船舶原理與結(jié)構(gòu)_習(xí)題之四船舶操縱性

1、專業(yè).專注(鄒早建教授提供).船舶靜力學(xué)部分.已知某海洋客貨船的船長 L=155m ,船寬B=18m ,吃水d=7.1m ,排水體積 ?=10900m3,中橫剖面面積 AM=115m 2,水線面面積 Aw=1980m 2。求該船的方形系數(shù)Cb、水線面系數(shù)Cw、中橫剖面系數(shù)Cm、縱向棱形系數(shù)Cp及垂向棱形系數(shù)Cvp解：10900CmB d AWL BAMB d155 181980155 18115Cp18 7.110900Cvpaml0.5507.10.7100.900115 155109001980 7.10.6120.775.已知某船方形系數(shù)Cb=0.50 ,水線面系數(shù)Cw=0.73 ,在海

2、水中平均吃水d=8.20m ,求船進(jìn)人淡水中的平均吃水 (已知在水溫15 C時(shí)，淡水的密度為 999.1kg/m 3,海水的密度為 1025.9kg/m 3)。解：記海水的重度為 1 = P1 g ,淡水的重度為2= P2 g ,船進(jìn)人淡水中的平均吃水為d2。在海水中的排水體積為i = Cb L B d,排水量為？1= 1 1 =1 Cb L B d,其中L為船長，B為船寬。假設(shè)船舶從海水中進(jìn)入淡水中時(shí)水 線面面積保持不變，則船舶在淡水中的排水量為 ？2= 2( i+ Cw L B 6d), 其中6d為船舶從海水中進(jìn)入淡水中的吃水變化。由于船舶從海水中進(jìn)入淡水 中時(shí)排水量保持不變，所以有1 C

3、b L B d= 2 ( 1+ Cw L B 6d)1 Cb L B d = 2 (Cb L B d + Cw L B 汕 解得：d幽1 dCw 2由上式可知，當(dāng)1 2時(shí)，d 0 ,即吃水增加；當(dāng)1 2時(shí)，3d 0 ,即word完美格式專業(yè).專注吃水減小。船舶從海水中進(jìn)人淡水中的平均吃水為d2 = d + d,求得:Cd2 d CB 1 d 8.20CW2d 0.50 1025.9 d1 10.73 999.18.35m3.已知某船正浮時(shí)初穩(wěn)性高 GM =0.6m ,排水量 A =10000t把船內(nèi)重為100t的貨物向上移動(dòng)3m,再橫向移動(dòng)10m,求貨物移動(dòng)后船的橫傾角解：記重物垂向移動(dòng)后的初

4、穩(wěn)性高為 GM,可求得GM GMp(z2 Z1)100 30.6 0.57 m10000記重物橫向移動(dòng)后產(chǎn)生的橫傾角為,可求得p (y2 y1)100 10arctanarctan arctan(0.1754) 9.95GM 10000 0.574.已知某拖輪的排水量 A=350t,吃水d=1.3m ,初穩(wěn)性高GM =0.8m。拖鉤上 的拖力F=5t,拖鉤位于水線以上2.4m,拖索和中縱剖面之間的夾角 小=40o , 假定拖輪在橫向移動(dòng)時(shí)的水阻力作用點(diǎn)位于基線之上d/2處。求拖輪的橫傾角。如圖所小,橫向拖力分量為F2F sin 5 sin40 5 0.6428 3.214t該橫向拖力和拖輪橫向

5、移動(dòng)時(shí)受到的水阻力D大小相等、方向相反，形成一個(gè)使拖輪產(chǎn)生橫傾的橫傾力矩，其值為dMhF2 l2F2 (2.4 -) 3.214 (2.4 0.65) 9.8027t m由于橫傾力矩和船舶橫傾時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)力矩Mr相等，有Mh M R GM sin所以有sin9.8027350 0.80.035word完美格式專業(yè).專注由此求得拖輪的橫傾角為arcsin(0.035) 25.已知某船的排水量A =8000t爪心垂向坐標(biāo)ZG=6.70m ,浮心垂向坐標(biāo)ZB=3.30m。各橫傾角下的形狀穩(wěn)性力臂lb BR如下表:(o)1020304050607080901b(m)0.701.402.223.033.

