第七章　船舶阻力

1、第七章 船舶阻力學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識目標(biāo)1.掌握船舶阻力的分類、成因和變化規(guī)律；2.基本掌握估算阻力的近似方法；3.了解相似理論及阻力換算方法；4.基本掌握船舶摩擦阻力的計算公式和計算步驟。能力目標(biāo)1.運(yùn)用海軍系數(shù)法和艾亞法估算有效功率；2.運(yùn)用摩擦阻力的計算公式計算船的摩擦阻力。第一節(jié) 船舶阻力的分類及成因“船舶阻力”是“船舶快速性”的一個重要組成部分?！按翱焖傩浴笔谴爸匾暮胶Ｐ阅苤?，它是研究船舶消耗較小功率以維持一定航行速度的學(xué)科。 當(dāng)船舶在水面上航行時，船體處于水和空氣兩種流體介質(zhì)中運(yùn)動，必然受到空氣和水對船體的反作用力。這種與船舶運(yùn)動方向相反的作用力稱為船舶阻力。 為了研究方便起見，

2、船舶總阻力按流體種類分為空氣阻力和水阻力。對于速度不高的民用船舶，空氣阻力僅占其總阻力的24，所以我們以研究水阻力為主。而水阻力又分為船舶在靜水中航行時的靜水阻力和在波浪中航行時的洶濤阻力兩部分。 靜水阻力通常分為裸船體阻力和附體阻力。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。靜水阻力中的裸船體阻力是船舶阻力的主要成分，是我們研究的主要內(nèi)容，為便于敘述，將其稱為“船體阻力”。對于附體阻力及洶濤阻力和空氣阻力一起統(tǒng)稱為附加阻力。船舶阻力構(gòu)成見圖7-1。 圖7-1 船舶阻力構(gòu)成示意圖一、船體阻力的分類 為了更好的研究和處理船體阻力中的各種問題，根據(jù)所研究問題的

3、出發(fā)點(diǎn)及阻力產(chǎn)生機(jī)理的不同，有如下不同的阻力分類方法。 1.按產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象分類 船體阻力按船舶航行過程中船體周圍的流動現(xiàn)象和產(chǎn)生阻力的原因來分類，則船體總阻力由興波阻力、摩擦阻力和粘壓阻力，三者組成： （7-1） 2.按作用力的方向分類 船體在實(shí)際流體中等速直線運(yùn)動時，一方面受到垂直于船體表面的壓力作用，這種壓力是由興波和旋渦等所引起的；另一方面，又受到水質(zhì)點(diǎn)沿著船體表面切向力的作用，即水的摩擦阻力作用。由于船體形狀對稱于縱中剖面，因此，船體濕表面上切向力和壓力對于縱中剖面都是對稱分布，其合力必位于縱中剖面上。在船的重心處加上一對大小等于合力,但方向相反的力和，如圖7-2所示。于是船體可

4、以被看作在重心處受到一個作用力和由、組成力偶的作用，該力偶將造成船體縱傾。作用力的垂向分力，支持船體重量，稱為支持力。圖7-2 船體受力示意圖 由以上分析知，船體運(yùn)動中所受到的總阻力就是所有流體作用力沿運(yùn)動方向的合力，亦即船體表面上所有微面積上切向力和壓力在運(yùn)動方向的合力： (7-2)式中為整個船體濕表面積，負(fù)號表示該作用力與船體運(yùn)動方向相反，是阻力。 式(7-2)中，前一項(xiàng)積分表示由作用在船體表面上切向力所造成的阻力，稱為摩擦阻力。第二項(xiàng)積分表示由作用在船體表面上的壓力所造成的阻力，稱為壓阻力。 由此可知，船體阻力包含有摩擦阻力和壓阻力兩種阻力成分，即 (7-3) 3.按流體性質(zhì)分類 船體阻

