船舶阻力-第6章船型对阻力的影响
船舶阻力介绍
船舶阻力定义船舶运动过程中，流体作用于船体上，阻止其运动的力。
种类当船舶在水面上航行时，船体处于空气和水两种流体介质中运动，必然通受空气和水对船体的阻力。
为研究方便起见，船体总阻力按流体种类分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作川力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
进一步把水阻力分成船体在静水中航行时的静水阻力和波限中的阻力增加值（亦称为汹涛阻力）两部分。
静水阻力通常分成裸船体阻力和附体阻力两部分。
所谓附体阻力是指突出于裸船体之外的附属体如舵、舭龙骨、轴支架等所增加的阻力值。
根据这种处理力法，船舶在水中航行时所受到的阻力通常分为两大部分：一是裸船体在静水中所受到的裸船体阻力，另一部分是附加阻力，包括空气阻力、汹涛阻力和附体阳力。
对于常规船型，附体阻力通常仅占船舶阻力的很小部分，故常常通过船模阻力试验确定总阻力后，按经验公式乘以某个适当系数以获得附体阻力的值。
对于特殊船型，如有较大附体的非常规船型（特殊作业船、潜水器、救生船、探测船、水下采矿船等），附加阻力可能较大，需对带有附体的船模进行试验予以确定。
试验中需注意因缩尺船模的附体较小所产生的尺度效应，要求船模尽可能大。
工程中初步估算时常用经验统计数据，结合具体情况作适当修正。
目前尚无有效的理论算法。
在船舶设计中，常用附体阻力系数估计附体阻力。
为减小附体阻力，附体形状应尽可能采用流线型。
船长对阻力的影响船长对阻力的影响在保持排水量不变时，改变船长必然引起L/B及L/▽1/3的变化，当排水量一定时，选用较大的船长L，则B，d，C b必然要作适当的减小及L/B，L/▽1/3随之增加。
随着L/B或L/▽1/3乃的增加，船体变得瘦长，船体型线的纵向曲率变小，船体兴波区域的型线变得平直，兴波作用趋于和缓，波高变低，兴波作用所消耗的能量减少，所以兴波阻力随着变小。
同时由于船长增加以后，尾部型线变平顺减少了旋涡的产生，从而降低了旋涡阻力。
6 船型影响
的Cp值。
2．最佳棱形系数曲线
Cp 0.80 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 Fr
0.70
理论最佳 实践最佳
0.60
0.50 0.50 1.00 V/ L 1.50 2.00
图6-12 最佳棱形系数曲线
3．经验公式确定棱形系数
验统计资料认为可近似估计这种影响，对于
低中速船，在常用的 B/d 范围内，当 B/d 值
增加0.1时，将使总阻力增加0.50%～0.75%，
而高速船相应增加要大些。
§ 6-3 主要船型系数的影响
一、棱形系数的影响
Cp＝/ L Am
C p 0.80 C p 0.50
Δ/(0.01L ) = 常数
3
C p (小 ) R′ 2 C p(大 )
P′ 2
棱形系数对剩余阻 力的影响，随航速而 发生变化的原因是与 不同航速时的兴波情 况有关。
P2 R2 P1
P′ 1 R′ 1 R1
低速时，Cp对阻力 的影响甚微；
中速时，选择较小 的Cp值有利。 高速时，取适当大
高速波峰区
中速波峰区
图6-11 Cp值与船首形状、水压力的关系
对于高速船，由图6-5(b)知 增加。
Δ 0.01L 3
的影响
相当敏感，随着该系数增大，Rr/Δ将有明显 (3) 对总阻力的影响
低速船：当增大
Δ 0.01L 3
时，Rf/Δ将减小，
但Rr/Δ却几乎保持为常数。
高速船：由于 Rr /Δ在总阻力中占重要比重，
一般说来，当
Δ 值减小时，Rr/Δ将下降， 0.01L 3
C p = Cb / C m
中考物理船型减小阻力
中考物理船型减小阻力
1、船舶阻力包括,粘性阻力、兴波阻力、形状阻力。
而船体首尾端形状属于形状阻力。
2、在减少阻力方面的主要措施有：
(1)优化船舶的主要尺度和线型。
①球鼻艏船型，其鼻可上下移动,或自由摆动,或按吃水与航速变化改变球体形状,减少阻力。
②艉端球船型,③球艉及双艉鳍船型,⑥不对称艉部线型,⑦浅吃水肥大船型,⑧双艉船和平头涡艉。
(2)采用船艉附体如加鳍、导流管等。
采用船艉附体,不仅能改善艉部流场,从而降低粘压阻力,而且可使螺旋桨的推进效率提高。
(3)减少船体的粗糙度。
船舶使用一段时间后,船壳由于被腐蚀等,其粗糙度就会增加。
同时,海生物对船壳的污底与附着也日益严重。
防止污底的对策有,①采用先进的防污涂料系统,用以防止海生物的附长,如采用自抛
光船壳漆,②电解海水防污,通过电解装置将海水分解出氯气,杀灭海生物,③定期进坞清底,④水下清洗(刮船底)
⑤水面刮刷和补涂技术。
防止粗糙化的对策有,①正确选择合理的涂料系统,②提高油漆施工的质量,③对船壳水下部分实行阴
极保护等,④对船壳板进行打砂。
船舶阻力船型对阻力的影响PPT课件
• Fr>0.4的高速水面舰船多采用方尾， 特别是快艇和驱逐舰均采用方尾，故 也称之为驱逐舰式船尾。
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感谢您的观看。
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• 4、经验公式确定棱形系数
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二、船中横剖面系数的影响