6、553.853.703.603.25計(jì)算并繪制靜穩(wěn)性曲線和動(dòng)穩(wěn)性曲線 ，并求當(dāng)船舶受到突風(fēng)吹襲，風(fēng)壓引起 的動(dòng)傾力矩為1600t-m時(shí)的動(dòng)傾角。解：靜穩(wěn)性力臂lr lb lg ,其中重量穩(wěn)性力臂為lg (ZgZB)sin3.4sin而動(dòng)穩(wěn)性力臂ld等于靜穩(wěn)性曲線下的面積，可用梯形法近似計(jì)算，即ldlrd0lr(i 1) l ri2r0 r1 r21r (n 1) lrn1 l lr0 rn2式中 10Oo(o)1020304050607080901b (m)0.701.402.223.033.553.853.703.603.25lg (m)0.5901.1631.7002.1852.6052.

7、9443.1953.3483.400lr (m)0.1100.2370.520.8450.9450.9060.5050.252-0.150ld (m?)0.5502.2856.07012.89521.84531.10038.15541.94042.450Td(t如4.4010318.2810348.56103103.16103174.76103248.80103305.24103335.52103339.60103回復(fù)力矩作的功為Tdlrdlrd ld。列表計(jì)算如下：00根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可繪制靜穩(wěn)性曲線lr 和另一種形式的動(dòng)穩(wěn)性曲線Td :word完美格式專業(yè).專注靜穩(wěn)性曲線103動(dòng)穩(wěn)性曲線動(dòng)傾

8、力矩作的功為Th Mh 1600 （t-m） 0在動(dòng)穩(wěn)性曲線圖上作 的直線（過 90作橫軸的垂線，在該垂線上量取高度1600 X90 = 144000, 得一點(diǎn)，連接原點(diǎn)和該點(diǎn)即得直線Th Mh ），該直線和動(dòng)穩(wěn)性曲線Td 的交點(diǎn)所對應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為所求動(dòng)傾角,由此得到動(dòng)傾角31 o.船舶阻力部分6.某內(nèi)河船的速度為23km/h ,其與船模的尺度比為25。船模試驗(yàn)時(shí)的傅汝德 數(shù)為0.30,和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等。試求實(shí)船和船模的雷諾數(shù)（取運(yùn)動(dòng)粘性 系數(shù) s 1.57 10 6 m2/s）。解：船模試驗(yàn)時(shí)，其傅汝德數(shù)和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等,即式中V為船速，L為船長；下標(biāo)s和m分別表示實(shí)船和船模 所以

9、，可求得船模的航速為LmVs23 1000Vm 、 mVss1.278 m/s1； Ls. 25 3600由船模的傅汝德數(shù)為0.30可求得船模的長度為2_ 2, Vm1.278. Q.Lm r 2 1.85mg Fnm9.81 0.3相應(yīng)的實(shí)船的長度為Ls -Lm1.85 25 46.25 m對于內(nèi)河船，實(shí)船和船模的流體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)相等，所以，可求得實(shí)船的雷word完美格式專業(yè).專注諾數(shù)為RnsVsLs23 46.251.57黑 106 1.882108同理，可求得船模的雷諾數(shù)為VmLmRnm1.2781.571.8566101.506 107.某內(nèi)河船船?？s尺比為30,在水池中拖曳速度為1.

