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船舶阻力

1.船舶受力:1地球引力2浮力3流体动力4推进器推力2.船舶阻力:船舶受到流体作用在船舶运动相反方向上的力3.船舶阻力+传播推进=快速性船舶快速性:尽可能消耗较少的主机功率以维持一定航速的能力4.船舶性能:稳性、浮性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性5.船舶阻力曲线:船舶阻力随航速变化的曲线6.1海里/时(节)=1.852公里/时=0.5144m/s1米/秒=3.6km/h=1.942节雷诺数:Re=u L/V 长度弗劳德数:体积弗劳德数:gL UFr =水深弗劳德数:31.∇=∇g U Fr hg U Fr h .=7.船舶航态:1排水航行状态Fr<1.02过渡状态1.0<Fr <3.0(护卫、巡逻、高速双体、V 型快船)3滑行状态Fr>3.08.排水型船舶:低速船(Fr<0.2)中速(0.2<Fr<0.3)高速(Fr>0.3)9.随体坐标系:固接于船体上的坐标系10.航道:1深水航道2限制航道(a 浅水航道水深b 狭窄航道水深宽度)11.船舶阻力:1水阻力(a 静水阻力b 汹涛阻力)2空气阻力12.船体阻力R t :1摩擦阻力R f 2剩余阻力R r (a 粘压阻力F pv b 兴波阻力F w )13.湿表面积:船舶处于正浮状态时水线以下裸船体与水接触处表面积14.船体周围流场:主流区、边界层、边界层和由于边界层分离产生的漩涡区15.1摩擦阻力:船舶表面的剪切应力在船舶运动方向上的投影沿船体表面积分所得合力(能量观点):就某一封闭区,当船在静水中航行,由于粘性作用会带动一部分水运动(边界层),为携带它运动,船体不断提供能量给水,产生摩擦阻力。

2粘压阻力(形状阻力或漩涡阻力):由于粘性作用,船体前后压力不对称产生压力差即为粘压阻力(能量观点):船尾部形成漩涡要消耗能量,一部分能量被冲向船后方的同时,在船艉部又持续不断的产生漩涡,船体不断为流体提供能量,这部分能量消耗就是粘压阻力表现形式3兴波阻力:由于船体兴波导致船体压力前后分布不对称而产生的与船体运动方向相反的压力差,成为兴波阻力16.形状效应:船体表面弯曲影响使其摩擦阻力与相当平板计算所得结果的差别17.相当平板理论:假设具有相同长度,相同运动速度和湿表面积的船体和平板的摩擦力相同18.污底:海洋中的生物附着在船体表面,增加船体表面的粗糙度,使阻力增加很大19.船体表面粗糙度:1普通粗糙度:油漆面粗糙度,壳板平面2局部粗糙度:结构粗糙度20.减小摩擦阻力的方法:1减小湿表面积。

如低速船系用短而肥的船型2边界层控制。

通过控制边界层内流涕的运动状态来减小摩擦阻力。

如可以抽吸一部分边界层内流体来延长边界层流区3改变船体周围流体介质。

通过改变船体周围液体介质来降低摩擦阻力。

如向船体表面相邻的流体中加入高分子化合物。

4仿生学研究。

在细长体表面贴弹性覆盖层21.边界层离体的充要条件:1壁面及粘性对流体的粘滞作用2具有逆压梯度区22.船体形状对粘压阻力的影响:1船后体形状:为延缓边界层离体船后体收缩后缓和2船前体形状:采用球鼻型艏3螺旋桨的影响:对水流有抽吸作用23.船兴起的波浪:1船行波:在船行驶过之后,留在船体后方并不断向外传播的波。

2破波:被船体兴起后很快就破碎的波浪24.兴波干扰:1有利干扰:船艏横波波峰与艉横波波谷相遇,相互抵销,兴波阻力减小。

2不利干扰:二者相位相同,则船后波浪变大,兴波阻力变大。

对兴波最大的船型参数:船长和棱形系数25.破波阻力特性:1对于船速较高的丰满船型,破波阻力是一种不可忽视的阻力成分;2破波阻力来源于船艏非线性兴波的破碎,也是兴波阻力用吃水弗劳德数描述代替gTU Fr T =长度弗劳德数;3同一丰满船型,同样航速下压在情况下吃水小,吃水弗劳德数大,因此较满载破波阻力大;4主要与宽度吃水比、进流段长度、球艏伸出长度等船型参数有关,减小B/T ,增加进流段长度,采用前伸的薄型球艏有利减小破波阻力。

