船舶阻力阻力分析
船舶阻力船模阻力试验
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§4-3 几何相似船模组试验
集合相似船模组试验是指几何相似而大小不 等的一系列船模的总称。作用有
1、验证傅汝德假定的正确性 2、确定形状因子 3、研究推进效率中各成分的尺度作用
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一、验证傅汝德假定的正确性
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2、确定形状因子（1+ k ）
，在相同 的条件下才 能准确地判 别船型的优 劣。
1、傅汝德表达法比较阻力性能
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24
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2、泰洛表达法比较阻力性能
由于
表达法只要换算到相同
船长情况下的对应曲线，就可以比较不 同船型的阻力性能。这样在相同的傅汝
德数时的阻力性能的比较，实际上就是 在相同速度下对不同船型阻力性能的比 较。若在设计时船长和速度已知，则在 相应的傅汝德数处绘一垂线，即可得对 应的优良阻力性能船型。
注意：二因次法虽有不足之处，但由于误差 较小，尚能比较准确的满足工程实际需要， 故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用 ，现在仍被一些试验池继续采用。
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二、三因次换算法
1、基本思想
1）粘压阻力和摩擦阻力合并为粘性阻力并 与雷诺数有关。 2）兴波阻力与傅汝德数有关。 3）根据船模试验结果，认为粘压阻力系数 与摩擦阻力系数之比是一常数k，则有：
§4-2 船模与实船的阻力换算
一、二因次换算法
1、假定
1）假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻 力两部分，且摩擦阻力和剩余阻力相互独立。
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2）相当平板假定：假定船体的摩擦阻力等于同 速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。 2、二因次换算关系
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。
船舶阻力阻力
推进功率
PT T vA
W T
vA
vs
R X
有效功率 PT
T
PE R vs
PD n
T
P'D
n 主轴
PM
R PE
推力 轴承
主机
传送效率
主机功率PM
传递效率
S
船后桨收到功率P‘D
PD
M
Q
相对旋转
R
敞水桨收到功率PD
敞水桨
P
PD MQ
推进功率PT
PT T vA
船身效率
H
有效功率PE
PE R vs
1. 兴波阻力成因inf
➢ 理想流体 ➢ 粘性流体
Rw
Cw
1 2
Sv2
2. 船行波inf
3. 与速度之间关系 Rw v46 4. 占总阻力百分比 Rw / R0 10% 80%左右 5. 影响因素
船形（首部形状-水线面附近）；速度；
1. 兴波阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
v 水深傅汝德数： Fh gh
摩擦，涡流，兴波
§8.8 浅水航行对吃水的影响
一． 船舶在深水中航行的沉浮量inf 二． 船舶在浅水中航行的沉浮量inf
一、船舶在深水中航行的沉浮量
体积傅汝德数： Fnv
v gV 1/ 3
Fnv 1 排水状态 1 Fnv 3 过渡状态 Fn 3 滑行状态
深水中航行时的沉浮量