• 1、对阻力的影响 • 根据泰洛试验结果知，Cm很大的范围内
变化，不但对湿面积影响不大，即对摩擦 阻力影响不大，而且其剩余阻力的差别也 很小。 • 2、 Cm值的选取 • Cm值的选取实际上是取决于方形系数，高 速船由于希望有较小的Cm值。
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三 方 形 系 数 对 阻 力 的 影 响
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§5-4 横剖面面积曲线形状的影响
一、浮心纵向位置的影响
• 浮心纵向位置即横剖面面积曲线所围面积的 形心纵向位置。
• 它表示排水体积对于船中分布不对称的程度 。浮心离船中越后，表示船尾部越肥，船首 部越瘦；反之，浮心离船中超前则表示尾部 越瘦，首部越肥。
又称修长系数，
表示船舶的瘦长程度。该系数大，意味着
同样船长范围内分布着更多的排水量。它
包含排水量和船长两个变量。
2
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1、排水量一定，修长系数减小对阻力的影响 1）对摩擦阻力的影响
3
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2）对剩余阻力的影响
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3）对总阻力的影响
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选择船长必须考虑：
有力于减小纵摇和升沉运动，可增加甲 板面积，有利于甲板机械的布置，也比 较美观。目前多采用。
船舶阻力复习题及部分解析
《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？8）何谓雷诺（Reynolds ）相似律？9) 船模试验中能否实现“全相似”？为什么？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。
《船舶设计原理》部分答案
1基本概念：绿色设计思想：减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，又要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。
船舶绿色设计：利用绿色设计基本思想，设计出资源省，能耗低，无污染，效益高的绿色船型。
能效设计指数试航速度：是指满载时主机在最大持续功率前提下，新船于静，深水中测得的速度。
服务速度：是指船在一定的功率储备下新船满载所能达到的速度。
续航力：一般是指在规定的航速和主机功率情况下，船一次所带的燃油可供连续航行的距离。
自持力：是指船上所带的淡水和食品所能维持的天数。
全新设计法：在没有合适母型船的情况下，往往采用边研究、边试验、边设计的方法母型设计法：在现有船舶中选取与设计船技术性能相近的优秀船舶作为母型船，并在其基础上，根据设计船的特点，运用基本设计原理有所改进和创新的设计方法。
四新：新技术、新设备、新材料、新工艺最小干舷船：对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D ，这类船称为最小干舷船。
富裕干舷船：对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D ，其舱容往DWTV E E EEDI ref ⨯-=节能装置设备消耗往不能满足货舱容积的要求，因而D需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。
结构吃水：如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。
出港：到港：载重型船：运输船舶中，载重量占排水量较大的船舶，如散货船、油船等。
这类船对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度是考虑的主要因素。
布置型船：船舶主尺度由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要因素考虑的一类船舶。
如客船等。
舱容要素曲线：是指液体舱的容积、容积形心垂向和纵向坐标、自由液面对通过其中心纵轴的惯性矩等随液面不同而变化的曲线。
容量方程：吨位：船舶登记吨位（RT）：是指国际船舶吨位丈量公约或船籍国政府制定的吨位丈量规则核定的吨位，包括总吨位和净吨位。
⒈总吨位（GT）：是以全船围蔽处所的总容积（除去免除处所）来量计，它表征船的大小。
第06章 船型对阻力的影响
第六章 船型对阻力的影响
6.1 船型对阻力影响的概念 6.2 船体主尺度的影响 6.3 主要船型系数的影响 6.4 横剖面面积曲线形状的影响 6.5 满载水线形状的影响 6.6 首尾端形状的影响
2/5
6.1 船型对阻力影响的概念
本章在船模试验和实船试航的基础上讨论船型对阻力 的影响。便于设计出阻力较低的船型参数；同时也可对某 些给定参数船舶的阻力性能进行分析。
80 250085
90
95
15 14
2000
2500水线 3000水线 3400水线