26.薄船理论:设船在静止无界水域自由表面匀速直线运动,1船宽长比B/L 很小,为薄船。

2水是不可压缩、均质、无粘性的理想流体,运动无旋。

3船体兴波为微幅波。

4忽略船体下沉、纵倾对兴波阻力的影响。

27.减小兴波阻力的方法:1常规型船减小兴波阻力的方法:a 选择合适的船型及船型系数L 、C p ,避开不利干扰。

B 造成有利波系干扰。

民船采用球鼻船艏;高速排水型船用消波水翼降低兴波阻力。

2采用非常规船型,双体和三体船,水翼艇和小水线面双体船28.破波阻力:由于有序流动的损失,显示出动量(速度)的亏损。

这种能量的损失,或者动量的亏损,就体现为破波阻力。

29.确定船体阻力的方法:1求摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力,然后相加。

2粘流计算。

3船舶阻力近似估算30.船舶阻力近似估算方法:1计算内容分:直接近似总阻力或有效功率,估算剩余阻力,再采用相当平板公式计算摩擦阻力;2采用资料形式分:图谱法,回归公式法;3资料来源分:母型船数据估算法,模型系列实验资料估算法,归纳实船和模型资料分析估算31.弗劳德假设:1摩擦阻力和剩余阻力是相互独立的两部分,摩擦阻力只与雷诺数有关,剩余阻力至于弗劳德数有关。

2船体摩擦阻力等于相同速度、相同长度、相等湿表面积的相当平板摩擦阻力。

不完善在于:1将剩余阻力与摩擦阻力划分为相互独立的两部分,没有考虑二者的影响。

2兴波阻力与重力有关,粘压阻力与水的粘性有关,弗劳德将两个不同性质的阻力合成为剩余阻力不恰当。

3用相当于平板理论计算船体的摩擦阻力存在偏差。

32.休斯观点:弗劳德将两个不同性质的阻力合称为剩余阻力不恰当,应将与粘性有关的粘压阻力和摩擦阻力合并在一起,将船体阻力划分为粘性阻力与雷诺数有关和兴波阻力与弗劳德数有关。

且粘压阻力系数和摩擦阻力系数之比是一常数k ,1+k 称形状因子,仅与船体形状有关。

33.船舶阻力的能量观点将船的总阻力分为尾流阻力和波形阻力,尾流阻力包括粘性阻力和破波阻力。

34.附体阻力:由于附体通常位于水线以下较深的位置,且相对尺寸较小,故引起的兴波阻力也很小,,因此主要阻力成分是粘性阻力。

其中舭龙骨、轴包套等尺度较长且沿流线布置的附体主要阻力成分是摩擦阻力,而如轴支架等长度较短的附体主要阻力成分是粘压阻力。

35.附体设计应注意的事项:1附体应沿流线方向布置以减小由附体产生的漩涡,进而减小粘压阻力。

2尽可能采用湿表面积小的附体以减小摩擦阻力。

3一般附体沿水流方向尽可能采用流线型对称剖面。

36.减小空气阻力:上层建筑尽可能低而长,以减小迎风面积,前端流线型,后端阶梯形。

37.汹涛阻力:由于风、过往船舶,太阳和月亮引力,海底地震等作用下均要在水中产生波浪,导致船舶阻力增加,所增加的阻力即为汹涛阻力(波浪中的阻力增值)38.波浪中阻力增值产生的原因:1波浪使船做纵摇、升沉、横摇和摇首等各种运动,引起阻力增大;2波浪遇到船体后反射产生反射水波,消耗能量,产生阻力增值;3波浪作用引起船体周围压力产生周期性变化,阻力随之发生变化,引起阻力增值增大;4海浪冲击船艏和上层建筑溅到甲板上的海水改变了其原有的运动状态且随船舶一起运动,以及船体严重浸湿使船体湿表面积增大,导致阻力增大。

