船模阻力试验船舶阻力与推进
第五章 船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法，目前关于船舶阻力方面的知识，特别是提供设计应用的优良船型资料及估算阻力的经验公式和图谱绝大多数是由船模试验结果得来的。
新的理论的发展和新船的设计是否能得到预期的效果都需要由船模试验来验证。
而理论分析的进一步发展，又为船型设计和船模试验提供更为丰富的内容，以及指出改进的方向。
因此船模试验是进行船舶性能研究的重要组成部分。
本章先对船模试验池和船模阻力试验作一简要介绍，然后分别从设计和研究观点来讨论表达船模阻力数据的方法。
§ 5-1 拖曳试验依据、设备和方法船模试验是研究船舶阻力性能的主要方法。
因此需要了解船模阻力试验的依据，试验设备和具体的试验方法。
一、船模阻力试验的依据由§1-2的阻力相似定律指出：如能使船模和实船实现全相似，即船模和实船同时满足Re 和Fr 数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数。
§1-4中已阐述船模和实船难以实现全相似条件。
根据现实可能性，也不能实现船模和实船单一的粘性相似，即保持Re 相等，这是因为，如要使Re m = Re s ，则必有：υm L m /v m = υs L s /v s即 υm = α υs v m / v s (5-1)式中，α为船模缩尺比。
因为船模和实船的运动粘性系数两者数值相近，如假定v m = v s ，则(5-1)式为：υm = α υs (5-2) 由于船模均要比实船缩小几十倍以上，因而要求船模的速度较实船速度大几十倍，甚至达到超音速情况下进行试验，显然是不现实的。
因此船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上就是在满足重力相似条件下(保持Fr 数相等)进行的。
由于是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假设，诸如傅汝德假定，休斯假定等才能换算得到相应的实船总阻力。
二、船模试验池船模试验池是进行船舶性能研究和某些结构、强度试验的重要设施，因而世界各国均普遍建造了各种船模试验池。
普通的船模试验池，其主要任务是进行船舶模型的拖曳、自航及适航性等试验。
水池狭而长，配置有拖动设备和测量仪器以测得船模在不同速度下的阻力值。
为了避免海水的腐蚀作用，试验池的水都采用淡水。
为了提高船模试验的精确性，使能对较大尺度船模进行试验，并能更广泛地进行船舶性能、强度和振动等多方面的试验研究，通常需要建立拖车式船模试验池。
船模试验池的尺度主要由船模的大小和速度而定。
此外，还与拖曳设备的特点、试验的要求等有关，因为水池的长度和拖车的速度实际上对船模的尺度和速度有一定的限制。
船模每次试验时，启动拖车并加速到所需的试验速度，需要经过一段距离，然后进入匀速段，测量和记录船模的阻力和速度，最后拖车开始减速直至停止，需要留有一段减速距离。
显然水池的长度应大于这三段距离之和。
船模速度越高，则各段的距离相应亦要增加，特别是匀速段距离越长，越易于进行测量和记录。
由于试验是在保持Fr 数相同的条件下进行的，所以船模的试验速度与缩尺比的平方根成反比。
当船池的长度、速度受到限制时往往只有通过增大缩尺比，减小船模尺度和速度来进行拖曳试验。
此外，船池的宽度和深度也应以减少池壁和池底对船模试验的影响为依据，即池壁干扰作用不致过大，以保证试验的准确性。
所以长度较大的船模试验池其池宽和池深也要相应增大。
有不少船模试验池具有假底设备，池底与水面的距离可以调节，因此可作浅水船模试验。
如果在假底上再建造边壁，则就可以进行限制航道中的阻力试验。
近年来，为了进行限制航道船模试验，亦有将试验池的水面放低，同时阻力仪也相应下降来做试验的。
也有建造专门的浅水试验池供进行限制航道船模试验之用。
船模试验池按照拖曳船模的方式可分为拖车式和重力式两种。