5、力中的壓阻力含有粘壓阻力和興波阻力兩種不同性質(zhì)的力。粘壓阻力只有在粘性流體中存在，但興波阻力即使在理想流體中仍然存在。由于粘壓阻力和摩擦阻力兩者都是由于水的粘性而產(chǎn)生，因此習(xí)慣上將兩者合并稱為粘性阻力。這樣船體總阻力又可以認(rèn)為是由興波阻力和粘性阻力兩部分組成： （7-4）式中 其總阻力與各阻力的關(guān)系見圖7-3。圖7-3船體總阻力與各阻力的關(guān)系 4.傅汝德阻力分類需要指出的是：除上述幾種阻力分類外，還有其他阻力分類。這里扼要介紹在船舶阻力問題研究中，曾經(jīng)有很大影響的傅汝德阻力分類法。該分類法將船體總阻力分成摩擦阻力和剩余阻力兩部分，并認(rèn)為船體摩擦阻力等于相當(dāng)平板的摩擦阻力。所謂剩余阻力是指船體總

6、阻力中扣除相當(dāng)平板摩擦阻力所剩部分的阻力，其實(shí)質(zhì)是將粘壓阻力和興波阻力合并在一起稱為剩余阻力，即： （7-5）式中 二、船體阻力的成因 船體在靜水中運(yùn)動時所受到的阻力與船體周圍的流動現(xiàn)象密切有關(guān)。根據(jù)觀察，船體周圍的流動情況是相當(dāng)復(fù)雜的，下面就粘壓阻力、摩擦阻力和興波阻力的成因分別加以描述。1.粘壓阻力邊界層分離是產(chǎn)生粘壓阻力的主要原因。根據(jù)邊界層理論，若邊界層內(nèi)的水質(zhì)點(diǎn)從某處脫離邊界層流向外部區(qū)域，從而在船體附近會發(fā)生旋渦運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為邊界層分離(或稱邊界層脫離)。造成邊界層分離的原因可這樣簡單解釋：由于繞船體曲面的流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)船體前端點(diǎn)時，速度降低，壓力達(dá)到最大值。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)從前端點(diǎn)到達(dá)最

7、大剖面處時，速度達(dá)最大值，壓力為最低值；這個過程的流動特點(diǎn)是流體質(zhì)點(diǎn)不斷加速減壓，但它在邊界層內(nèi)的運(yùn)動受到粘性摩擦力和負(fù)壓力差的雙重作用，因此流體質(zhì)點(diǎn)的動能不如在理想流體中運(yùn)動那樣大。當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)從最大剖面處向尾部流動時，流體質(zhì)點(diǎn)處于減速增加壓區(qū)，即它在粘性和正壓力差的作用下，其速度迅速降低，直到質(zhì)點(diǎn)的速度降為零，動能全部耗盡而停滯下來，迫使繼續(xù)流來的水流質(zhì)點(diǎn)離開船體表面流動，便形成了邊界層分離現(xiàn)象。邊界層分離后，在船體后部升壓區(qū)的水壓力作用下，流體產(chǎn)生倒流，形成許多不穩(wěn)定的旋渦并與水流一起被沖向船后方。旋渦的產(chǎn)生使船尾部壓力降低，從而使船體沿船長方向的壓力分布發(fā)生變化，即加大了船首尾壓力差，產(chǎn)

8、生了阻力。故這種由流體粘性消耗質(zhì)點(diǎn)動能形成的首尾壓力差而產(chǎn)生的阻力稱為粘壓阻力，用表示。 從能量的觀點(diǎn)來看，在船尾部形成旋渦要消耗能量，而一部分旋渦被沖向船的后方，同時船尾處又繼續(xù)不斷地產(chǎn)生旋渦，這樣船就要不斷地供給能量，船損失的這部分能量即可視為增加了一部分阻力粘壓阻力。 邊界層分離是產(chǎn)生粘壓阻力的主要原因，但并非任何船型的粘壓阻力均由邊界層分離而產(chǎn)生。對于設(shè)計優(yōu)良的船體，特別是尾部的形狀和長度適宜，這時可能不發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，但粘壓阻力仍然存在，僅數(shù)值大小不同而已。這是因?yàn)樵酵策吔鐚釉胶?，結(jié)果就使船尾部流線被排擠外移而產(chǎn)生附加速度。根據(jù)伯努利方程可知，這一附加速度的產(chǎn)生將導(dǎo)致船尾部的