10、2m/s時(shí)，測得船模興波阻 力為0.75kg。試求對應(yīng)實(shí)船的航速（以kn計(jì)）和興波阻力（以t計(jì)）。（已 知 1kn = 1.852km/h =0.514m/s）解：船模試驗(yàn)時(shí)，其傅汝德數(shù)和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等，所以，所求實(shí)船的航速為VsL一_ _一s Vm 、. Vm、30 1.2 6.573m/s 12.8knLm,船模的興波阻力系數(shù)等于實(shí)船當(dāng)船模的傅汝德數(shù)和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等時(shí) 的興波阻力系數(shù)，即有CwsRws2 sVs2SsCwm式中Rw為興波阻力，為水的質(zhì)量密度，2對于內(nèi)河船，s m ；而VsRwm1 mVmSm2S為船體濕表面積。2Sm,所以，實(shí)船的興波阻力為R 送RRws2 - Rw

11、mVmSm2 _ _ 3 _ _ _ _ _ _ _Rwm 300.75 20250 kg 20.25t8.某海船的水線長100m，船寬積69m2,船速17kn。船?？s尺比為 船模阻力為2.5kg,試求實(shí)船在水溫 擦阻力系數(shù)，并取實(shí)船粗糙度補(bǔ)貼吃水5m ,排水體積4200m 3,腫剖面面 25,船模試驗(yàn)時(shí)水池水溫為20 C,測得15c時(shí)的阻力（用8屆ITTC公式計(jì)算摩Cf = 0.4X 103。水的密度為 m998.2 kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)為15 c時(shí)，海水的密度為 s 1025.9 kg/m s 1.19 10 6m2/s) o已知水溫為20 c時(shí)，淡 1.00 10 6m2/s；水溫為

12、 ,運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)為解：根據(jù)二因次換算法，當(dāng)船模和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等時(shí),船模的剩余阻力系數(shù)等于實(shí)船的剩余阻力系數(shù)。CtsC所以，實(shí)船的總阻力系數(shù)為fsCfsCrs Cf Cfs Crm Cf(CtmCfm) Cfword完美格式專業(yè).專注其中，船模的總阻力系數(shù)為CtmRtmmVmSm2在求得實(shí)船的總阻力系數(shù)后，可得到實(shí)船的總阻力為1、，2 -Rs Cts -sVs Ss2其中，實(shí)船濕表面積Ss可由估算濕表面積系數(shù)B 142.8 ;CmT 5Cs的圖譜近似估算：已知:69 0.986 14 5B由 Csf(T, Cm)圖譜查得 Cs 2.65,所以，實(shí)船濕表面積為SsCsLwl2.65 ,4200

13、 100 1717.4m21717.4?22.75 m2252相應(yīng)的船模濕表面積Sm為 TOC o 1-5 h z cSsSm已知實(shí)船的航速為17kn = 8.738m/s ;相應(yīng)的船模的航速為、,Vs8.738Vm - 1.7476 m/s.25已知實(shí)船長100m,相應(yīng)的船模長為100/25 = 4m ;實(shí)船和船模的雷諾數(shù)分別 為RnmVsLssVmLm8.738 1001.191.7476 41.00106 7.343 108106 6.990 106由8屆ITTC公式可求得實(shí)船和船模的摩擦阻力系數(shù)分別為Cfs0075T1.591 10 3 -Cfm00752 =3.19610 3fs(l

14、og10q 2)2 fm(log10 Rnm 2)2船模的總阻力系數(shù)為CtmRtmmV m Sm2 2.5 9.81998.2_21.7476235.851 10 2.752所以，實(shí)船的總阻力系數(shù)為Cts Cfs(CtmCfm) Cf1.5915.851333.196 0.4 104.646 10實(shí)船的總阻力為1025.92_8.738 1717.4 312499.825 N_1_2_,_3_RtsCts-sVs Ss4.646100.52將船舶阻力用習(xí)慣的公斤和噸表示，有:word完美格式專業(yè).專注Rts 312499.825 N 31855.23kg 31.85519.某海船模型長Lm =