13
121110 500水线
1000水线
1500 1500水线 2000水线 1000
4000水线
基线
500
10
11(3.25)
1300
12(6.5)
2600
13(9.75)
14(13)
3900
15(16.25)
16(19.5)
4/5 4
确定影响阻力的船型参数
综上所述，考虑船型影响，船舶总阻力系数可表示为： Ct＝f (▽/L3, B/T, Cp, Cm, 船体形状, Fr) 式中没有考虑Re的影响，因为在一定范围内改变船型 对摩擦阻力影响甚小，且摩擦阻力可以通过计算得到；而 Fr对剩余阻力有较大影响。
载水线平行中段，满载水线首尾端的形状以及满载水线
4000水线 3400水线 3000水线 2500水线 2000水线 1500水线 1000水线 500水线 基线
主甲板边线 3900纵剖线
2600纵剖线
1300纵剖线
首端半进角等因素表征。
舷墙顶线
1000
艏楼甲板边线
艏楼外板顶线
船舶阻力复习
船舶阻力一总论1.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。
2.船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的主机功率以维持一定航速的能力3.船体总阻力按流体种类分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作用力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
4. 船体阻力的成因主要有以下三种现象有关:①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, 于是产生首尾流体动压力差。
这种由兴波引起的压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力, 一般用Rw表示。
从能量观点看,船体掀起的波浪具有一定的能量, 这能量必然由船体供给。
由于船体运动过程中不断产生波浪, 也就不断耗散能量, 从而形成兴波阻力。
②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粘性切应力作用, 亦即船体表面产生了摩擦力, 它在运动方向的合力便是船体摩擦阻力,用Rf 表示。
从能量观点看。
就某一封闭区而言, 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, 这就是边界层。
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。
③旋涡处的水压力下降, 从而改变了沿船体表面的压力分布情况。
这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力,用Rpv 表示。
从能量观点来看,克服粘压阻力所作的功耗散为旋涡的能量。
粘压阻力习惯上也叫旋涡阻力。
5. 船体阻力的分类(1 ) 按产生阻力的物理现象分类。
Rt = Rw + Rf + Rpv对低速船, 兴波阻力成分较小, 摩擦阻力约为70%～80% , 粘压阻力占10%以上。
对高速船, 兴波阻力将增加至40%～50% , 摩擦阻力为50%左右, 粘压阻力仅为5%左右。
(2 ) 按作用力的方向分类。
R t = R f + R p(3 ) 傅汝德阻力分类。
其实质是将粘压阻力和兴波阻力合并在一起称为剩余阻力, 即:Rt = Rf + Rr 式中Rr = Rw + Rpv(4 )按流体性质分类。
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2S
Cs
L
一定
Rf 1 1
Rf
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
(2) 对Rr
▽↑，（L不变）表明B↑T↑,则船变肥 ∴Cr↑ Fn越高，增长越快（但Fn小时，增长不明显） (3) 对Rt（船长一定） Rt Rf Rr
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① 对大Cp船（低速船）
二. 确定影响阻力的船型参数
船型表达
无因次化 y f (x, z)
y
(
L)
g(
x L
,
z L
)
g(
,
)
2
(1) 主尺度比
L,B L L B
B T T BT
(2) 船型系数
Cb
LBT
1
2 1
2
1
g(, )dd
0
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
Cm
A BT
1
2 1
g
(0,
启示： 船型对阻力的影响，应分成不同航速范围讨论
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
2. 船舶分类及其主要阻力成分
种类 低速船
速度范围 主要阻力成分
设计思想
Fn 0.2
L
0.67
R f & R
使 Rf S ，船型
肥短； R ，去流段 要注意。
中速船
0.2 Fn 0.3
固定），
使 Rr min
反问题 速度已定，寻找优良船型，而设计问题实际是反 问题。
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