9、壓力下降(與理想流體比較)，從而使沿船長方向的壓力分布產(chǎn)生變化，形成首尾壓力差，即產(chǎn)生粘壓阻力。不過這種情況產(chǎn)生的粘壓阻力要比因邊界層分離而引起的粘壓阻力小得多。2.摩擦阻力由邊界層理論我們知道，在水中運(yùn)動的平板上將產(chǎn)生一邊界層，邊界層內(nèi)存在著切應(yīng)力，也即存在摩擦力。船體表面是一個三向曲面，水流經(jīng)過時，也會產(chǎn)生邊界層。雖然船體邊界層比平板邊界層更為復(fù)雜，但是邊界層內(nèi)存在著切應(yīng)力這是相同的。邊界層內(nèi)切應(yīng)力的總和即構(gòu)成了阻礙船舶運(yùn)動的力摩擦阻力，用表示，這就是摩擦阻力的成因。可見，摩擦阻力是由流體的粘性引起的阻力。 另外從能量的觀點(diǎn)來看，當(dāng)船在靜水中運(yùn)動時，由于水的粘性，船體表面必存在邊界層，邊界

10、層內(nèi)流體隨船一起運(yùn)動，運(yùn)動的能量由船供給，因而產(chǎn)生摩擦阻力。3.船行波及興波阻力 船舶在水面航行時將不斷產(chǎn)生向船后傳播的波浪，這種波浪稱為船行波。船舶航行時為什么形成波浪？波浪對船舶的阻力有什么影響？為了研究這些問題，我們先假定水為理想流體，這樣便排除了因水的粘性而引起的粘壓阻力及摩擦阻力的影響。在這種情況下，如果仍能闡明船體水阻力的存在，那么，這種阻力便是不同于粘性阻力的另一種性質(zhì)的阻力。 船行波的形成和特征 船舶在水面運(yùn)動時，之所以會激起成規(guī)則隊形擴(kuò)散的波浪(船行波)，這是由于船體運(yùn)動時沿船長方向的水流速度和壓力分布不一致的緣故。根據(jù)伯努利方程，當(dāng)水流流經(jīng)船體時，隨著船長方向流速的變化，水

11、面高度也會起變化。在船舶首尾兩端的速度最低處，產(chǎn)生水位上升，而在船體中部速度最高區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)生水位下降，這就是形成船波的原因。船波的形成使水面受流體動壓力的激動又受到它本身的重力作用，以及流體質(zhì)點(diǎn)所具有的慣性交替影響，結(jié)果便產(chǎn)生周期性的振動，形成波浪形(波形)的運(yùn)動，這種由船運(yùn)動而形成的波形運(yùn)動，稱為船行波。船行波的形成與自然波浪是相似的，即水質(zhì)點(diǎn)在原地作圓周運(yùn)動，而波形作前進(jìn)運(yùn)動。這一點(diǎn)可用漂浮的木塊并不隨波漂流的現(xiàn)象來證實(shí)。經(jīng)研究可知，船行波在傳播(即波形的前進(jìn)運(yùn)動)過程中，波浪的形狀幾乎不變，傳播速度近似等于船速。一般來說，一艘型線光順的船舶興起的波浪構(gòu)成一船波系。此船波系又較明顯地分成兩

12、部分，一部分自船首發(fā)生的叫首波系，另一部分自船尾發(fā)生的叫尾波系。首波系和尾波系又各自包括首橫波、首散波和尾橫波、尾散波。整個波系明顯地分布在船后的形區(qū)域中。首橫波和尾橫波的波峰均垂直于船舶前進(jìn)方向，首橫波自首柱后一波峰開始，尾橫波自尾柱前一波谷開始。 首散波和尾散波均是一組近似平行的短波，它們自首柱和尾柱稍后處向船體兩側(cè)擴(kuò)散，其波峰中點(diǎn)連線與船體中縱剖面線的夾角為一般為18°20°，而其波峰線與船體中縱剖面線的夾角為36°40°。 特別值得注意的是：在尾散波所形成的一個三角形區(qū)域內(nèi)首橫波與尾橫波將發(fā)生干擾現(xiàn)象，而首尾散波各不相干擾，首橫波與尾散波也不相干

