2023學年完整公開課版阻力計算

項目六船舶快速性二、阻力計算

在船舶設(shè)計過程中，特別是在方案設(shè)計的初期，由于船舶線型尚未確定，因而還不能應(yīng)用船模試驗方法來確定阻力，所以只能用近似方法進行估算。阻力估算方法分為三類：1、船模系列資料估算法，例如泰洛法等。

2、經(jīng)驗公式估算法，例如艾亞法等。

3、母型船數(shù)據(jù)估算法，例如海軍系數(shù)法等。

我們重點學習海軍系數(shù)法。一、阻力的估算

一、海軍系數(shù)法的出發(fā)點（基本思想）

1、對于設(shè)計船和母型船，船體阻力，船體阻力對應(yīng)的有效功率。

2、海軍系數(shù)

其中：Δ為排水量（t），V為航速（kn）。3、對于船型近似，尺度和航速略同的船，它們的海軍系數(shù)大致相同（即此方法的基礎(chǔ)：設(shè)計船與母型船在傅汝德數(shù)相等時，兩者的海軍系數(shù)相等）。

☆母型船：船型近似，尺度和航速略同的船。

二、海軍系數(shù)法估算步驟1、找設(shè)計船對應(yīng)的母型船（即與設(shè)計船船型相近，大小和航速相差不多的船舶），并求得母型船的海軍系數(shù)

。2、認為設(shè)計船的海軍系數(shù)近似等于母型船的海軍系數(shù)，即。3、求設(shè)計船船體阻力對應(yīng)的有效功率海軍系數(shù)一般由母型船的試航資料得到。若無相近的母型船，可借助一些經(jīng)驗公式或經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定海軍系數(shù)。

思考：1、某船在排水量不變的前提下，若航速在原有基礎(chǔ)上提高1%，主機功率應(yīng)增加多少？2、某船在航速不變的條件下，排水量增加3%，問主機功率應(yīng)增加多少？

3、某船排水量增加3%，航速減少1%，主機功率應(yīng)增加或減少多少？

阻力換算是將船模試驗所測得的阻力換算成實船的阻力。其依據(jù)的理論是流體力學的相似理論。阻力的換算方法，一般隨著粘壓阻力的不同處理，分為傅汝德法（二因次法）和（1＋K）法（三因次法）等幾種。我們重點學習傅汝德法。一、傅汝德假定1、假定船體總阻力可以分為獨立的兩部分：一為摩擦阻力Rf，只與雷諾數(shù)有關(guān)；另一為粘壓阻力Rpv與興波阻力Rw合并后的剩余阻力Rr，只與傅汝德數(shù)有關(guān)，且適用比較定律。2、假定船體的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。通常稱為相當平板假定。

☆傅汝德假定將船體阻力進行了分類，且指出了各類阻力的求解思路。二、阻力的換算

二、傅汝德比較定律

形似船在相應(yīng)速度時(或相同F(xiàn)r數(shù))，單位排水量的興波阻力必相等。亦稱為比較定律或比較率。船體阻力Rt摩擦阻力Rf剩余阻力Rr興波阻力Rw粘壓阻力Rpν船體阻力Rt粘性阻力Rν

三、傅汝德法換算的一般步驟

1、船模試驗，測得船模的船體阻力Rtm。

2、以相當平板假定為基礎(chǔ)，計算出船模的摩擦阻力Rfm

。3、求出船模的剩余阻力Rrm

。4、應(yīng)用比較定律，換算出實船的剩余阻力Rrs

。5、以相當平板假定為基礎(chǔ)，計算出實船的摩擦阻力Rfs。6、求出實船的船體阻力Rts。

1、摩擦阻力計算的理論基礎(chǔ)

相當平板假定，即船體的摩擦阻力與同速度、同長度、同濕面積的相當平板摩擦阻力相等。

這一假定是計算船體摩擦阻力的基礎(chǔ)。

2、摩擦阻力計算的基本思想以相當平板假定為基礎(chǔ)，首先計算出船體對應(yīng)的相當平板的摩擦阻力，然后針對船體與相當平板的差異進行修正，最后得到船體的摩擦阻力。1）相當平板的摩擦阻力系數(shù)

A、1957年ITTC公式主要適用于傅汝德法（二因次法），我國現(xiàn)用此公式。三、摩擦阻力的計算

B、休斯公式

主要適用于（1＋K）法（三因次法）。2）船體與“相當平板”的差異及修正

①表面（縱、橫）彎曲度

A、一般說來，船體表面彎曲度使摩擦阻力增大。B、彎曲度的影響使船體的摩擦阻力大于相當平板的摩擦阻力，但是這種阻力的增加量是比較小的，一般不作修正，理由如下：a、船體彎曲度對摩擦阻力的影響并不顯著；b、由于目前對形狀效應(yīng)的修正尚無公認的辦法。

注意：一般認為想通過改變船體線型的辦法來減小摩擦阻力，其效果是不大的。

②表面粗糙度

船體表面粗糙度對摩擦阻力的影響既顯著又敏感，試驗證明微小的粗糙度會導致摩擦阻力較大的增加。目前在計算船體表面粗糙度對摩擦阻力的影響時，均采用“粗糙度補貼系數(shù)△Cf”的形式。對于一般船舶，我國取粗糙度補貼系數(shù)

小結(jié)：針對船體與“相當平板”的差異進行修正，一般不修正彎曲度的影響，只修正粗糙度的影響，但不意味著彎曲度對摩擦阻力沒有影響。在實際計算中，總的摩擦阻力系數(shù)可取為光滑平板摩擦阻力系數(shù)Cf再加上一個與雷諾數(shù)無關(guān)的粗糙度補貼系數(shù)ΔCf

。

3）船體摩擦阻力的計算公式在實際計算中，總的摩擦阻力系數(shù)可取為光滑平板摩擦阻力系數(shù)Cf再加上一個與雷諾數(shù)無關(guān)的粗糙度補貼系數(shù)ΔCf。因此，包括表面粗糙度影響的船體摩擦阻力為：

其中ΔCf值系根據(jù)各國的習慣或不同的船舶而選取。對于一般船舶，我國取ΔCf=0.4×10-3。

3、摩擦阻力計算的一般步驟

1）計算船的濕表面積S（積分法和經(jīng)驗公式法）。

2）計算雷諾數(shù)

，其中LWL為水線長(m)，是船速，是水的運動粘性系數(shù)。

如無特殊注明，對于實船取標準水溫t=15℃時之值。3）根據(jù)光滑平板摩擦阻力公式算出或由相應(yīng)的表中查出摩擦阻力系數(shù)Cf。

4）決定粗糙度補貼系數(shù)ΔCf的數(shù)值，目前我國一般取ΔCf=0.4×10-3。5）計算出船體的摩擦阻力

。

以增加相對于船體阻力（或?qū)?yīng)于船體阻力的有效功率）的百分數(shù)來表示