1．拖车式船模试验池拖车式船模试验池都装有沿水池两旁轨道上行驶的拖车，如图5-1所示。
拖车的用途首先在于拖曳船模保持一定方向和一定速度运动。
其次安装各种测量和记录仪器，例如测定船模拖曳阻力的阻力仪、记录船模升沉和纵倾的仪器以及记录船模速度的光电测速仪等，甚至为了便于观察试验现象、拍摄照片和录像，在拖车上还设有观察平台。
现代船池的拖车上还配置有计算机处理系统，以便迅速地给出试验结果。
拖车式船模试验池的优点是：可以采用较大尺度的船模，因此尺度效应较小，试验结果的准确性较高；其次，拖车式船池能进行广泛的试验，除了船模阻力试验外，还可以进行以下诸方面的试验研究：(1) 测量和观察船体表面的流动状况，这对于船体线型设计和附体布置是很有价值的；(2) 船舶推进方面的试验，如螺旋桨模型的敞水试验、船模自航试验以及进行船体与螺旋桨的相互作用问题的研究等；(3) 船舶耐波性方面的试验，主要研究船模在波浪上的运动和航行状态；(4) 操纵性方面的试验；(5) 强度和振动方面的试验。
拖车导向杆滑动电弓滑线阻力仪轨道图5-1 拖车式船模试验池示意图2．重力式船模试验池这种试验池较拖车式试验池简单得多，它没有拖车设备，是靠重量的下落来拖动船模的，如图5-2示。
砝码的重量就等于船模的阻力，如同时记录船模被拖动一定距离所需要的时间，就可得到相应的船模速度。
因此，重力式船模阻力试验是在给定阻力情况下，测定船模相应的速度。
重力式船模试验池的优点是：水池小，设备简单，建造成本低，并具有一定的准确性。
其不足之处是：船模尺度小，尺度效应大，因此在一定程度上使试验内容受到限制，而且将影响试验结果的精确性，此外也不便于观察船模的运动和水流情况等。
三、船模阻力试验方法和内容如前所述，船模阻力试验是将实船按一定的缩尺比制成几何相似的船模，在满足Fr 数相等的条件下，在船池中拖曳以测得船模阻力与速度之间的关系。
1．试验准备为了进行阻力拖曳试验，必须进行一系列试验准备工作：首先按一定要求制作试验用的船模。
船模的缩尺比依据水池的长度、拖车最高速度以及实船的尺度和航速来确定。
船模线型要与实船保持几何相似，表面必须光洁，满足一定的加工精度。
船模所使用的材料通常有蜡质和木质两种。
木质船模不易变形并可以保存。
对于一些重要的和试验周期较长的模型，采用木模为宜，但其加工困难，时间长，成本高；而蜡模加工方便，时间短，便于改型，且石蜡又可重复使用，唯在夏季气温较高时容易变形。
其次，船模在试验前要安装人工激流装置，一般用细金属丝缚在船模的921站处，则在细金属丝以后的边界层中产生紊流，这细金属丝称为激流丝。
船模安装激流丝后，进行称重工作。
准确地秤量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。
最后通过调整压载位置使船模没有横倾，首尾吃水满足所要求的吃水情况。
重锤2．阻力试验测量数据完成上述试验准备工作后，可以进行船模拖曳试验。
试验要求测量和记录的主要物理量有船模速度、船模阻力、船模纵倾角、重心升沉和浸湿长度等，这些量的测量方法介绍如下：(1) 船模速度记录：根据实船长度、航速范围和模型尺度按Fr 数相似的原则，确定船模的速度范围，然后在不同的速度下进行拖曳试验。
船模速度就是拖车速度。
具体方法有由机械式测速轮得到距离记录与相应的时间记录来计算船模速度，或应用光电管原理，通过数字记录器直接读出船模速度。
(2) 船模阻力的测量：阻力测量与速度记录应同时进行。
船模阻力可由专门仪器，即阻力仪测得。
阻力仪有机械式和电测式两类。
图5-3为机械式阻力仪的原理图。
由图可知，当拖车作匀速运动时，船模阻力R tm 中的主要部分由砝码盘上的砝码重量W 所平衡，而剩余部分则由摆锤p 的偏移来平衡。
由力矩平衡原理得：W · r B ± p l p sin θ = R tm · r A由此得船模阻力其中，r A 和r B 分别为阻力仪同轴轮A 和B 的半径；l p 为摆锤p 到轮中心的距离；θ为摆锤p的偏移角度。
因此对于给定的阻力仪摆轮，只要已知砝码的重量W ，并由记录筒记录下摆针的偏移，就可求得船模阻力R tm 值。
