2015-船舶阻力(3)-兴波阻力
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。
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。
船舶阻力复习
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。
船舶阻力与推进
船舶阻力与推进主要复习粘性阻力理论，要求大家掌握一个基本概念和减小粘性阻力的方法，包括减小摩擦阻力和减小粘压阻力。
基本概念比如说什么是边界层？大家要知道理想流体中它的运动粘压系数是0对吧，那么它的雷诺数就是无穷大，所以呢它的边界层支撑厚度也是0。
在这样一些极端的情况下要知道。
雷诺数的定义，公式一定要掌握住，考试是不会给大家的，还有牛顿内摩擦定律。
船体边界层与平板边界层的区别。
第一个呢船体边界层外缘的流速不同，船体有一个曲面，所以呢它和平板的差别就在于各点的速度不同，速度不同压力就不同。
船中的压力较低，船尾的较高，所以呢它有一个纵向的压力梯度。
正因为有了压力梯度产生了摩擦倾力，还有界层内的纵向压力分布不同。
然后要求大家掌握几个平板摩擦阻力公式，一共4个。
第一个桑海公式，第二个柏兰特-许立汀公式，第三个休斯公式，第四个1957ITTC公式。
这四个公式有什么特点呢，基本形式是一样的，分母都包含一个雷诺数，所以在计算时首先要计算雷诺数，那么雷诺数怎么计算呢？一个是速度，一个是特征尺寸，还有一个是运动粘压系数。
还要求大家掌握相当平板假定，实体船或模型船的摩擦阻力等于其同长度、同速度、同矢表面积的光滑平板摩擦阻力，叫做相当平板假定。
接着我们讲船体表面曲度对摩擦阻力的影响。
分别有横向曲度和纵向曲度，船体首部和尾部曲度，它们是如何影响摩擦阻力的。
接着是船体表面粗糙度对摩擦阻力影响，这是要求掌握的。
粗糙度补贴系数，国内的是多少？中国的粗糙度补贴系数是....有了这个系数后，摩擦阻力的计算公式就变成了....下面还要掌握一个概念，什么是污底？船体长时间浸泡在水中，除钢板被腐蚀外，水中的生物附着在船体表面生长，使船体表面凹凸不平，大大增加了其表面粗糙度，阻力增大，这种现象称为污底。
那么如何有效的降低污底的影响呢，措施如下：一是涂两遍防锈漆，二是海船在淡水中停泊数日后出海。
那么如何减小摩擦阻力呢，当时讲了八种，考试时至少写出六种。
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。
第七章 船舶阻力9.30
第七章 船舶阻力船舶快速性:船舶消耗较小功率，维持一定航行速度的性能。
由船舶阻力和船舶推进两部分组成。
第一节 船舶阻力的分类及成因船舶阻力构成：空气阻力仅占其总阻力的2％～4％一、船体阻力的分类及成因1.按产生阻力的物理性质分类t w f pv R R R R =++船体总阻力=兴波阻力+摩擦阻力+粘压阻力(漩涡阻力)1）兴波阻力的成因：根据伯努利方程，当水流流经船体时，随着船长方向流速的变化，水面高度也会起变化。
在船舶首尾两端的速度最低处，产生水位上升，而在船体中部速度最高区域内，产生水位下降，这就是形成船波的原因。
伯努利方程：g u g p Z g u g p Z 2//2//22222111++=++ρρ首横波自首柱后一波峰开始，尾横波自尾柱前一波谷开始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。
这种由兴波引起压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力。
从能量观点来解释。
船行波必具有一定能量，这个能量只能由船舶克服流体阻力作功而转化出来，波浪的存在正说明了兴波阻力的存在。
2）摩擦阻力的成因：由于流体的粘性，水质点沿着船体表面运动，构成了阻碍船舶运动的力。
