第33卷第3期 1999年3月上海交通大学学报
JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVol.33No.3
Mar.1999
收稿日期:1998-03-23作者简介:邵世明(1936～),男,教授.
文章编号:1006-2467(1999)03-0374-03长宽比对滑行艇阻力的影响邵世明, 王文富, 陈 龙(上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海200030)
摘 要:长宽比LP/BPX是影响滑行艇静水阻力的重要参数.根据斜升角为12.5°的DTMB-62滑行艇系列阻力试验结果,分析了长宽比对阻力的影响.这种影响除与体积付汝德数FΔ密切相关外,还与其他参数,诸如静浮时的排水量及重心纵向位置等有关.同时给出了根据62系列资料所得的最佳长宽比曲线.这些图谱可供实际滑行艇设计应用,并可望获得良好的阻力性能.关键词:滑行艇;长宽比;静水阻力中图分类号:U661.311 文献标识码:A
InfluenceofLength-BeamRatioonResistanceforPlaningHulls
SHAOShi-ming, WANGWen-fu, CHENLongSchoolofNavalArchitecture&OceanEngrg.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China
Abstract:Toofferthebasisfortheselectioninthedesignofplaninghulls,basedonresistancetestsofaseriesofplaninghullformswith12.5°deadriseangle(theDTMBseries62)theinfluenceoflength-beamratioonresistanceofplaninghullformswasanalyzed.Thelength-beamratioLP/BPXisanimportantpa-rameteraffectingthecalmwaterresistanceofplaninghulls.TheeffectsdependonthevolumeFroudenumberFΔaswellastheotherparameters,suchasthedisplacementatrestandlongitudinalcenterofgravitylocation.Theoptimalcurvesoflength-beamratioobtainedfromthedataofseries62weregiven.Thosechartscouldbeusedtogetsatisfactoryperformanceforthedesignofactualplaninghulls.Keywords:planinghulls;length-beamratio;calmwaterresistance
DTMB-62系列[1]属于深V型滑行艇,由于采用后体完全相同的斜升角(U=12.5°),可以大大减少艇体在高速滑行过程中的水流扭转,有利于减少能量损耗,故其阻力性能优于传统的辐射型艇[2].Clement等[1]在DTMB-62系列资料中,选取了三个主要参数:长宽比LP/BPX、载荷系数AP/Δ3/2 及重心纵向位置LCG,制作了五条船模,在不同参数组合下,进行了静水阻力系列试验.本文根据这些试验资料着重分析长宽比对滑行艇阻力的影响,并为实际设计提供选择最佳长宽比的依据.1 长宽比是影响滑行艇阻力的重要参数 对滑行艇来说,长宽比是重要的艇型参数.滑行艇的长宽比不但与使用性密切相关,而且对阻力性
能、耐波性[3]及其他性能都有很大的影响.因此Clement在62系列试验中,将LP/BPX
作为主要影响
参数.取不同LP/BPX的五条船模作为系列试验研究的基础,LP为滑行艇的折角线投影长度,BPX是折角线的最大宽度.但是应该指出的是:62系列资料中,长宽比对阻力的影响作用没有作更多的分析,特别是最终给出的阻力估算图谱中没有直接用长宽比作参数,更没有为设计提供有效的选择依据.但是,这些资料对深入分析LP/BPX对阻力的影响是十分有用的.1.1 长宽比对滑行艇阻力的影响图1是某实艇取相同参数,但设计成不同LP/BPX
时由试验数据换算所得的阻力曲线.图中同
时给出了按Clement在文献[1]中的图谱所估算得的阻力值.显见,LP/BPX对阻力影响相当明显,按图1 不同长宽比艇的阻力曲线Fig.1 Resistancecurvesforvariouslength-beamratio
Clement图谱估算结果似乎是五种长宽比情况的平均值. 图2是载荷系数AP/Δ3/2 为常数时,不同体积
付汝德数FΔ情况下的LP/BPX对单位排水量总阻力的影响曲线,即Rts/Δs-LP/BPX曲线.这里AP是艇底滑行面的投影面积,Δ和Δs分别为滑行艇的排水体积和排水量.由图2可知,LP/BPX对阻力影响是明显的,而且这种影响作用还随FΔ而异.比较所有的系列试验资料,按不同F
Δ
大致都可以分为三种情况:
(1)较低速度.F
Δ
=1.0～2.0时,阻力值随