上述是机械式阻力仪的原理，但具体的结构形式可以是各式各样的。
电测式阻力仪的基本原理是通过测定并记录传感器在受到阻力情况下的变化信号，然后根据传感器受力大小与其相应的变化信号间的标定关系来换算得相应的阻力值。
电测式阻力仪记录测量方便，便于应用计算机进行数据处理。
但周围环境对记录仪的影响较大，因而其精确性并不比机械式阻力仪高。
(3) 船模纵倾角和重心升沉的测量：可以用纵倾仪或专门用来测量船模运动的仪器来测图5-3 机械式阻力仪原理量船模纵倾角和升沉。
(4) 浸湿面积和湿长度的确定：通常对排水式船舶由于航行中航态变化小，所以认为浸湿面积和湿长度与静浮状态下完全相同。
但对于滑行艇，其湿长度和湿表面积将随拖曳速度而变化。
因此，对于每一拖曳速度，可以通过目测、摄影或摄像得到。
此外，船体表面的流线测定也是船模阻力试验的内容之一。
流线试验的目的是为了使附体能按照流线的方向安装以尽量降低附体阻力；同时通过对流线的分析以寻找改善阻力性能的方法。
我国一些水池采用在船模上涂油漆的方法或安装丝线方法来进行流线试验。
图5-4是流线试验所得的一个例子。
3．船模与实船阻力换算船模阻力试验的主要目的是由试验所得的船模阻力换算得到实船的静水总阻力或有效功率值。
具体的换算方法有两种：一是基于傅汝德假定的傅汝德换算法；另一是根据休斯提出的三因次换算法或称为(1+k )法。
前者在§1- 4中已 作详细叙述，即由模型试验测得船模总阻力后， 实船总阻力或总阻力系数可按(1-25)和(1-26) 式换算得到。
三因次换算法如在§2-8中所述，相应速度下的实船总阻力系数可按(2-49)式换算得到。
这两种换算方法均可列表进行。
§ 5-2 船模阻力数据表达法由船模阻力试验可得到船模阻力与速度之间的关系曲线，进而通过阻力换算得到实船的阻力和有效功率曲线。
但为了对所设计的船舶能更方便地进行船体阻力换算以及不同船型之间比较阻力性能的优劣，需要将由船模试验所得的阻力(或功率)与速度之间的关系，以一定的参数、恰当的形式来表达，这称为船模数据表达法。
一、表达法的目的和要求船模阻力数据表达法的目的有以下两方面：一是船体阻力换算。
这是指船型相同，而大小不同的船舶之间的阻力换算。
显然按不同缩尺比均可由船模阻力资料换算得各大小不同船舶的阻力值。
另一是比较船型阻力性能之优劣。
这是指船型不同，但大小相同或相近的船舶之间阻力性能优劣的判别。
目前，尽管对船模数据表达尚未取得一致意见，因而国际船模试验池会议还不能推荐一 种能被大家所共同接受的表达方法，但为了达到上述目的，倾向性的意见认为恰当的表达法 应具有的几个基本要求是明确的：(1) 无量纲化。
为了具有普遍意义，表达式常采用无量纲形式表示。
这样既避免绝对尺度对阻力值的影响，同时所表示的各参数的数值在任何单位系统中都是相同的。
船舶阻力与推进
8.附加阻力：船的各种附属体受到水的阻力、水面以上的船体受到空气阻力、风浪使船的阻力相对静水时有一定增加。由这三种因素产生的阻力合成为附加阻力。
9.船舶快速性：研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航速的能力的科学；或者说是在给定主机功率时，表征船舶航行速度快慢的一种性能。
2)高速船的 较低速船要小得多，所以高速船船型瘦长，低速船短而肥；
3)由于 的变化对摩擦阻力和剩余阻力两种阻力成分产生相反的影响，因此实际上对于给定航速的船存在一个对应于最低阻力的 最佳值。而对于不同航速应该存在 的最佳曲线。
6.船体阻力按能量观点如何分类？
总阻力 是由兴波阻力 和粘压阻力 两部分组成。这两部分力归因于尾流及波形能量消耗。
能量：在船尾部形成漩涡要消耗能量，而一部分漩涡被冲向船的后方，同时船尾处又继续不断的产生漩涡，这样船体就要不断地供给能量，这部分能量的消耗就是以粘压阻力的形式表现的。
14.二因次法和三因次法的区别是什么？