3）粘压阻力的成因：理想流体（无黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化水质点远处为V =V 0，接近A 点V 逐渐变小，到达A 点V =0，过A 点分流向后V 逐渐增大，到达C 点，V 达到最大值V 理，过C 点V 逐渐变小，到达B点V =0支流汇合，离开B 点V 逐渐增大恢复为V 0。
压力分布如曲线I.作用在前后体上的合力相等，阻力为零。
实际流体（有黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化由于黏性形成边界层（流速受到影响的水层）。
当水质点到达C 点，V 达到最大值V 实＜V 理，由于动能较小，到达D 点V =0,过D 点在压力差的作用下水质点回流，形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。
旋涡的产生使船尾部压力降低，从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化，即加大了船首尾压力差（压力分布如曲线Ⅲ）产生了阻力。
船舶阻力
第一章 1.什么是快速性？ 船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航速高低的一种性能。
加2.船体阻力的分类： a 、船舶周围流动现象和产生的原因来分类 R t ＝ R w + R f + R pvb 、按作用在船体表面上的流体作用力的方向来分类 R t = R f + R p C 、按流体性质分类 Rt=Rw+Rv ，其中，Rv=Rf+Rpv d.付汝德分类 Rt=Rf+Rr ，其中，Rr=Rw+Rvp 2.什么叫力学相似？ 两物系任一对应里成比例，所有涉及的力有惯性力，粘性力，重力。
3.付汝德相似的条件是什么？当两形似船的付汝德数Fr 相等时，兴波阻力系数Cw 必相等。
4.什么是比较律？ 形似船在相应速度时（或相同付汝德数Fr ），单位排水量兴波阻力必相等。
（付汝德比较定律）5.雷诺相似的条件是什么？当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数必相等。
当雷诺数相同时，不同平板的摩擦阻力系数必相等。
6.为什么说全相似不可能？ 全相似定律：水面船舶的总阻力系数是雷诺数和付汝德的函数，若能实船和船模的雷诺数和付汝德数同时相等，就称为全相似，在满足全相似的条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，称为全相似定律。
若付汝德数和雷诺数同时相等时，则船模和实船的长度以及运动粘性系数应满足实际上船模是在水池中进行试验，而海水和淡水的运动粘性系数相差不大。
可假定，则要满足全相似条件，除非即而且，这意味着实船即船模，或实船在试验池内进行试验，这显然是不现实的。
第二章 7.简述摩擦阻力产生的原因、计算方法。
原因：当水或客气流经平板表面时，由于流体的粘性作用，在平板表面附近形成界层，虽然界层厚度很小，但界层内流体速度的变化率很大。
8.减小摩擦阻力的措施。
减小摩擦阻力的方法：1、首先从船体设计本身考虑，低速船选取较大的排水体积长度系数(或较小的L/B)从减小湿面积的观点看是合理的，另外减少不必要的附体如呆木等，或尽量采用表面积较小的附体亦可减少摩擦阻力。
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
船舶阻力小结
《船舶阻力》小结第一章 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。
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船舶与海洋工程专业课程
主要内容
兴波阻力的来源
船行波 破波
船行波
与船一起运动的波
从船上视角来看，波是定常的 在绝对坐标系下，是不断向外传播的
船行波
波浪基本理论
波面方程 A cos(kx t )