38
二、船舶在浅水中航行的沉浮量
变化规律：
水深傅汝德数： Fnv
v gh
Fnh 0.4 变化小
水深傅汝德数：
0.4 Fnh 1 尾倾
船舶阻力试验简介
船舶阻力试验简介船舶阻力与造船工程实际密切相关，对设计性能良好的船舶具有重要意义。
迄今为止，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
船模试验中计算实船阻力的基本方法依旧在实船建造的前期工作中占有极大的比重，因此本文通过了解、学习各种相关论文分析船舶阻力试验的各种方法介绍并简要叙述其优缺点。
1阻力分类目前，船模试验依旧是研究各种船型阻力的通用方法。
在船模试验中，模型船体并不安装螺旋桨等推进器，而是依靠一定的牵引力在水池中进行匀速向前运动。
因此在进行模型试验时候我们只模拟船舶航行阻力中水阻力中的静水阻力。
而静水阻力通常由裸体阻力和附体阻力组成，其中裸体阻力还会受到环境条件的影响而发生变化。
进一步划分的话，船的裸体阻力还将包含有摩擦阻力和压阻力两种阻力成分。
根据性质的不同，压阻力还含有粘压阻力和兴波阻力两种阻力。
因此我们在高速三体船模型阻力试验中的阻力研究主要研究船的总阻力、黏性阻力和兴波阻力三种阻力。
2研究船舶阻力的方法船舶阻力的研究方法分别有理论研究方法、试验方法和数值模拟。
1）理论研究方法应用流体力学的理论，建立物理或数学模型，根据有关试验观察和测量，结合理论的推演计算。
对于像船舶快速性这样的复杂问题，往往只能获得基本的、定性的解决。
2）数值模拟根据数学模型，采用数值方法（数值模拟）预报船舶航行性能和优化船型和推进器的设计。
但是，由于船型复杂多样，围绕船体的流动也极为复杂，因此数值模拟只能解决部分问题，而大量快速性的实际问题，主要的还是依靠模型试验。
3）试验方法试验方法包括船模试验和实船试验。
船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论（或因次分析）制作小尺度的船模和桨模，在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。
许多优良船型或重要船舶几乎都要进行船模试验。
在船舶快速性研究的历史上，船模试验一直是最主要的方法，在某种意义上说，曾经是唯一的方法。
但船模试验有其局限性，诸如因尺度效应不能完全模拟实船的情况等。
船舶阻力系数公式
船舶阻力系数公式船舶在水中航行时，会受到各种各样的阻力，而要准确地分析和计算这些阻力，就离不开船舶阻力系数公式。
咱先来说说船舶阻力都有哪些种类。
就好比一辆汽车在路上跑，会受到风阻、路面摩擦力等等的影响，船舶在水里也一样，会碰到摩擦阻力、兴波阻力、形状阻力等等。
这摩擦阻力呀，就像是船的身体和水在不停地“摩擦摩擦”，水可不是好惹的，它就会给船一个阻力。
兴波阻力呢，船在水里跑，就像咱们跑步会带起风一样，它会掀起波浪，这波浪反过来就会给船制造麻烦，形成阻力。
形状阻力呢，简单说就是船的外形如果不太“顺溜”，水就不乐意了，阻力也就跟着来了。
那这船舶阻力系数公式到底是个啥呢？其实它就像是一把神奇的钥匙，能帮咱们打开了解船舶阻力的大门。
比如说常见的船舶阻力系数公式，会考虑到船的速度、形状、水的密度等等好多因素。
我记得有一次去参观造船厂，那场面可壮观啦！一艘巨大的船舶正在建造中。
我就和旁边的工程师聊起来船舶阻力的问题。
他指着那船的模型跟我说：“你看这船头的形状，如果设计不好，阻力可就大了去了。
”然后他拿起一张图纸，上面密密麻麻写着各种公式和参数，其中就有船舶阻力系数公式。
他给我解释说，通过这个公式，他们能提前预估这艘船在水里航行时大概会受到多大的阻力，然后在设计上进行优化，让船跑得更快更省油。
这公式里的每个参数都有它的讲究。
速度快了，阻力自然会增大；船的形状越流线型，阻力通常就会越小；水的密度也会有影响，在不同的水域，水的密度可能会有细微差别，这也得考虑进去。
再来说说这公式在实际中的应用。