1)傅汝德算法中，应用平板公式计算船的摩擦阻力，所以可以叫做二因次换算法；而在三因次换算法中引进形状因子以照顾船的三因次流动，所以叫做三因次换算法，又称（1+k）法；
特点：
1)首横波通常在首柱稍后处始于波峰，二为横波在尾柱之前始于波谷。在船后首尾两横波系相叠加，组成合成横波；二两波系中的散波系各不相混，清楚地分开。
2)船行波的另一特点是船波随船一起前进。
5.从阻力的角度考虑，如何选取船舶的 ？
1)低中速船的 宜取适当大一些；随着航速增大，则应降低 值，对阻力的影响是有利的；
3)船体形状是相当复杂的三因次物体，琪周围流动情况与平板相比显然有一定的差别。因为用相当平板的摩擦阻力来代替船体的摩擦阻力，必然是有误差的。
阻力与推进复习题分解
、单项选择题（每小题 1 分） 1. 粘性阻力通常包括（） A．摩擦阻力和粘压阻力 C．破波阻力和波形阻力 B．兴波阻力和粘压阻力D．摩擦阻力和压差阻力2. 附加阻力包括（） A．兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力 B．空气阻力、附体阻力和汹涛阻力 C．空气阻力和附体阻力 D．空气阻力、附体阻力和破波阻力3. 模试验时安装激流丝，其作用在于（） A．增加表面粗糙度 B．计量水位 C．消除船模首部层流影响 D．固定仪器4. 在进行螺旋桨模型敞水试验时通常只满足进速系数相等；在空泡试验时需满足（） A．Fr、J 相等 B．σ、ξ相等 C．σ、J 相等5. 螺旋桨工作时，桨叶所受的应力最大处为（） A．叶梢 B．根部 C．0.6R 处 D．J、σ相等 D．0.25R 处6. 船模阻力试验前要安装人工激流装置，一般用 ? ? 1 mm 细金属丝缚在船模上，使其在细金属丝以后的边界层中产生紊流，该金属丝应装在船模的（）。
A．9.5 站 B．9.75 站 C．9.25 站 D．9 站7. 兴波干扰为（）和（）之间的干扰。
A．首横波尾横波 B．首横波尾散波 C．首散波尾横波 D．首散波尾散波8. 以下关于降低粘压阻力的船型要求说法，错误的是（） A．去流段长度满足 Lr ? 4.08 Am B．后体收缩要缓和C．适当注意前体线型 D．避免船体曲率变化过小 9. （M）AU 型螺旋桨是一种（） A．变螺距螺旋桨 B．等螺距螺旋桨 C．可调螺距螺旋桨 D．特殊螺距螺旋桨 10. 伴流按产生原因来分类，由于船身周围的流线运动而产生的是（） 01226 船舶阻力与推进试卷第 1 页（共 6 页）01226 船舶阻力与推进试卷第1 页（共6 页）A．势伴流 B．摩擦伴流 C．波浪伴流 D．平均伴流 11. 某船的船后平均伴流分数为 0.18，推力减额分数为 0.15，则该船的船身效率为（） A．0.96 B．1.0 C．1.02 D．1.04 12. 破波阻力产生的条件是（） A．船型削瘦 B．船型丰满 C．必须存在自由表面 D．船舶航行速度大于 20kn 13. 螺旋桨模型的敞水试验中，理论上要求桨模与实桨之间满足的条件为（） A．傅汝德数相等 B．雷诺数相等 C．进速系数相等 D．雷诺数和进速系数均相等 14. 在 ? 一定时，排水量长度系数? 增大，将使总阻力（） (0.01L ) 3A．不变 B．减小 C．增大 D．不定 15. 叶背上切面最大厚度处所产生的空泡为（） A．涡空泡 B．泡状空泡 C．片状空泡 D．云雾状空泡 16. MAUw 型螺旋桨与其原型 AU 型螺旋桨相比，其不同之处在于（） A．减小了导缘的高度 B．增加了拱度 C．尾部上翘无D．以上答案都正确 17. 桨叶某点 B 处发生空泡的条件是该处（） A．ξ ≥ σ B．ξ <σ C．Po ≥ Pb D．Po < Pb18. 剩余阻力通常包含（） A．摩擦阻力和粘压阻力 B．兴波阻力和粘压阻力 C．破波阻力和波形阻力 D．摩擦阻力和压差阻力 19. 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。
演示文稿-船模阻力试验
C R CTm C Fm