随着时间推移，波峰向x增大的方向移动 即波向x增大的方向传播
2v 2 mL ( n q ) g m nq 2 2Fr
船行波
船行波的形成原理
首尾波系的干扰（傅汝德实验）
随着船长增大，兴波阻力呈波动 随着船长增大，兴波阻力的波动峰值减小
这是因为船首横波向后传递的过程中衰减
兴波阻力分析
兴波阻力与波能的关系
兴波阻力做功提供波能
也可以说：兴波阻力做功提供新增波的能量
vs
L
0.673 峰点
峰 /谷
兴波阻力分析
关于前肩波
对于丰满型的船，船的前肩处将产生前肩波
可能是压力突变引起的 与首横波发生不利干扰 本身也增加了损耗
不利干扰航速（有意义吗？）
v s 1.974 Le
兴波阻力分析
计算方法
基于实验的
在船模阻力实验一章详细讲解
基于理论计算的
可参照《船舶在波浪中运动的势流理论》
1 动能+势能 gA 2 b 2
船行波
波浪基本理论
波浪能传播速度（平均速度）
一个周期内通过某截面的波浪能 占一个波长内总波能的比例 即波浪能传播速度与波速之比 一个周期内压力对通过该截面的流体做功
船行波
波浪基本理论
波浪能传播速度（平均速度）
p g[e kz z]
vx Ae kz cos(kx t ) x
船行波
波浪基本理论
波浪能
一个波长内的动能（宽度b）
1 2 Ek b v dzdx 2 0 1 1 2 2 kz b ( A ) e dxdz gA 2 b 2 4 0
船行波
波浪基本理论
波浪能
一个波长内的势能（宽度b）
1 1 2 E p b gzdzdx b g dx gA 2 b 2 4 0 0 0
求阻力系数
4
兴波阻力分析
兴波阻力的特性
C w (C D cos2 mL
)Fr 4
阻力系数与Fr数四次方成正比 第二项随船长波动
即阻力系数曲线会出现波动
阻力曲线存在一个大峰值
当船长小于波长以后
兴波阻力分析
兴波阻力的特性
C w 103
5
4
3
2 1
0
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4 Fr
带入船长与波长的关系
mL n q Rw ( A B cos2q)v 6
Rw ( A B cos 2 mL )v 6
mL v mL Cw (C D cos 2 ) (C D cos2 )Fr 4 gL 1 2 v S 2 Rw
基于波形分析
无
兴波阻力分析
减小兴波阻力的方法
船长、船艏、棱形系数 球鼻艏
改变兴波长度、减小破波
消波水翼
翼后形成波穴
双体船
尽管湿面积增大 但每个片体薄，减小兴波阻力
兴波阻力分析
减小兴波阻力的方法
多体船
使片体变窄的同时，产生有利干扰
减小排水体积
滑行艇、水翼艇 通过升力减小排水体积
小水线面
兴波阻力在水面产生，小水线面可减小兴波阻 力，如半潜船，半潜双体船
兴波阻力分析
兴波阻力的表达
散波在B-B截面
散波部分 未知宽度，以系数Kd表示
1 1 2 2 2 E g[ H 1 H 2 2 KH 1 H 2 cos(2q )] b gK d H 3 b 8 8 1 2 2 g[ H 12 H 2 Kd H3 2 KH 1 H 2 cos(2q )] b 8
CpL
兴波阻力分析
P 理论
mL n q 3 mL C p L 4
CpL 3 nq 4
有利干扰时，各参数之间的关系如何？
兴波阻力分析
P 理论
构造 P 函数
P v gC p L 2 g 2 CpL gC p L 2
兴波阻力分析
P 理论
波阻峰点，q=0.5
新增波波能从哪里来的？
在船行前方无波 随着船的航行，新的波出现 新增波波能来自于
一方面是船体克服兴波阻力做功 一方面是后方传递过来的波能
兴波阻力分析
兴波阻力与波能的关系
以平面行进波为例
假设船体行进了两个波长 波能传递了两个波长所含波能的一半
即船克服兴波阻力做功为另一半
即：兴波阻力做功=1个波长所含波能
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