13、擾。 興波阻力的成因?qū)Υ胁ǖ难芯靠芍?，船體在運(yùn)動過程中興起波浪，由于波浪產(chǎn)生，改變了船體表面的壓力分布情況，如圖7-4所示。船首的波峰使首部壓力增加，而船尾的波谷使尾部壓力降低，于是產(chǎn)生首尾流體動壓力差。這種由興波引起壓力分布的改變所產(chǎn)生的阻力稱為興波阻力，一般用表示。圖7-4 興波改變船體壓力分布 另外興波阻力也可以從能量觀點(diǎn)來解釋。如前所述，船行波是不斷往船后傳播的，其形狀及速度幾乎不改變，而船行波必具有一定能量，這個能量只能由船舶克服流體阻力作功而轉(zhuǎn)化出來，波浪的存在正說明了興波阻力的存在。三、附加阻力 附加阻力包括附體阻力、洶濤阻力和空氣阻力。它們在船舶總阻力中占的比例很小。 1.附

14、體阻力 船舶的舭龍骨、軸支架、舵等裝置在水下較深的位置，因而它們產(chǎn)生的阻力主要是摩擦阻力和粘壓阻力。附體阻力的大小與附體的位置、大小、數(shù)量和形狀有關(guān)。確定附體阻力的方法目前有兩種：一是利用經(jīng)驗(yàn)公式，一是應(yīng)用模型試驗(yàn)。減小附體阻力的措施有：附體沿船體流線方向設(shè)置，以減小粘壓阻力；盡可能采用濕面積較小的附體，以減小摩擦阻力；附體沿流線方向應(yīng)采用流線型剖面等等。 2.洶濤阻力 船舶航行于大風(fēng)浪中較靜水中所增加的阻力，稱為洶濤阻力。洶濤阻力的產(chǎn)生主要是由于船在波浪中的縱搖和垂蕩運(yùn)動引起的。海浪的作用改變了船體周圍的壓力分布，使船體壓阻力增加。因海浪使船體濕面積增加，導(dǎo)致摩擦阻力也增加。 洶濤阻力的大小

15、與波浪的高度、遭遇周期及船型有關(guān)。一般在船舶設(shè)計中，通常不具體計算其大小，僅給出一定的儲備功率，以使船舶在洶濤中仍然能維持一定的航速。 3.空氣阻力 船舶水上部分將遭受空氣阻力。空氣阻力主要由摩擦阻力和粘壓阻力兩部分組成，由于空氣的粘性較小，故摩擦阻力所占比重很小，就目前的一般船舶而言，其受的空氣阻力幾乎全部是粘壓阻力。空氣阻力的大小隨上層建筑的型式、大小及風(fēng)速和風(fēng)向不同而變化。確定其大小的方法一般有根據(jù)試驗(yàn)資料估算和船模試驗(yàn)兩種。在設(shè)計初期可粗略取為船體阻力的24。四、污底船舶在營運(yùn)過程中，船體水下部分因長期浸泡在水中，除鋼板被腐蝕外，海水中的生物，如貝類、海草等將附著在船體上生長，使船體表

16、面凹凸不平，大大增加了船體表面的粗糙度，阻力增加很大，這種現(xiàn)象稱為污底。 污底會造成船速下降。一方面由于污底直接增加了阻力，另一方面由于阻力增加導(dǎo)致推進(jìn)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況改變，致使螺旋槳效率下降。一般認(rèn)為新船下水后6個月，因污底所增加的總阻力可達(dá)10以上，船速會有明顯下降。所以新船試航應(yīng)在船殼潔凈并在新涂油漆后進(jìn)行。 由污底而增加的阻力主要與船舶出塢后的時間有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)指出，這種阻力增加值可以分為兩部分：1.一部分稱為“真實(shí)污底”，它與出塢后的時間成非線性關(guān)系，近似于按雙曲線規(guī)律變化，如圖7-5所示。2.另一部分稱為“船體腐蝕”，它與出塢時間成線性關(guān)系，且數(shù)值上較“真實(shí)污底”要小得多，圖7-5中曲線1即