其中CFS和CFm是实船和船模的摩擦阻力系数， 按1957年国际船池会议建议的公式计算，△CF 是摩擦阻力附加补贴值（或称相关因子），习 3 惯上取: CF 0.4 10
实船的总阻力和有效功率:
RTS 0 CTS 0 1 2 s SV s 2
(N)
4、检查水温测量装置工作是否正常，并记 录水池水温（在水深方向的温差应小于2℃）； 5、调整船模的排水量、浮态，使其符合试 验要求，同时船模在水下部分的表面上应无气 泡；
6、导向器的安装应灵活可靠，激流丝的安 装要正确，参见图1； 7、拖点的位置以及拖力的方向要与实船一 致，对于一般的排水量船，通常拖点高度就取 在水线面上。
ν m：池水的运动粘性系数，
（m2/s）；
可根据船模在低弗劳德数（Fr=0.1-0.2）范围的 试验结果按下式算出：
CTm Fr n (1 K ) A C Fm C Fm 式中（1+K）、A、n等数值由最小二乘法确定，
指数n的范围一般为2～6。也可采用普鲁哈斯卡方法进 行计算确定。 （注：为了获得最小的标准误差，应对船模阻力试验结 果作出曲线，经光顺后重新选取航速与阻力值对应点 再进行（1+K）等值的计算。）
1、1978年15届国际船模水池会议（ITTC） 推荐的三因次换算方法；
2、我国习惯使用的二因次换算方法
三因次换算方法：
C Tm RTm 1 2 m S mV m 2
CTm ：船模总阻力系数；
RTm ：船模总阻力（N）；
m ：池水密度（kg/m3）；
S m ：船模湿表面积（m2）；
Vm ：船模速度（m／s）；
4、试验过程中，将每个速度所对应的 船模阻力值点绘在坐标纸上，以便随时检查 阻力曲线的光顺程度，判断试验结果是否可 信。对于有疑问的试验点应及时重做，或在 其附近增加试验点； 5、记录水池水温。
船舶阻力复习及答案
船舶阻力复习及答案第一章概述1.船舶快速性，船舶快速性问题的分解。
船的快速性:在给定的主机功率下，这种快速性对某艘速度较高的船是有好处的。
或者，一个当一艘给定的船需要达到一定的速度时，主机功率越小，速度越快。
船舶快速性被简化为两个部分:“船舶阻力”部分:研究恒速直线航行时船体遇到的各种阻力问题。
“船舶推进”部分:研究克服船体阻力的推进器及其与船体的相互作用，以及船舶、机器和螺旋桨(推力进入设备)匹配问题。
2.船舶阻力，船舶阻力研究的主要内容和方法。
船舶阻力:在航行过程中，由于流体(水和空气)阻止船舶前进的力，它与船体的运动同相。
反作用力被称为船的阻力。
船舶阻力研究的主要内容:1.以一定速度在水中直线航行的船舶遇到各种阻力的原因和特性；2.阻力随速度、船型和外部条件的变化规律；3.研究降低阻力的方法，寻求设计低阻力的优秀船型。
4.如何准确估算船舶阻力，为螺旋桨(螺旋桨)设计提供依据，以确定主机功率。
研究船舶阻力的方法；1.理论研究方法:应用流体力学理论，通过观察、调查、思考和分析问题，抓住问题主题的核心和关键，决定要采取的措施。
2.试验方法:包括船模试验和实船试验。
船模试验是基于对问题本质的理性理解，根据相似性该理论在测试单元中进行测试，以获得问题的定性和定量解决方案。
3.数值模拟:根据数学模型，用数值方法预测船舶的航行性能，优化船型和螺旋桨设计。
3.水面舰船阻力的构成及各阻力产生的原因。
船舶在水面航行的阻力包括裸船体阻力和附加阻力，其中附加阻力包括空气阻力、风暴阻力和附体阻力。
船体阻力产生的原因:波浪在船体运动过程中上升，船头的波峰增加了头部压力，而船尾的波谷降低了尾部压力，产生了波浪阻力；由于水的粘性，在船体周围形成一个“边界层”，使船体在运动过程中受到摩擦阻力。
涡流通常是在船体曲率突然变化时产生的，尤其是在船尾，导致涡流的出现。
举升船体前后的压力不平衡，导致粘性压力阻力。
4.船舶阻力的分类方法。