兴波阻力分析
船型对兴波阻力的影响讨论
船长的影响
影响首尾横波的叠加效果
棱形系数Cp的影响
影响了兴波的效果，兴波会造成更大的力
船艏船艉形状的影响
影响兴波大小，为什么？
兴波阻力分析
P 理论
大量的实验发现
3 mL C p L 4
自船首横波第一波节点至尾横波第一个波谷之 间的距离可以表示为
P 1 3 n 4 1 1 n 4 4, 4 , 5 4 , 9 4 13
波阻谷点，q=0
P 4 , 3 4 , 7 4 , 11 4 15
兴波阻力分析
P 理论
与傅汝德不同平行中体实验结果一致
兴波阻力分析
Fr数预测
艾亚根据民船船模实验及实船实验得出的 主要应用于低速船
Fr 0.20 0.214 0.720 谷点 0.232 0.780 峰点 0.256 0.860 谷点 0.283 0.950 峰点 0.342 1.15 谷点
根据伯努利方程，速度降低，势能增加 但并非完全静止，有向上运动的趋势 动能没有完全转化为势能
V2 ZA 2g
船行波
船行波的形成原理
惯性作用下，继续抬升 此时已经超过前驻点A 因而最高点总在首柱之后
船行波
船行波的形成原理
在重力作用下，抬升的水位还会跌落
如此往复运动，形成波浪 船行波是重力波
船行波
船行波
波浪基本理论
海洋观测中发现，浮标的振动周期约为5.5s ，则该海域波浪波长和波速分别是多少？
船行波
波浪基本理论
已知某货船船长150米，航行速度25Kn，则 它形成的船行波的波长多少？ 用船行波波长和船长表示的Fr是多少？
船行波波浪基本理论ຫໍສະໝຸດ 势函数Ag
e kz sin( kx t )
K 2b' b
兴波阻力分析
兴波阻力的表达
首波在B-B截面
首波未干扰部分 宽度b'-b 横波总能
E
1 1 2 g[ K 2 H 12 H 2 2 KH 1 H 2 cos(2q )] b gH 1 '2 (b' b) 8 8 1 2 g[ H 12 H 2 2 KH 1 H 2 cos(2q )] b 8
dt W pv bdz x 0
T
船行波
波浪基本理论
波浪能传播速度（平均速度）
1 2 gA b W pvx bdzdt 4 0
T
T T 2 kz 2 kz gA Ae cos ( kx t ) bdzdt ze cos(kx t ) bdzdt 0 0
兴波阻力分析
破波阻力（wave break）
多产生于肥大型的船（堵塞效应严重）
形成非线性波 波峰破碎，出现能量亏损 能量的亏损以湍流的形式向外扩散 在船后形成动量亏损的尾流
兴波阻力分析
破波阻力
形式1：翻卷
兴波阻力分析
破波阻力
形式2：旋涡
兴波阻力分析
破波阻力
实验证明
破波形成的动量亏损向船后传递 破波阻力遵循傅汝德定律 破波阻力主要与吃水Fr数相关 FrT
组分： 船首横波，船首散波 船尾横波，船尾散波
主要是首尾横波的干扰
有利干扰 不利干扰
船行波
船行波的形成原理
首尾波系的干扰
首尾波峰间距不一定与船长相等
mL n q
为什么首尾横波波长相等？
q影响干扰的效果 如果波系加强，则为不利干扰 如果抵消，则为有利干扰
船行波
船行波的形成原理
首尾波系的干扰与Fr数的关系 mL n q
兴波阻力分析
兴波阻力的表达
首波在B-B截面
干扰部分
H ( H1 ' H 2 cos ) cos ( H 2 sin ) sin
H 2 ( H1 ' H 2 cos )2 ( H 2 sin )2 2 H1 '2 H2 2H1 ' H2 cos2q 2 2 2 K H1 H2 2KH1 H2 cos2q
吃水Fr数越高，破波阻力越大 即吃水越小的船，破波阻力越大
v gT
兴波阻力分析
破波阻力的测量
瘦 削 船 型
肥 大 型 船
兴波阻力分析
破波阻力的测量
肥 大 型 船
兴波阻力分析
破波阻力的测量
肥大型船在较高Fr数下，出现超出船宽区域 的动量亏损
主尾流区 次尾流区
1 Rw 2 gA 2 2b 4
兴波阻力分析
兴波阻力与波能的关系
兴波阻力正比于波高平方 兴波阻力正比于波宽