15、 5m,船模濕面積Sm=10m2,在水溫20c下進(jìn)行試驗(yàn),測 得Vm = 1.5m/s時(shí)的阻力為4kg 0已知實(shí)船長Ls=125m,若按8屆ITTC公式 計(jì)算摩擦阻力系數(shù)，并取實(shí)船粗糙度補(bǔ)貼Cf =0.4X103,形狀系數(shù)k =0.022,試用三因次換算法求水溫15c時(shí)的有效功率。解：船模試驗(yàn)時(shí)，船模的傅汝德數(shù)和實(shí)船的傅汝德數(shù)相等，這時(shí)有其中船模的縮尺比Vs Vm 為：及 Cws Cwm25 5根據(jù)三因次換算法Cis,實(shí)船的總阻力系數(shù)為Cfs(1(1(1C vpsk)Ck)Cfsfsk)(CfsCwsC wsCimCfm)CfCf (1 k)Cfs Cwm Cf(1 k)Cfm CfCimCf

16、由模型試驗(yàn)測得的船模阻力為水溫為20 c時(shí),CimRim淡水的密度為Rm1 mVASm24 kg4 9.8N 39.2N998.2kg/m3,所以船模的總阻力系數(shù)為39.2 0.5 998.221.5 1033.4907 10水溫為20c時(shí), 諾數(shù)為淡水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)為m 1.00106 m2/s,所以船模的雷VmLmRnmm1.51.00 10 67.5106根據(jù)8屆ITTC公式，船模的摩擦阻力系數(shù)為0.075C fm2(lOg10 Rnm 2)2水溫為15c時(shí)，海水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)為 諾數(shù)為3.1557s 1.1910 310 6 m2/s ,所以實(shí)船的雷VsLs25 1.5Rns，一 ，1

17、25s 1.19 10 67.878 108根據(jù)8屆ITTC公式，實(shí)船的摩擦阻力系數(shù)為word完美格式專業(yè).專注Cfs 00752 1.5769 10 3(logi042)2所以，實(shí)船的總阻力系數(shù)為Cts (1 0.022) (1.5769 3.1557) 3.4907 0.4 10 3 2.2772 10 3 水溫為15c時(shí)，海水的密度為s 1025.9 kg/m3 ;此外，V；V2 ,Ss2Sm,所以，可求得實(shí)船阻力為.12322Rts CtssVs Ss 2.2772 100.5 1025.9 25 1.525 10 410656 N2將船舶阻力用習(xí)慣的公斤和噸表示，有：Rts 4106

18、56 N 41903.7 kg 41.904t 相應(yīng)的有效功率為：PE Rs Vs 41065625 1.5 3079.92KW 4188.69hp即，所求的有效功率為 3079.92KW;或用習(xí)慣的馬力表示，為4188.69馬 力。三.船舶推進(jìn)部分10.某雙槳船，航速為21節(jié)時(shí)，有效馬力為6700公制馬力，測得每槳的推力為26.5噸，平均伴流速度為2節(jié)。試求伴流分?jǐn)?shù)、推力減額分?jǐn)?shù)、船身效率。解：船速為21節(jié)，平均伴流速度為2節(jié)，所以，伴流分?jǐn)?shù)為w 0.095V 21已知本雙槳船的有效馬力為Pe TeV 6700 （公制馬力）75其中船速 V 21 0.514 10.794m/s,所以，總的有

19、效推力為75 6700Te 46553.64kgf （公斤力）10.794每槳的有效推力為 Te1 23276.82公斤力。26500 23276.82 0.122已知每槳的推力為T1 26500公斤力，所以，推力減額分?jǐn)?shù)為26500t入 T1船身效率為1 0.122 0.9701 0.095word完美格式專業(yè).專注11.某雙槳船,航速為15.5節(jié)時(shí)的有效馬力為1921公制馬力，模型試驗(yàn)測得伴流 分?jǐn)?shù)為w = 0.104,推力減額分?jǐn)?shù)為t = 0.198,相對旋轉(zhuǎn)效率為r= 1.044,敞 水螺旋槳效率為0 = 0.62,軸系傳送效率為 s = 0.96。試求螺旋槳發(fā)出的推解：因?yàn)榇贋榱耙?/p>