算实船的总阻力。

（在15o C，海水密度为1025.6 kg/m3，粘性系数ν=1.19×10-6, 淡水密度为999.1 kg/m3，粘性系数ν=1.14×10-6）
已知：∆s=8.21×107 N, Ls = 131 m, Ss = 9850 m2, Vs = 16 knots, Lm = 4.88 m, Rtm = 74 N
求：Rts
解：Rts = Cts×1/2×ρs×Ss×Vs2; Cts = Cfs +Crs + ∆Cf
λ = Ls/Lm =131/4.88 = 26.844
∆m = ∆s ×ρm/ρs /λ3 = 8.21×107×999.1/1025.6/26.8443 = 4134.26 N
Sm = Ss/λ2 = 9850/26.8442 = 13.67 m2
Vm = Vs/λ0.5 = 16×0.5144/26.8440.5 = 1.589 m/s
Res = Ls×Vs/νs = 131×16×0.5144/1.19×106 = 9.06×108
Rem = Lm×Vm/νm = 4.88×1.589/1.14×106 = 6.8×106
Cfs =0.075/(log(Res)-2)2 = 0.00155
Cfm =0.075/(log(Rem)-2)2 = 0.003212
Ctm = Rtm/(1/2×ρm×Sm×Vm2) = 0.004295
Crm = Crs = Ctm – Cfm =0.001083
Cts = Cfs +Crs + ∆Cf = 0.00155+0.001083+0.00004 = 0.002673
Rts = Cts×1/2×ρs×Ss×Vs2 = 912261.2 N (90774.9)
7．已知某船长70米（20米长平行中体）的船在船速为14节处有一阻力峰值，其相邻的另一峰值在该峰值的（3/5）0.5倍处。

求该船主峰值所在的船速。

如果现将平行中体增加15米，其它保持不变，求其相应的各阻力峰值所在船速。

已知：Ls = 70 m, Vs =14 knots=7.2016 m/s, Vs(n+2)/Vsn = (3/5)0.5
求：船阻力主峰值所在的船速，平行中体增加15米，各各阻力峰值所在船速。

解：根据船首尾横波干扰理论知，船速：
πN mLg V N =， 在 N =1, 3, 5, … 奇数时，船速处于波峰位置。

∵ 532)2()2(=+=+=+N N mLg N N mLg V V N N ππ
∴ N=3, ∵π33mLg V = ∴ 7121.0806.9702016.71416.333223=×××==Lg V m π 当N=1时， 船速处于主峰值：
25.241416
.3806.9707121.07121.01=××==πLg
V knots 因m 只与船首尾形状有关，所以：
当N=1, 745.131416.3806.9)1570(7121.01=×+×==
πmLg V m/s =26.73节 当N=3, 936.71416.33806.9)1570(7121.033=××+×==
πmLg V m/s = 15.43节 当N=5, 147.61416.35806.9)1570(7121.055=××+×==π
mLg V m/s，=11.95 节 8． 某驱逐舰长122米，在其最高航速时，其艏波的波谷与尾波的波谷重合。

假定该舰的兴波长度为0.9倍舰长，求该舰的最高航速。

如果保持舰的最高航速不变，要使艏波的波峰与尾波的波谷重合，其相应的舰长应是多少？ 已知：L = 122 m, m =0.9
求：船首尾波谷重合时的最高船速；船首尾峰谷重合时，保持最高舰速不变，舰长应是多少。

解：
当船首尾波谷重合时，N=1，
99.35/51.181416
.3806.91229.01==××==s m mLg
V π节 当船首尾峰谷重合时，N=2, 如果V 1 = V 2, 则有：
ππ221g mL g mL =
∴ L 2=2×L 1=2×122=244 m。