比如在船舶的设计阶段，设计师们会用这个公式反复计算和模拟，调整船的外形、尺寸，力求让船舶在满足各种功能需求的同时，阻力最小化。
在船舶的运营过程中，船员们也能根据这个公式，结合实际的航行情况，来调整航行速度和航线，达到节能增效的目的。
不过，要想准确地运用这个公式，可不是一件简单的事儿。
它需要大量的实验数据和精确的测量，还得考虑到各种复杂的实际情况。
船只阻力实验报告
船只阻力实验报告船只阻力实验报告引言：船只阻力是船舶工程中一个重要的研究课题。
了解船只在水中行驶时所受到的阻力，对于设计船舶的船体形状、推进系统以及预测船只的性能等方面都具有重要意义。
本实验旨在通过实际测量和实验验证，探究船只阻力的影响因素以及阻力与速度的关系。
实验步骤：1. 实验器材准备：实验所需的器材包括一艘小型船只、一根细长的绳子、一个测量距离的标尺、一个测量时间的计时器以及一块光滑的水面。
2. 实验准备：将船只放置在水面上，确保船只的船体完好无损，并且没有任何杂物附着在船体表面。
将绳子连接在船只的前部，并将其固定在水面边缘。
3. 实验过程：将船只轻轻推入水中，使其开始行驶。
同时，用计时器计时，并记录船只通过标尺所测得的距离。
重复实验多次，每次实验时，可以改变船只的速度或者其他相关参数。
实验结果：通过实验测量和数据记录，我们得到了以下的实验结果：1. 船只速度与阻力的关系：实验结果显示，船只的速度与阻力呈正相关关系。
当船只的速度增加时，所受到的阻力也相应增加。
这表明船只在水中行驶时，需要克服水的阻力才能前进。
2. 船只形状对阻力的影响：在实验中，我们还改变了船只的形状，比较了不同形状船只的阻力。
结果显示，船只的形状对阻力有着显著的影响。
一般来说，船只的船体越光滑、流线型，所受到的阻力越小。
这也是为什么现代船舶设计中注重减小船体阻力的重要原因之一。
3. 其他因素对阻力的影响：实验中，我们还尝试了改变水的温度、船只载重等因素对阻力的影响。
结果显示，这些因素对船只阻力的影响较小，主要影响船只的浮力和稳定性。
讨论与结论：通过以上实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 船只的速度与阻力成正比，即船只在水中行驶时，需要消耗更多的能量来克服水的阻力。
2. 船只的形状对阻力有着显著的影响，流线型的船体能够减小阻力，提高船只的速度和效率。
3. 其他因素对船只阻力的影响较小，主要影响船只的浮力和稳定性。
综上所述，船只阻力是船舶工程中一个重要的研究课题。
船舶阻力要点
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二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二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。
船舶空气动力学性能分析
船舶空气动力学性能分析船舶空气动力学性能分析是指对船舶运动过程中空气动力学性能进行定量分析，包括气动阻力、气动提速和气动配重等方面的问题。
船舶的空气动力学性能对于船舶的运动稳定性、能耗和安全性等方面有着重要的影响。
因此，船舶空气动力学性能分析可以为船舶设计和运行提供重要的参考。
一、船舶气动阻力分析船舶空气动阻力是指船舶运动过程中与空气相互作用产生的阻力。
这种阻力通常指的是船舶在风力作用下的阻力，称为风阻力。
船舶的风阻力是船舶整体结构、气动型线和驾驶方式等因素共同影响的结果。
因此，船舶在设计和制造过程中应该考虑这些因素的影响，尽可能减小风阻力。
船舶风阻力的理论计算可以通过数学模型和工程试验两种方法进行。
数学模型主要基于流体力学的基本方程进行建立，然后采用数值计算方法对船舶的风阻力进行模拟和计算。
工程试验主要是通过对不同形态、不同风向和风速下的船模进行比较试验，来确定船舶的风阻力系数。
由于数学模型往往受到模型假设和计算精度的限制，因此工程试验仍然是目前船舶空气动力学中的主要手段。