17、為該部分阻力增值。 圖7-5污底對功率的影響因污底而增加的摩擦阻力百分?jǐn)?shù)可用下式來表示： 上式中：為距最后一次出塢的時間(天)；為距新船首次出塢的時間(天)；、為常數(shù)，根據(jù)在一定航線上航行的一定類型船的試航結(jié)果決定。 由污底而增加阻力還與船舶航行的季節(jié)和地區(qū)有關(guān)。這是因?yàn)樨愵惡秃２莸鹊纳L速度在不同季節(jié)和地區(qū)是不同的，熱帶地區(qū)由于污底而增加的阻力較一般地區(qū)為快。防治污底的方法通常是先在船體表面敷涂兩遍防銹漆，然后再涂一、二遍防污漆。因?yàn)榉牢燮岬墓δ芸梢栽趯恿鞯讓又斜３钟幸欢ǖ亩舅睾浚梢允褂仔〉呢愵?、海草等致死，因而有避污作用。此外，污底的海船在淡水港?nèi)停泊數(shù)日后再行出海，其附著的貝類和海草

18、的大部分因死亡而脫落。我國沿海港口多系淡水港，這是清除污底的天然有利條件，當(dāng)然對于污底嚴(yán)重的船必須定期進(jìn)塢除污，重新油漆。五、阻力曲線和有效功率曲線 影響船體阻力的因素很多，但主要有三個方面：首先是航速。航速對阻力的影響較大，隨著航速增加，阻力的增長十分顯著。其次是船型，不同的船型參數(shù)往往會導(dǎo)致阻力性能的變化。再次是外界條件，船舶在不同的航區(qū)中航行，由于外界條件，諸如水深、流體介質(zhì)和溫度等不同，對阻力也會有影響。顯然，對于給定的船型，且在一定的外界條件下，船體阻力僅僅是航速的函數(shù)，其公式表示為： （7-6） 這種阻力隨航速而變化的曲線稱為阻力曲線。不同的船型應(yīng)該對應(yīng)有不同的阻力曲線，如圖7-6

19、(a)所示。 若船速為時，船體總阻力為，則直接用于克服船體阻力所需的功率，稱為有效功率，以示之，其數(shù)值為： (7-7)圖7-6 阻力曲線和有效功率曲線 考慮到船舶主機(jī)在功率傳遞過程中，將有一部分損失于軸系的傳遞，另有一部分損失于螺旋槳的扭矩轉(zhuǎn)換推力的過程中，因此有效功率只是主機(jī)功率的一部分。 對于一定的船型，考慮到(7-6)式，亦是速度的函數(shù)，隨的變化曲線稱為有效功率曲線。如圖7-6(b)所示。比較(7-6)式與(7-7)式可知：有效功率曲線較之阻力曲線是的高一次函數(shù)曲線。第二節(jié) 估算阻力的近似方法 我們可以通過船模試驗(yàn)求得船舶的阻力，然而在船舶設(shè)計初期，當(dāng)決定了主尺度和船型系數(shù)以后，必須要知

20、道主機(jī)功率，以保證船舶能達(dá)到設(shè)計航速；若是主機(jī)功率已知，則需要估計阻力，以確定船的航速。在這個階段，由于船舶型線尚未確定，因而還不能用船模試驗(yàn)的方法來確定阻力，只能用近似方法估算。另外，對一些小型船舶或次要的船舶，在設(shè)計過程中也往往應(yīng)用近似方法估算其阻力，而無需進(jìn)行船模試驗(yàn)。 船舶阻力(或有效功率)的近似估算方法，是根據(jù)大量船模試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)所積累的資料，分析、總結(jié)而擬定的。因此應(yīng)用近似估算方法所得結(jié)果的準(zhǔn)確程度取決于所設(shè)計船與母型船或設(shè)計船與船模系列之間的相似程度。所以為了提高近似估算的準(zhǔn)確性，應(yīng)有針對性地選擇估算方法。近似估算方法有很多，這里僅介紹目前民用船舶常用的幾種，即海軍系數(shù)法、艾亞