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一、单项选择题（每小题1分）1. 粘性阻力通常包括（ ）A ．摩擦阻力和粘压阻力2. 附加阻力包括（ ）B ．空气阻力、附体阻力和汹涛3. 模试验时安装激流丝，其作用在于（ C ．消除船模首部层流影响 4. 在进行螺旋桨模型敞水试验时通常只满足进速系数相等；在空泡试验时需满足（ ）C ．σ、J 相等 5. 螺旋桨工作时，桨叶所受的应力最大处为（ ） B ．根部 6. MAUw型螺旋桨与其原型AU 型螺旋桨相比，其不同之处在于（ ） D ．以上答案都正确7. 桨叶某点B 处发生空泡的条件是该处（ ）A ．ξ≥ σ 8. 浅水情况下，在（ ）附近，横波与散波叠加形成孤独波，阻力急增。
B ．临界区域 9. 对于理想推进器，诱导速度愈大，则（ ）A ．推力愈大 10. 关于螺旋桨各种效率问题，正确的是（ C ．ηH ηR可能大于1 11. 船模阻力试验前要安装人工激流装置，一般用mm 细金属丝缚在船1=φ模上，使其在细金属丝以后的边界层中产生紊流，该金属丝应装在船模的（ ）。
A ．9.5站 12. 兴波干扰为（ ）和（ ）之间的干扰。
A ．首横波 尾横波13. 以下关于降低粘压阻力的船型要求说法，错误的是（ ）D ．避免船体曲率变化过小14. （M ）AU 型螺旋桨是一种（ ）B ．等螺距螺旋桨 15. 伴流按产生原因来分类，由于船身周围的流线运动而产生的是（ ）A ．势伴流 16. 某船的船后平均伴流分数为0.18，推力减额分数为0.15，则该船的船身效率为（ ）D ．1.0417. 破波阻力产生的条件是（ ）C ．必须存在自由表面 18. 螺旋桨模型的敞水试验中，理论上要求桨模与实桨之间满足的条件为（ ）D ．雷诺数和进速系数均相等19. 在一定时，排水量长度系数∆增大，将使总阻力（ ） D ．不定20. 叶背上切面最大厚度处所产生的空泡为3)01L .0(∆（ B ．泡状空泡 21. 粘性阻力通常包含（ ）B ．摩擦阻力和粘压阻力22. 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。
船舶阻力与推进课程设计报告
船舶阻力与推进课程设计报告船舶与海洋工程船舶阻力与推进课程设计报告课程名称：船舶阻力与推进课程设计题目：航速：15.06kn 排水量:22311t院（系）：运载工程与力学学部专业：船舶与海洋工程班级：学号：学生姓名：指导教师：目录一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力 (2)1．根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率 (2) 2．阻力的估算 (2)二、螺旋桨初步设计 (2)三、螺旋桨终结设计 (3)1．船体主要参数 (3)2．主机参数 (3)3．推进因子的决定 (4)4．可以达到最大航速的计算 (4)5．空泡校核 (5)6．强度校核 (7)7．螺距修正 (8)8．重量及惯性矩计算 (9)9．敞水性征曲线之确定 (9)10．系柱特性计算 (10)11．航行特性计算 (10)12．螺旋桨设计总结 (12)0B一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力3B1．根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率母型船设计船设计船排水量22311t ，要求航速15.06kn ；母型船排水量20800t ，15.48kn 。
从换算数据中读出设计船满载有效功率为P E =4809.12hp 。
4B2．阻力的估算船身总阻力=??==514.006.154809.127575vP R Et 46594.94 kgf1B二、螺旋桨初步设计初步设计确定最佳转速初步设计确定最佳转速的计算表将表格内结果绘制成如下页所示曲线，求得最佳转速约为147.68r/min ，最后根据主机确定的转速为148 r/min。
确定转速的计算结果2B三、螺旋桨终结设计5B1．船体主要参数船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。