二、船舶气动提速性能分析船舶在航行过程中，受到空气作用的影响，存在气动提速现象。
气动提速是指风力作用下，船舶产生的额外速度。
这种现象会产生额外的推力和阻力，从而影响船舶的稳定性和能耗。
船舶的气动提速性能是指在特定风速下，船舶能够获得的气动提速量。
对于不同气动因素影响船舶气动提速性能的因素进行分析，有助于设计更加优化的船舶结构和提高船舶的气动提速性能。
船舶的气动提速性能分析通常需要进行流场模拟计算和试验研究，同时考虑到船舶结构和气动型线等因素的影响。
三、船舶气动配重分析船舶气动配重是指船舶运动过程中由于气动提速和风阻力的影响，船舶稳定性发生变化，需要进行配重调整。
船舶在航行过程中，气动配重问题对于船舶的安全性和能源利用效率具有重要影响。
船舶气动配重问题主要体现在船舶的气动提速和气动阻力方面。
通过对船舶运动过程中气动提速和阻力的分析，可以确定需要进行的气动配重大小和位置。
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当Rns Rnm时：C fs C fm
即 ： Rfs R fm
(1 2
Sv2 )s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl 2Cv2
几何相似的船模和实船，当二者雷诺数相
等时，其摩擦阻力或涡流阻力相似。
四、傅汝德相似定律
Rw
Cw
1 2
Sv2
Cw
f(
v) gL
傅汝德数：Fr
v gL
Rws
C ws
(1 2
Sv2 )s
dn
2. 船体
Rf 0
du ds
S dn n0
Rf
S
du dn
n0
cos( ;
x)ds
KR f
0
Rf
0
Cf
0
1 2
Sv2
Rf
Cf
1 Sv2
2
KR f 0
法线方向 n
······
速度的分布
速度
法线方向 速度的分布
船速
Vs
二、涡流阻力（粘性压差阻力）
1. 涡流阻力成因inf
➢ 理想流体 Re理 0 ➢ 粘性流体
Re
Ce
1 2
Sv 2
2. 与速度之间关系 Re v2
3. 占总阻力百分比 4. 影响因素
Re / R0 5 10%左右
船形（尾部形状）inf；
速度；粘性；
涡流阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
Re
Ce
1 2
Sv 2
vs
R
vs
尾部形状对涡流阻力的影响
流线体
圆球
圆柱
圆盘
三、兴波阻力
vs
R
Rw
Cw
1 2
Sv2
vs
2. 船行波
1. 首波系
– 横波 – 散波
2. 尾波系
– 横波 – 散波
球鼻首作用
§8.3 相似定律
一． 相似准则inf 二． 流体力的一般表达式inf 三． 雷诺相似定律inf 四． 傅汝德相似定律inf 五． 基本阻力全相似条件inf 六． 傅汝德假设inf
一、相似准则
vs vm
gLs
gLm
vs Ls vm Lm
s
m
即：
s m
C
3 l
结论： 全相似的条件不存在：
六、傅汝德假设 R0 Rf Re Rw
1. 基本阻力组成 Rr Re Rw R0 R f Rr 2. 剩余阻力相似条件
Rr
Cr
1 2
Sv 2
Fns Fnm
3. 摩擦阻力按平板阻力估算
Rf
Rf cos( ; x)ds
S
Rr p cos( p; x)ds
S
vA
W
vs
v
T
R
p
基本阻力分类
基本阻力R0
摩擦阻力R f
压差阻力
Rr
涡流阻力 Re
(粘性压差阻力)
兴波阻力 Rw
粘
性 R
阻
力
vA v
p
§8.2 基本阻力的机理
一、摩擦阻力inf 二、涡流阻力inf 三、兴波阻力inf
一、摩擦阻力 d u dn 1. 摩擦阻力计算 inf
KC
f
0
1 2
Sv
2
4. 根据相似定律求实船的剩余阻力
Rrs Rrm
(
1 2
Sv2
)
s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl3
应用
§8.4 基本阻力的估算
