船舶运动速度流向船体，因为船舶作匀速直线运动，随体坐标 系是惯性坐标系，因而在随体坐标系中得到的阻力就等于船舶 所受到的阻力。
船 舶 阻 力 的 一 些 基 本 概 念
•
相对运动和绝对运动
在静止坐标系和随体坐标系中水质点的运动轨迹是不 同的，这一点对于初学者常常是容易被忽视的问题。
位置1
A
1
船首伴流
（通常是沿着船舶 前进方向）
船舶受到的 合外力
•船舶水动力在垂直方 向上的投影为升力，
合力矩均等于零， 则船舶在水面上 静止或作匀速直 线运动； • 若合力或合力矩 不等于零，船舶 做非定常运动
水的静压差 力=浮力
（方向是垂直向上）
•在船舶运动相反方向 上的投影为阻力， •在舷侧方向上的投影 为横向力；
船舶阻力曲线就是船舶阻力随航速 变化的关系曲线。
在同一航速下（相同航行条件）， 阻力越小，则船舶的阻力性能越好。
有效功率曲线 有效功率曲线
有效功率（有效马力)
表示船舶在给定航速航行时，为了克服阻力作用所需消耗 的功率，表示为 Pe R U 其中：R为船舶阻力，U为航速。 有效功率的单位通常用千瓦（KW）或马力（hp）来表示,有 效功率也常称为有效马力。 在船舶设计中，确定了船舶阻力后要给出有效功率曲线 有效功率曲线也是螺旋桨 船舶的快速性能好，就是在满足设计 设计的重要依据。
船体阻力
其中，S为船舶正浮状态下与水接触的船体外 表面积，也称为船体湿表面积。 上式右侧第一项为作用在船体表面上剪切应 力的合力在船舶运动方向上的投影，即摩擦阻力 Rf;右侧第二项为船体表面压力的合力在船舶运动 方向上的投影，即压阻力Rp；
应该注意的是 ，压阻力中包含有粘压阻力 和兴波阻力两种不同性质的力。兴波阻力即使 在理想流体中也仍然存在，而摩擦阻力和粘压 阻力都是由流体的粘性引起的，在理想流体中 则不存在。我们习惯上将后二者合并成为粘性 阻力Rν，为此船体阻力又可按照流体性质分类：
1.3 船舶阻力的研究方法
1、试验方法（船模、实船）； 2、理论方法； 3、数值模拟
在船舶阻力研究中，上述三种方法相辅相成， 缺一不可。 数值模拟依赖于理论研究建立数学模型；试验 研究可以验证理论计算结果，并证明其正确性； 同时，理论研究和数值模拟可为试验研究提供理 论指导。
1、理论方法
该方法是根据观察实际现象，进行力学抽象从 而利用流体力学的基本理论和数学工具分析、研究和 计算船舶阻力问题。这种方法近些年来取得了很大进 展，但目前尚未被普遍运用到船舶设计与制造中去， 原因在于：一方面船体形状及其运动情况极其复杂； 另一方面为了简化分析，在一些实际问题中引进了一 些近似假定，因此计算结果与实际情况存在一定出入， 造成所得结果准确性较差。 需要说明的是，虽然理论方法目前在定量研究 方面存在差距，但常常可被用来解释现象，指出研究 方向。近些年来流体力学、数学，特别是计算机技术 的发展，有力地推动了理论研究工作的进一步发展， 因而理论分析方法仍不失为重要的研究手段之一。
船舶阻力
船舶所受到的作用在其上并与船 舶运动方向相反的流体（水和空气） 作用力。
影响船舶阻力的因素
• 船型 • 航速 • 航行环境（航道、波浪等）
影响船舶阻力的因素
• 同一航速的不同船型在航行时所受到的阻
力是不同的；
• 同一艘船舶在不同航速航行时所受到的阻
力是不同的；
• 同一艘船舶以同一航速在不同航道或海况
3、数值模拟方法
数值模拟是随着流体力学的不断完善，计算机 软、硬件技术的不断提高，各种新计算方法不断出 现，已有计算方法不断完善（如有限体积法、差分 法等）而出现的研究方法。 应用数值模拟，可对更多问题获得有实用价 值的数值解。 目前已出现多种可用于船体周围流场模拟和阻 力计算的商业软件。 在船模试验以前，可以通过数值模拟，对试验 中大量的重复性试验进行优化研究，进而减少重复 试验，节省试验中的人力、物力投入。同时，通过 数值模拟还可以发现一些试验中无法发现的现象， 对有危险而无法进行试验的现象进行模拟等。
第1章 绪论
一、船舶阻力的分类
船舶阻力
二、船舶阻力的基本概念 三、船舶阻力的研究方法 四、船舶阻力与快速性的关系 五、与船舶阻力相关的其他问题
1.1 船舶阻力研究内容 及其与船舶快速性之间的关系
船舶受力
地球引力
（方向是垂直向下）
水动力
（流体作用在 船舶上的动力）
• 若这四种合力及
推进器提供 的推力

2、试验方法