21、法等等。一、海軍系數(shù)法 海軍系數(shù)法亦稱海軍常數(shù)法。這是一種應(yīng)用母型船數(shù)據(jù)，迅速地決定設(shè)計船舶有效功率的方法。雖然這種方法的精確性不高，但由于使用簡單、方便，因此常用于比較多種設(shè)計方案的阻力性能估算，以及某些對阻力性能作粗略估算的情況。 海軍系數(shù)法認(rèn)為，對于船型近似，尺度和航速略同的船舶，它們的總阻力與其排水量及航速都有如下關(guān)系： 那么，有效功率與排水量及航速的關(guān)系則為：又可表示為： （7-8）式中：為海軍系數(shù)，為排水量（），為航速（）。 式(7-8)即為海軍系數(shù)表達(dá)式，此式說明，對于船型相近，尺度和航速也略同的船舶，它們的海軍系數(shù)相同。 因此，通常估算設(shè)計船的有效功率時，若能找到母型船，即與所

22、設(shè)計船的船型相近、大小和航速差不多的船舶，那么，設(shè)計船的有效功率估算步驟如下： (1)先由母型船資料按式(7-8)求得其海軍系數(shù)；(2)因設(shè)計船與母型船之海軍系數(shù)相同，則設(shè)計船的有效功率為： （7-9）應(yīng)注意式(7-9)中的排水量和航速均應(yīng)用設(shè)計船的數(shù)據(jù)。二、艾亞法艾亞法亦稱愛爾法。它是統(tǒng)計歸納了大量船模試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)的資料，并將它們繪成用于估算阻力的曲線圖表，成為對應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)船型的阻力(或有效功率)估算方法。艾亞法適用范圍較廣，一般對中、低速商船比較適用，也可用于正常尺度的海洋拖船。 估算的有效功率中包含了單槳船通常具有的舭龍骨、舵等附體阻力以及一般貨船的空氣阻力，合計約占裸船體阻力的8。

23、所以對雙槳船或多螺旋槳船的阻力和對極大上層建筑的空氣阻力應(yīng)另加修正。另外，內(nèi)河船應(yīng)用艾亞法求得的有效功率一般還需加1015的裕量；對于值較大的內(nèi)河淺水船（在8以上），估算的結(jié)果一般偏大，也應(yīng)另加修正。 由于艾亞法適用范圍較廣，特別是對于中、低速船的估算結(jié)果與船模試驗(yàn)結(jié)果較吻合，所以應(yīng)用較廣泛。但由于該法依據(jù)的資料較陳舊，對于新船型，估算的結(jié)果誤差往往較大；此外艾亞法中未考慮滿載水線的形狀及進(jìn)水角等因素，同時此法估算的依據(jù)純屬統(tǒng)計資料，很難從理論上予以判斷，這是艾亞法的不足之處。 1艾亞法的“標(biāo)準(zhǔn)船型”及有效功率 艾亞法規(guī)定的直接估算有效功率的“標(biāo)準(zhǔn)船型”參數(shù)有： (1)標(biāo)準(zhǔn)方形系數(shù)，可用下面公

24、式表示： 單槳船： 雙槳船： 可見標(biāo)準(zhǔn)方形系數(shù)隨傅汝德數(shù)而變化(或隨速長比而變化)。其具體數(shù)值如表7-1所列。 (2)標(biāo)準(zhǔn)寬度吃水比：。 (3)標(biāo)準(zhǔn)浮心縱向位置亦隨傅汝德數(shù)(或)變化。其具體數(shù)值也在表7-1中列出。 (4)標(biāo)準(zhǔn)水線長 艾亞法給出的對應(yīng)于上述標(biāo)準(zhǔn)船型的有效功率估算式為： （7-10）式中：為排水量（），為靜水中試航速度（）。 系數(shù)可根據(jù)長度排水量系數(shù)和速長比(或)由圖7-1查得，這里的均為垂線間長。查得的值僅可適用于標(biāo)準(zhǔn)船型。 2按標(biāo)準(zhǔn)船型估算阻力(或有效功率)的步驟對于所要估算其阻力的設(shè)計船舶，由于其船型往往與標(biāo)準(zhǔn)船型不同，即設(shè)計船的上述各船型參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)船不同，故不能直接運(yùn)用式