LP/BPX的增大而显著下降;(2)较高速度.2.0大,阻力值减小的趋势变得缓和,甚至会出现阻力值随LP/BPX增大而略有增大的趋势;(3)很高速度.FΔ>3.0时,LP/BPX对阻力影响将发生根本的变化.主要表现在:一味增大LP/BPX则其相应的Rts/Δs值反而增大,说明过大的LP/BPX对滑行艇来说不可取.这不但与常规船,而且与高速排水艇(即过渡型快艇)亦有根本的区别.同时还存在着载荷系数Ap/Δ3/2 对阻力的影响作用.由图2可见,在FΔ=3.5附近,对应不同AP/Δ3/2 值时的阻力值之间相差不明显,而当FΔ>4.0以后,较大的Ap/Δ3/2 值反而导致Rts/Δs值变大.1.2 长宽比对阻力影响的分析长宽比对排水型船(包括高速排水型艇)的阻力影响极为重要.对滑行艇而言,长宽比不但是重要的影响参数,而且其对静水阻力的影响作用与航速密切相关.这是由滑行艇本身的流体动力特性所决定图2 不同长宽比对应的单位排水量总阻力Fig.2 Totalresistance/disp.ratioversuslength/beam的.(1)在较低速度时,当航速处于FΔ=1.0～2.0时,实际上处于排水航行阶段,其流体动力特性与高速排水艇完全相同,因此,艇体长宽比对阻力影响十分显著.当LP/BPX增大时,使剩余阻力,特别是其中兴波阻力成分明显减小,因此Rts/Δs显著下降.(2)在较高速度,如航速接FΔ=2.5～3.0时,实际上是艇体处于过渡“起滑”或开始滑行的情况.由于此时艇体所受到的水动力升力已占艇体所受支持力的较大成分,相对来说静浮力作用渐趋于较小地位.因而通过增加艇体长宽比来减小艇体阻力中的兴波阻力的收效将并不十分明显.故继续增大长宽比,其阻力值的减小趋于缓慢,甚至不会减小.(3)在很高速度,如航速超过FΔ=3.0时,因为此时艇底水动压力很大,艇体被抬出水面,处于“滑水前进”的状态,其阻力性能的优劣完全取决于水动力升力的大小.因此如果取适当小的LP/BPX值,则相当于增大了艇底滑行面的展弦比,因此升力作用大.另一方面,艇体取较大的LP/BPX值,其相应的摩擦阻力亦较大,因为即使在全滑行时,艇体的摩擦阻力在总阻力中仍占有相当部分.由于这两方面的原因,以及高速滑行艇的飞溅作用,故速度极高的滑行艇,其LP/BPX宜取适当小的值,以便能确保其良好的阻力性能.
375 第3期邵世明,等:长宽比对滑行艇阻力的影响在FΔ≥3.0航速时,阻力性能还与载荷系数AP/Δ3/2 有关,这是由于在“全滑行”状态下,阻力随载荷增大的趋势与“起滑”阶段不同.增加滑行艇的载荷虽然会引起阻力显著增大,但速度越高,其阻力增大的变化率渐趋缓和.因此,在极高的航速范围内,当AP/Δ3/2 较大时的单位排水量总阻力Rts/Δs值反而比AP/Δ3/2 较小时为大.2 LP/BPX的最佳值对于设计者来说,应该尽量选择对应于最小阻力的最佳参数.事实上滑行艇艇型参数中的LP/BPX亦存在最佳值.2.1 LP/BPX的最佳曲线由图1不难看出,确实存在着对应于Rts/Δs最小值的最佳长宽比值.这一最佳值随FΔ变化的大致趋势是:在FΔ数较低、LP/BPX较大时,其对应有Rts/Δs最小值,说明LP/BPX的最佳值应该较大;当FΔ数逐渐增大;则LP/BPX的最佳值逐渐减小;FΔ数增大到4.5以后,LP/BPX最佳值随航速增大变化不大,即随航速增大LP/BPX的最佳值趋于常数,或略有增加.对此可以根据系列试验资料得到对应于不同FΔ时的LP/BPX最佳曲线,即LP/BPX-FΔ曲线.如图3所示.图3 最佳长宽比曲线Fig.3 Curvesoptimaloflength-beamratio 由于在Rts/Δs最小值附近范围内,适当增减LP/BPX值,其相应的阻力变化并不大.因此可以认为实际上存在一个最佳长宽比范围,即如图3中的阴影部分所示.这给实际设计者在确定长度比时有一定的选择余地,以满足某种需要.2.2 不同参数时LP/BPX的最佳值滑行艇的最佳长宽比曲线仅相对于一定参数而言,亦即当不同参数时,应该对应有不同的LP/BPX-FΔ曲线.根据试验资料分析整理发现,该曲线随载荷系数Ap/Δ3/2 的影响并不明显,而滑行艇本身的排水量及其重心位置LCG的影响较大.图4给出了深V型艇,斜升角U=12.5°,排水量Δs=45.5t,重心位置在Ap形心后距离LCG=4%LP情况的最佳长宽比范围的图谱.对应于其他参数时将有类似的图谱.根据这些图谱,可以用于实艇设计中选定对应于静水阻力优良的长宽比参数.此外,如果深V
型艇的斜升角不同,诸如U=25°或30°[4,5],则将有相应的一系列最佳长宽比图谱可供设计者应用.图3、4所示的滑行艇最佳长宽比曲线表明,在不同参数时具有相似的形状和相同的趋势,特别要指出的是这些曲线形状与一般水面船舶的最佳排水量长度曲线图谱是相似的.当然它们所对应的速度范围是完全不相同的.
图4 最佳长宽比设计图谱曲线Fig.4 Designchartsforoptimallength-beamratio
3 结 论(1)滑行艇的长宽比LP/BPX是影响阻力的重要参数;(2)LP/BPX对滑行艇阻力的影响与航速密切相关,同时与排水量及重心纵向位置等参数有关;(3)对于给定参数的滑行艇,存在着最佳长宽比曲线.由试验资料得出的LP/BPX-F
Δ
曲线,可供
实艇设计应用.参考文献:[1] ClementEP,BlountDL.Resistancetestsof