试验方法包括船模试验和实船试验。 船模试验是目前研究船舶快速性能的主要方法，目前在国内 外应用较为广泛，一些较重要的船舶几乎没有未做模型试验就进 行建造的，很多优良船型几乎都是通过大量模型试验得到的。船 模试验就是通过一定缩尺比的船模在试验水池中的运动来模拟实 船运动，并在试验中观察船体周围的流动现象，测量相关数据， 探讨有关机理等。在船模试验中观察到的流动现象清晰、直观， 同时试验结果可为造船工程提供较准确的定量数据。 与实船试验相比，船模试验的优点在于不受外界环境的限制， 花费的人力、物力较少，缺点在于其受到试验条件、设备等方面 限制，同时模型与实船之间存在尺度差异，因而模型试验难以保 证船模与实船周围的流动完全相似，所以模型试验无法取代实船 试验。 实船试验的目的是鉴定船舶各项性能是否达到设计要求，并 验证根据船模试验结果预报的实船航行情况的准确性。因为实船 试验在经济上花费较大，因而只有新建船舶才进行例行试航。
•对民用船舶而言可以提高船舶 的使用性和经济性，对军用舰船 而言，可提高船舶的战斗力（隐 身性、战斗力和生命力等）。
显然，根据快速性的含义，船舶 快速性的优劣不仅与船舶航行过程中 的阻力性能有关，而且与该船的推进 效率等有关。
船舶快速性包括“船舶阻力” 和“船舶推进”两方面的内容。
阻 力 、 推 力 和 主 机 之 间 关 系 示 意 图
静水阻力： 可分为裸船体阻力（船体阻力）和附体阻力。
船舶阻力的划分
水阻力中的船体阻力则是本书中重点 介绍的内容。
船体阻力的划分
1、按照物理现象及产生原因划分
船体阻力Rt可划分为粘性阻力Rν 和兴波阻力Rw。 粘性阻力Rν 又可以划分为摩擦阻力Rf和粘压阻力Rpν
R R f Rp
Rt R Rw
在确定船舶阻力时，常常将粘压阻力Rpν 和兴波 阻力Rw放在一起考虑，称为剩余阻力Rr
Rt R f Rr Rr Rp Rw
船体阻力各成分之间的关系
船体阻力成分之间的关系
2、按照流体作用力的方向划分
船体表面应力作用示意图
假设船体表面任意一点受到的流体 （水）作用应力为P，如前图。其中，dS为 船体外表面上的面积微元，p和τ 分别为应 力P在面积微元dS上的法向应力和切向应力 （剪切应力）。 船体在运动中所受到的总阻力Rt就是 所有流体作用力沿船舶运动方向的合力， 亦即船体表面上所有微面积dS上切向应力 τ 和法向应力p在船舶运动方向上的合力。
1.4 船舶阻力划分
航行于水面的船舶
船舶在水面上航行，船体处于水和空 气两种流体介质中，必然遭受到水和空气 两种不同流体介质的反作用力（水阻力和 空气阻力），亦即船舶阻力，其与船舶运 动方向相反。 水阻力：水对船体水下部分的作用力； 空气阻力：空气对水上部分的船体和上层建 筑的作用力。
因为空气密度远小于水的密度（约是水密度的 1/800)，所以船舶阻力中的主要成分是水阻力。 水阻力 ： 可分为静水阻力和汹涛阻力(波浪增阻)。
任务书中各项航速指标的前提下消 耗的主机功率少；或者主机选定时 能达到的航速高
船舶阻力曲线和有效功率曲线
R（KN）
深水阻力曲线
Pe （KW）
浅水阻力曲线
0 0
U （kn）
船舶阻力曲线
U（kn）
船舶有效功率曲线
船舶阻力研究中常用的速度单位
• 船舶阻力中常用的速度单位以及不同单位之
间的变换关系：
1海里/小时（节）=1.852公里/小时=0.5144米/秒 1米/秒=3.6公里/小时=1.942节
主机
航速 阻力R
推力T 推进器
船舶阻力
只研究船舶作匀速直线运动时 的阻力问题。
不考虑惯性力作用（船舶加、 减速时）； 也不考虑螺旋桨的作用，假设 船舶无自身的推进机构。
船舶推进
研究克服船体阻力的推进器以 及其与船体间的相互干扰，船、机、 桨之间的匹配问题。
1.2 船舶阻力的一些基本概念
研究船舶阻力问题通常离不开“船 舶阻力曲线”和“有效功率曲线”。
船舶阻力概念
船舶阻力：讨论重力场中具有自由面的水波
运动（水表面波）
船舶阻力
船 舶 快 速 性 与 船 舶 阻 力 的 关 系
•或者说，在主机功率给 定时，表征船舶航速快慢 的一种性能。
• 船舶快速性 就是船舶以尽可能少的主机功率消耗
•
•
而维持一定航速的能力。 船舶快速性是船舶诸性能中的重要性能之一。船舶 的快速性能好，就是在满足设计任务书中各项航速 指标的前提下所消耗的主机功率少；或者说在主机 选定的条件下，能达到的航速更高。 提高船舶快速性
下航行时所受到的阻力也是不同的。
船舶阻力研究内容
•研究船舶阻力的成因及其特性； •研究不同类型船舶在不同航行条件下的阻力 确定方法； •研究船型、航速及外界环境等对船舶阻力的 影响规律； •探讨减小船舶阻力的方法； •设计、研发低阻的优良船型等。
• 需要说明：（1）船舶阻力只考虑船舶做匀速直
线运动时的阻力，即不计算惯性力；（2）不考虑船 体与螺旋桨间的相互作用
船舶的航态
由浮力定律可知，当船舶静浮于水面时，船舶的重力由船舶所受到的静浮力 支撑。但当船舶处于运动中时，由于船舶相对于水有运动速度，根据伯努利 方程，船体表面除了受到静浮力作用外，还受到由于水的动压力作用而产生 的垂直向上的升力。