25、(7-10)求取阻力(或有效功率)。解決的辦法是：根據(jù)設(shè)計船與標(biāo)準(zhǔn)船型在相應(yīng)參數(shù)之間的差異，逐項(xiàng)進(jìn)行修正，最后得到系數(shù)的修正值。然后用此修正值，再利用公式（7-10）便可估算設(shè)計船的阻力(或有效功率)。表7-1 標(biāo)準(zhǔn)方形系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)浮心縱向位置標(biāo)準(zhǔn) (單槳船) 標(biāo)準(zhǔn)位置(距船中)單槳船雙槳船0.148O.1540.160O.166O.1720.1780.1840.190O.1960.202O.2080.214O.220O.226O.2320.238O.2440.250O.256O.2610.2670.273O.2790.285O.2910.2970.3030.3090.315O.321O.327

26、0.333O.339O.3450.351O.357O.363O.3690.375O.380O.386O.50O.52O.54O.56O.58O.60O.620.64O.66O.68O.700.72O.74O.76O.78O.800.820.84O.86O.880.90O.920.94O.96O.981.001.021.041.061.081.101.121.141.161.181.201.221.241.261.281.300.83O.82O.8lO.80O.790.780.77O.76O.750.74O.73O.72O.7lO.700.69O.68O.670.66O.65O.64O.63O.

27、62O.61O.600.590.580.573O.568O.564O.5600.5570.554O.552O.549O.547O.5450.543O.5410.539O.5370.5362.OO1.961.931.901.851.801.73 1.65 前1.551.441.311.160.990.80O.55O.200.120.45O.751.001.201.401.581.741.881.992.09 2.18 后2.252.322.372.412.442.472.492.502.512.522.532.542.551.00O.96O.93O.900.85O.80 0.73 前O.65O.

28、55O.440.31O.16-O.20O.45O.801.111.371.571.721.851.962.052.122.192.24 2.29 后2.332.372.402.432.452.472.482.492.502.5l2.522.532.542.55對雙螺旋槳船，其數(shù)值加O.01。 具體步驟如下： (1)由所要估算其阻力的設(shè)計船舶的或及值，在圖7-7上查得相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)船型的值。圖7-7 艾爾法標(biāo)準(zhǔn)船型的值 (2)根據(jù)或，由表7-1查得對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)船型的方形系數(shù)和浮心縱向位置。 (3)比較設(shè)計船與標(biāo)準(zhǔn)船型的各對應(yīng)參數(shù)，并進(jìn)行修正。方法如下： 方形系數(shù)的修正：若設(shè)計船的小于或大于標(biāo)準(zhǔn)船型的值

29、時，應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)船型的值增加或減小一個修正值。當(dāng)時， （7-11） 當(dāng)時，(增加的百分?jǐn)?shù))，這里所增加的百分?jǐn)?shù)由表7-2查得, 經(jīng)方形系數(shù)修正后的系數(shù)值為： 寬度吃水比的修正：當(dāng)設(shè)計船的20時，則系數(shù)需另加一個修?？砂聪率接嬎悖?（7-12） 經(jīng)方形系數(shù)和修正后的系數(shù)值為： 浮心縱向位置的修正；若設(shè)計船的浮心縱向位置不在標(biāo)準(zhǔn)位置時，應(yīng)對系數(shù)減小一個修正量。為了確定，應(yīng)按下式（7-13）先算出， × （7-13）式中減小百分?jǐn)?shù)（%）由表7-3或表7-4查得。但這里需要注意，應(yīng)根據(jù)實(shí)際修正量來決定影響的修正量。當(dāng) 則 =當(dāng)，且 則 =0 （7-14）當(dāng)，且 則 =經(jīng)、修正后的系數(shù)值為：表7-