根据母型船参数，通过海军部系数法换算得到设计船主要参数如下：设计水线长 LWL=180.40 m垂线间长 LPP=175.14 m 型宽 B=27.27 m型深 H=15.64 m设计吃水 T=11.13 m方形系数 CB=0.7253 排水量Δ=40725 t桨轴中心距基线 ZP=3.69 m6B2．主机参数7B3．推进因子的决定根据泰洛公式估算半流分数（ω=0.5C b -0.05）ω=0.3126由于推理减额分数尺度作用很小，取值与母型船相同t =0.21 取相对旋转效率ηR =1.0 船身效率ηH =(1-t)/(1-w)=1.1494 8B4．可以达到最大航速的计算采用MAU 4叶桨图谱进行计算。
船舶原理-船舶阻力
拖曳水池
Froude(傅汝德） 1871年 2783610英尺
上海交大
11063 米
708所
7552.5 米
702所
474147 米
试验性质
• 校核试验 • 变参数试验 • 系列试验
试验种类
• 阻力试验 （无螺旋桨） • 自航试验
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实船试验
鉴定船舶的各种性能是否达到设计要求，并 同船模试验比较，分析尺度效应的影响，验证船 模试验结果的准确性。但是由于经济原因和测试 的困难，除新船试验外很少进行。
2
mm
Sm
Frm Frs m s
Lm Ls
Crs
1 2
s s 2
SsLm Ls
Sm
Crs
s m
Lm Ls
Sm Ss
m s
Crm
Crs Crm
Crs Crm Ctm C fm
实验测定 平板公式
Cts Cfs Ctm Cfm
Froude假定的问题点 ①忽略相互干涉
Slide 10
理论分析
应用流体力学的理论，建立解决问题的基本 数学模型，对一些复杂问题减化为简单的情况， 抓出问题的本质，给出一些指导性的定性结果。
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CFD(Computational Fluid Dynamics) 数值模拟
利用计算机，根据数学模型，采用数值方法，模 拟船体航行时的流场，阻力性能等，与模型试验进行 比较，预报船舶航行性能。
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研究方法
试验方法
• 模型试验 • 实船试验
理论计算分析
• 理论分析 物理概念 简单分析 • 计算分析 CFD （Computational
船舶阻力与推进
（a）横剖面面积曲线
图 3-20 船体形状对兴波阻力的影响
（b）剩余阻力曲线
2．造成有利的波系干扰
船首波
合成横波
球首兴波 图 3-21 球鼻船首减小兴波的原理
安装水翼后的水面
船首兴波
水翼波穴
消波水翼
图 3-22 消波水翼的"消波"原理
二、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．使船体抬出水面设计概念
q)
3 4
这样，对应于有利干扰和不利干扰分别为： 当q = 0.5时， CpL / λ = n－1 / 4 有利干扰 当q = 0 时， CpL / λ = n－3 / 4 不利干扰 定义ⓟ为船速υ与波长为CpL的波速之比，即
ⓟ υ / gCpL g λ / gCpL λ
2π
2π 2π
Cp L
上式称为“色散”关系式。当具有不同波数 或波频的平面进行波在水中传播时，存在有 传播速度不同的“色散”现象。
6．波 能
由流体力学知，波浪的动能 Ek 和位能 Ep
两部分相等，且均等于 1 ρg ，A2 因此单位波面
的总能量为：
4
E0
1 2
ρg
A2
1 8
船舶阻力1(修改稿)
兴波阻力：由兴波引起的压力分布改变所产生的阻力。 摩擦阻力：由于水存在粘性在船体周围形成边界层，使船体运动过程中
受到粘性切应力作用，表现为船体表面产生了摩擦力，其在运动方向的 合力为摩擦阻力。 粘压阻力：由于水的粘性和船体曲度变化，会产生旋涡、边界层等情况 改变了沿船体表面压力分布，引起船体前后压力不平衡而产生的阻力为 粘压阻力。
