船舶阻力介紹.doc

船舶阻力定義 船舶運(yùn)動過程中，流體作用于船體上，阻止其運(yùn)動的力。種類 當(dāng)船舶在水面上航行時，船體處于空氣和水兩種流體介質(zhì)中運(yùn)動，必然通受空氣和水對船體的阻力。為研究方便起見，船體總阻力按流體種類分成空氣阻力和水阻力。 空氣阻力是指空氣對船體水上部分的反作川力。水阻力是水對船體水下部分的反作用力。 進(jìn)一步把水阻力分成船體在靜水中航行時的靜水阻力和波限中的阻力增加值（亦稱為洶濤阻力）兩部分。 靜水阻力通常分成裸船體阻力和附體阻力兩部分。所謂附體阻力是指突出于裸船體之外的附屬體如舵、舭龍骨、軸支架等所增加的阻力值。 根據(jù)這種處理力法，船舶在水中航行時所受到的阻力通常分為兩大部分：一是裸船體在靜水中所受到的裸船體阻力，另一部分是附加阻力，包括空氣阻力、洶濤阻力和附體陽力。對于常規(guī)船型，附體阻力通常僅占船舶阻力的很小部分，故常常通過船模阻力試驗確定總阻力后，按經(jīng)驗公式乘以某個適當(dāng)系數(shù)以獲得附體阻力的值。對于特殊船型，如有較大附體的非常規(guī)船型（特殊作業(yè)船、潛水器、救生船、探測船、水下采礦船等），附加阻力可能較大，需對帶有附體的船模進(jìn)行試驗予以確定。試驗中需注意因縮尺船模的附體較小所產(chǎn)生的尺度效應(yīng)，要求船模盡可能大。工程中初步估算時常用經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合具體情況作適當(dāng)修正。目前尚無有效的理論算法。在船舶設(shè)計中，常用附體阻力系數(shù)估計附體阻力。為減小附體阻力，附體形狀應(yīng)盡可能采用流線型。船長對阻力的影響船長對阻力的影響在保持排水量不變時，改變船長必然引起L/B及L/1/3的變化，當(dāng)排水量一定時，選用較大的船長L，則B，d，Cb必然要作適當(dāng)?shù)臏p小及L/B，L/1/3隨之增加。隨著L/B或L/1/3乃的增加，船體變得瘦長，船體型線的縱向曲率變小，船體興波區(qū)域的型線變得平直，興波作用趨于和緩，波高變低，興波作用所消耗的能量減少，所以興波阻力隨著變小。同時由于船長增加以后，尾部型線變平順減少了旋渦的產(chǎn)生，從而降低了旋渦阻力。剩余阻力等于興波阻力與旋渦阻力之和，所以剩余阻力隨船長的增加而減少。 與此相反，摩擦阻力卻隨船長的增加而增大。這是因為，摩擦阻力與船的濕表面面積成正比，在排水量不變時，隨船長L的增加，隨L增加，雖然船長增加時雷諾數(shù)也增加而使得摩擦阻力系數(shù)稍有下降，但下降很小，抵消不了的增加。所以當(dāng)船長增加時，摩擦阻力隨著加大。由于不同航速時，摩擦阻力和剩余阻力占總阻力的比例是不同的，所以船長對阻力的影響隨船速不同而不同。對低速船(通常Fn0.18的船)來說，摩擦阻力占總阻力比例很大，所以總阻力隨船長增大而增加，較短的船長可以獲得較低的摩擦阻力，其最低阻力船長較短，如圖(b)所示。高速船(Fn0.3的船)因剩余阻力占總阻力的比例很大，所以總阻力隨船長的增加而減少，較長的船長可獲得較低的剩余阻力，其最低阻力船長較長，如圖(a)所示?；谏鲜鲈颍ǔ５退俅荚O(shè)計得短而肥，而高速船設(shè)計得較為瘦長。對中高速船(Fn不十分低的運(yùn)輸船)，在排水量不變的情況下，隨著船長的變化，對應(yīng)一定航速可以得到總阻力最低的船Lopt，同時也可找到使總阻力開始顯著增加的最短船長(稱臨界船長)。由于增大船長，船體鋼料重量將顯著增加，從而引起船的造價及與造價相關(guān)的營運(yùn)開支增加，對經(jīng)濟(jì)性不利。因此民用運(yùn)輸船從營運(yùn)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，常選用阻力稍有增加的較短船長，稱其為經(jīng)濟(jì)船長Le。不言而喻，船長不能縮小到總阻力開始顯著增加的臨界船長，否則為保證航速將使主機(jī)功率增加，耗油量及燃料開支增加，對經(jīng)濟(jì)性也是不利的。經(jīng)濟(jì)船長通常受到各方面因素的影響，包括不同國家在不同時期的船舶造價、燃料價格、運(yùn)費(fèi)、船體型線研究、船舶動力裝置的發(fā)展等。從國外造船的發(fā)展過程看，在1973年石油危機(jī)前，運(yùn)輸船設(shè)計時，Le比Lopt小得較多，以使造價大幅度下降，平時耗油量及燃料費(fèi)用有所增加，但總的經(jīng)濟(jì)性還是有利的。自石油危機(jī)以后，船價的影響沒有油價上漲的影響大，因此減少阻力，降低燃油消耗量就成了主要矛盾，Le又有加大趨勢。船寬對阻力的影響最小浸水面積關(guān)系圖 船寬對阻力的影響沒有船長那么大，通常在實(shí)用范圍內(nèi)改變船寬對阻力不會造成重大影響。 就摩擦阻力來說，在L，Cb，不變的情況下，改變船寬B也就是改變B/d。試驗研究表明， B/d在實(shí)用范圍內(nèi)改變，船的濕表面面積變化較小，對摩擦阻力不會產(chǎn)生太大的影響。如圖表明B/d變化對濕表面面積的影響，可見B/d可在一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動，而濕表面面積變化并不大。 對剩余阻力來說，在L，Cb，不變的情況下，增加B/d，會使設(shè)計水線變肥，進(jìn)流角及去流角均增大，一般情況下會加大興波阻力和旋渦阻力。所以對剩余