39.影响波浪中阻力增值(汹涛阻力增大)的因素:1汹涛阻力随遭遇波高的增大而增大;2当波浪周期与船的纵摇周期接近时产生很大纵摇(改变航速航向回避)3波浪波长大于3/4船长时,纵摇和深沉运动加剧,汹涛阻力显著增大。

40.船在波浪中航行,由于阻力增大会出现:如保持与静水相同功率,则船速降低,这种航速的减小称失速;如要维持与静水中相同航速,则必须在原静水功率基础上增大功率R aw ,所增大的功率成为储备功率。

41.回流速度:流体流经船体时,由于船体曲率的影响,除船艏艉两端外,船体周围的水流速度较来流速度大。

42.狭窄航道中船舶航速划分:亚临界航速,临界航速,超临界航速。

利用相对运动原理,假设船体不动,水从远处以船舶航速U 0流向船体。

假设:1船体横剖面沿船长方向变化不大,船体无倾斜,沿船长方向水面下降相等。

2弗劳德数很小,不考虑船舶兴波。

43.许立汀中间速度法估算狭窄水道阻力:1航速较低,较深水航道阻力增加值只由粘性阻力引起,因此只考虑深水航道中的回流速度的增值,不考虑兴波影响。

2在求回流速度时用参数代替浅水中的参数,其中r h 称为水利半径,。

h m r A h A m m m h G h b A bh r ++−=244.从降低船体阻力的角度而言,低速船的船长尽量取小些,即船型为短而肥有利于降低阻力。

高速船增大船长有利。

45.船艏形状:1垂直式2斜直式3倾斜式4球鼻艏5飞剪式6破冰型就减小阻力而言,球鼻艏可以减小兴波阻力,破波阻力和舭涡阻力。

46.船艉:1椭圆型尾2巡洋舰尾3方尾巡洋舰尾特点:增加水线长度,有利于减小兴波阻力和粘性阻力,尾部甲板面积达,有利于增加初稳性,便于布置舵机,对螺旋桨和舵有保护作用,提高推进效率,可以减小尾倾和尾部拍击现象。

47.方尾特点:低速船在尾后形成大量漩涡,高速船利于减小阻力,提高航速。

尾部容积大,可减小航行时的尾倾;尾部水线丰满,增大水线面系数,提高横稳性;尾部水线较宽,有效的遮盖螺旋桨;尾部甲板面积大,利于舵机、深水炸弹、水雷等布置。

48.与船舶阻力有关的船型系数:主尺度比,长宽比,宽吃水比,吃水长度比。

49.船型系数:方型系数C b ,棱形系数C p ,船舯横剖面系数C m ,排水体积长度系数3)01.0(L ∇50.船体形状横剖面面积曲线形状,满载水线面形状,船体首尾形状51.宽吃水比B/T 对船体阻力的影响:对摩擦影响小,对剩余阻力影响大。

B/T 选取往往不是依据阻力性能,而是从船舶稳性、布置、航道水深限制等选定。

52.棱形系数对阻力的影响:不考虑对摩擦的影响,低速船C p >最佳理论值C p 提高经济效益。

高速军船C p <理论值53.浮心的位置对阻力的影响:低速船,x c 于船舯前减小粘压阻力;中速船,x c 适当移向舯部;高速船,x c 取在舯后,减小兴波阻力。

54.平行中体:船体中部一段横剖面与船舯横剖面完全相同的一段船体。

进流段,平行中体,去流段。

55.对于低速船,保证去流段有足够长度,平行中体中心宜在船舯前,进流段较短,减小粘压阻力,提高经济效益;随航速增大,避免前肩波系与船艏波系发生不良干扰,增加进流段,平行中体中心后移,接近船中央处。

56.横剖面面积曲线两端形状:低速船两端宜为直线型。

中速船前端宜取微凹或凹形,后端宜取直线或微凹形。

高速船两端宜取直线或微凸形。

57.船艏艉横剖面形状对阻力影响:对摩擦阻力影响小,对剩余阻力影响大。

船艏:低速船取V形较佳,可减小摩擦阻力;中高速传取U形,减小兴波阻力;快艇采用V形,提高水动力特性和改善耐波性。

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