船舶阻力——第一章绪论 ——船舶快速性及研究方法
三、研究方法
1、理论方法 理论分析 CFD ：STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT 2、试验方法 船模试验和实船试验
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
3
§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
一、概述
静水阻力 水阻力
船舶阻力
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
裸船体阻力 附体阻力 汹涛阻力 空气阻力
船体阻力
附加阻力
二、船体阻力的成因及分类
1、船体阻力的成因 现象
波浪 边界层（粘性） 旋涡（曲度骤变处）
兴波阻力 Rw 摩擦阻力 Rf 粘压阻力（旋涡阻力）Rpv
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
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§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
作业和思考题： （1）船舶阻力和船体阻力的划分图； （2）船体阻力中各阻力成分定义； （3）船体阻力的各相似定律； （4）傅汝德假定及其作用和存在的问题。
船舶阻力——第一章绪论 ——傅汝德假定
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
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江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞
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§1.3阻力相似定律
船舶阻力——第一章绪论 ——阻力相似定律
船舶阻力第一章
f
粘性阻力 R v
ห้องสมุดไป่ตู้
Rp
兴波阻力 Rw
4、各部分所占船体阻力比重
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
三、阻力曲线和有效功率曲线
1、影响阻力主要因素 航速 船型 外界条件 2、阻力曲线
Rt f1 (Vs )
3、有效功率 P e
P e Rt Vs
Rts Rfs Rrm s / m
Rts R fs Rrm Rtm R fm ( s / m ) 3
——傅汝德换算关系
s / m (s / m ) 3
§1.4 傅汝德假定
无量纲表示
Cts C fs Crs Crs Crm Crm Ctm C fm
《船舶阻力与推进》
-------船舶阻力部分
第一章 绪论 §1.1 船舶快速性及研究方法
船舶性能： {浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性} 一、船舶快速性 1、定义： 船舶快速性是研究船舶尽可能消耗较小的机器功 率以维持一定航行速度的能力的科学。 船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航行 速度快慢的一种性能。 2、船舶快速性研究所包含的两部分内容 （1）船舶阻力：研究船体在运动过程中所受到的各 种阻力问题。 （2）船舶推进：研究克服船体阻力的推进器及其与 船体间的相互干扰及船、机、桨的 匹配问题。
2 g / v2 L1 gL / v2 1/ Fr 2 Fr v / gL
兴波阻力系数 傅汝德数
根据定律
Cw Rw / 0.5 v 2 S 1/ Fr 2 f Fr
1 2
§1.3 阻力相似定律