一． 摩擦阻力估算p143
R f a f S a f f (v, L)
二． 剩余阻力估算
推进功率
PT T vA
W T
vA
vs
R X
有效功率 PT
T
PE R vs
PD n
T
P'D
n 主轴
PM
R PE
推力 轴承
主机
传送效率
主机功率PM
传递效率
S
船后桨收到功率P‘D
PD
M
Q
相对旋转
R
敞水桨收到功率PD
敞水桨
P
PD MQ
推进功率PT
PT T vA
船身效率
H
有效功率PE
PE R vs
W
vs
T
R
X
船舶在给定主机功率条件下等速直航的速度性能。
Y
二、船舶运动所消耗的功率
功率传递inf、传送效率inf
PE R vs
W
T
推进系数Cp
vs
R
P X
PEE
CP
PE PM
R vs PM
T
主轴 PM
推力
R
轴承
主机
推进功率的传递
主机功率PM
船后桨收到功率
PD
M
Q
敞水桨收到功率 PD MQ
Cp
PE PM
H P R S
s
PD PM
MQ
PM
R
PD PD
MQ MQ
p
PT PD
TvA
MQ
H
PE PT
Rvs Tv A
船舶阻力R分类1-特征分类
R
空气①
附
R
汹涛②
加
阻
水
浅水附加③
力
静水 污底阻力④
附体⑤
新造船深水
基本阻力=裸船体阻力
W
vs
T
R
船舶阻力R分类2-力学性质分类
1、摩擦阻力
2、压差阻力
第八章 船舶阻力
§8.1 概述 inf
§8.2 基本阻力的机理 inf
§8.3 相似定律 inf
§8.4 基本阻力的估算 inf
§8.5 基本阻力百分数 inf
§8.6 营运载态和浮态对快速性的影
§8.7 附加阻力 inf
§8.8 浅水航行对吃水的影响 inf
习题
§8.1概述
一． 快速性 二． 船舶运动所消耗的功率inf 三． 总阻力分类inf 四． 基本阻力的分类inf
基本量纲： L, M,T
F
ma
kL3
L T2
kL2 ( L )2
T
F C 1 Sv2
2
C 牛顿数
1 v2 流体的动压强
2
1 Sv2 流体的动力量纲
2
三、雷诺相似定律
Rf
Cf
1 Sv2
2
Cf
f ( vL)
雷诺数：Rn
vL
R fs
C fs
(1 2
Sv2 )s
R fm
C
fm
(1 2
Sv2 )m
几何相似 1.
Cl
Ls Lm
Bs Bm
ds dm
x sA xmA
ysA ymA
2. 运动相似 3. 动力相似
Cv
vs vm
v sA vmA
v sB vmB
CP
psA pmA
sA mA
psB pmB
sB mB
Rs rm
长：Ls 宽：Bs
·A V
· B
长：Lm
宽：Bm
·A V
· B
二、流体力的一般表达式
Rwm
Cwm
(1 2
Sv2 )m
当Frs Frm时：Rws Rwm
即 ： Rws Rwm
(
1 2
Sv
2
)
s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl 2Cv2
几何相似的船模和实船，当二者傅汝德数
相等时，其兴波阻力相似。
五、基本阻力全相似条件
R0 R f Re Rw
摩擦阻力和涡流阻力相似条件： Rns Rnm 兴波阻力相似条件： Fns Fnm
1. 兴波阻力成因inf
➢ 理想流体 ➢ 粘性流体
Rw
Cw
1 2
Sv2
2. 船行波inf
3. 与速度之间关系 Rw v46 4. 占总阻力百分比 Rw / R0 10% 80%左右 5. 影响因素
船形（首部形状-水线面附近）；速度；
1. 兴波阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0擦阻力
Rf
0
Cf
0
1 2
Sv2
2. 与速度之间关系
Rf v1.83
Rf
Cf
1 Sv2
2
3. 占总阻力百分比 Rf / R0 20% 80% 4. 影响因素
粘性；速度梯度；
W
船形；速度；表面粗糙度 T
湿表面积（吃水）；
vs
R X
1. 平板
一、摩擦阻力计算
du