两点阶段
➢ 60年代以前，主要研究主尺度比，船型参数对阻力影 响。这是宏观研究，参数相对较少，可用“系列试验”来 研究。（选定母船型，并系统变化影响船体阻力的系数）
第六章 船型对阻力的影响
船型参数： 船体水下部分一些物理量及几何形状特征
6-1 船型对阻力影响的基本概念
1. “优良船型”的含义
在某一速度范围内阻力较低的船型 在前面章，已讲过不同船型的阻力性能比较
发现：
a. 不同船型在不同船速范围内，阻力优劣是不同的 b. 同一船型，在不同航速范围内，阻力优劣是不同的
)
肥而短
瘦而长
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Case 1. =fixed
(1)对Rf
随 L Cf
L
改变 但较平坦
S Cs L S L
Rf
1 2
s2Cs
Cf L
Rf Cf
L
1 2
s2Cs
结论：随 L s一定
Rf ~ Lm
0m 1 2
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（2）对于剩余阻力Rr
L B T 一定
船体细长，兴波阻力小，粘压阻力也小，Cr↓
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（3）对于总阻力Rt（▽一定）
当排水量一定时
① 低速船 ，就是下图6-3(a)。因为摩擦阻力为主要
部分，船长应尽量选小些，则 些，船型均短而肥
(0.01L)3
)d
2
Cp
AL
CB Cm
Cb Cm C p
L3
CB
BT L2
Cb L 2 B B T
以上六个参数，独立参数四个 。
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(3)船体形状
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）
大一
② 高速船 ，就是下图6-3(b)。这时剩余阻力为主要 部分，船长增加，剩余阻力减小，但船长增加到 一定程度时，摩擦阻力成为主要部分，所以存在 总阻力最佳的船长Lopt
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（4）船长选择 依据 ① 总布置 ② 船舶性能（阻力，操纵） ③ 对民船涉及经济性
③ 首尾形状（包括：首尾横剖面形状，纵剖面形状）
Ct
f
L3
,
B T
,
C
p
,
Cm
,
船体形状,
Fr
,
Re
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三.船型对阻力影响问题的研究方法
正反两个问题 正问题
先给定船型
Rr f Re , Fn ,船型
改变船型，看
Rr
如何变化（ RN , FN
随
Rf
但总体来说，
.
Rt
Rr
略上升 ，
变化不大
② 对小Cp船（高速船）
随 Rt
Rr
急剧增加
， （见下图）
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（4） 的选取 ①中低速船（Cp大）， 主要为摩擦阻力， 应取略大，随着航速增加，应适当降低 。 ②高速船（Cp小），主要为兴波阻力 应取小些。 ③ 对于摩擦阻力和兴波阻力正好相反，因此存 在最佳 值。
➢ 60年代以后，进入“微观、局部”的阶段。真正进入 了船的型线的影响。比如球首，船尾，节能装置，直至型 线的某些细节的改进。
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6-2 船体主尺度的影响
一. 排水量长度系数对阻力的影响
(0.01L)3
瘦长程度
Cb LBT L3
Cb
(
B L
)2
(
T B
原则：总阻力角度而言，L总略小于Lopt，阻力增 加不多，造价可望下降。
（5）确定船长的经验公式 a) 巴士久宁公式 b) 艾亚公式 c) 杰克公式 d) 诺吉德公式
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Case 2. L : 一定 改变
(1) 对 R f
Rf
C fp
1 2
（见下图6-5）
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
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二.宽度吃水比的影响B/T
B/T代表扁平度，越大约扁
1.对Rf的影响
Rf
1 2
s2C
f
S
只有S可能受B/T影响。
从2-6节中，S的经验公式（如长江船型等）与 B/T有关。
下图6-6中给出了对应最小湿面积的B/T值。从 图中可知，B/T的变化，对湿表面积影响不是很大。
0.67 L 1.0
Rw趋于主要
（i） Rw不能过大，利用
有利干扰 。
（ii）R 仍要注意
高速船
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Fn 0.3(实际不到0.4)
（i）船型瘦削——全船
L 1.0
(不考虑快艇Fn 0.4)
Rw
兴波
(占主要地位) （ii）前体比后体更瘦
上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力