30、2 實(shí)際較小時對所增加的百分?jǐn)?shù) O.20.4O.6O.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.05.2O.080.16O.24O.32O.40O.50O.60O.700.800.901.001.101.201.301.401.521.641.761.882.002.122.242.362.482.602.745.45.65.86.06.26.46.66.87.07.27.47.67.88.08.28.48.68.89.09.29.49.69.8lO.010.210.410.62.883.043.203.363

31、.523.683.844.004.164.334.5l4.694.875.055.235.415.595.775.956.136.316.496.676.857.037.217.4010.811.011.211.411.611.812.012.212.412.612.813.013.213.413.613.814.015.016.017.018.019.020.021.022.07.607.808.008.208.388.548.708.889.069.239.399.559.719.8710.0210.1610.3011.0011.6012.0512.3512.6012.8012.9013.

32、00 表7-3 實(shí)際位置在標(biāo)準(zhǔn)位置前時，對應(yīng)減小的百分?jǐn)?shù) 實(shí)際位置在標(biāo)準(zhǔn)位置前的距離以船長的百分?jǐn)?shù)計O.2O4O.6O.81.01.21.41.61.82.00.40O.42O.440.46O.48O.50O.52O.540.56O.58O.60O.62O.64O.66O.680.700.72O.74O.76O.78O.800.820.84O.86O.88O.900.920.94O.96O.981.001.021.041.061.081.101.151.200.40.3O.2O.2O.2O.20.20.20.20.2O.2O.2O.3O.40.50.6O.6O.7O.80.81.01.01.1

33、1.21.21.41.41.51.61.61.81.81.92.02.12.22.42.6O.8O.70.6O.50.40.4O.40.4O.40.4O.4O.5O.7O.81.01.21.31.51.61.82.02.12.32.42.62.82.93.13.23.43.63.73.94.04.24.44.85.21.21.0O.90.80.7O.6O.60.6O.60.6O.60.81.01.31.51.82.02.22.52.73.03.23.43.73.94.24.44.64.95.15.45.65.86.16.36.67.27.81.61.41.21.0O.9O.8O.80.8O.8

34、O.8O.81.11.41.72.02.42.73.03.33.64.04.34.64.95.25.65.96.26.56.87.27.57.88.18.48.89.610.42.01.81.61.41.21.01.01.01.01.01.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.05.45.86.26.67.07.47.88.28.69.09.49.810.210.611.012.013.02.62.42.22.01.81.61.61.61.61.61.61.02.02.83.23.64.14.55.05.56.O6.57.07.58.08.48.99.39.810.310

35、.811.311.812.312.713.214.415.63.23.02.82.62.42.22.22.22.22.22.22.63.03.43.84.24.75.35.86.47.07.68.18.79.29.810.410.911.512.012.613.213.714.314.815.416.818.23.83.63.43.23.02.82.82.82.82.82.83.23.64.04.44.85.46.06.77.38.O8.69.29.910.511.211.812.413.113.714.415.O15.616.316.917.619.220.84.44.24.03.83.63

36、.43.43.43.43.43.43.84.24.65.05.46.16.87.58.29.09.710.411.111.812.613.314.014.715.416.216.917.618.319.119.821.623.45.04.84.64.44.24.04.04.04.04.04.04.44.85.25.66.06.87.68.49.210.010.811.612.413.214.014.815.616.417.218.018.819.620.421.222.024.026.0表7-4 實(shí)際位置在標(biāo)準(zhǔn)位置后時，對應(yīng)減小的百分?jǐn)?shù) 實(shí)際位置在標(biāo)準(zhǔn)位置后的距離以船長的百分?jǐn)?shù)計0.2O40.

37、60.81.O1.21.41.61.82.OO.40O.420.440.460.48O.500.520.54O.56O.58O.60O.62O.64O.660.68O.70O.72O.74O.76O.78O.800.820.84O.86O.88O.900.92O.940.96O.981.OO1.021.041.061.081.101.151.201.O1.9O.8O.80.8O.8O.7O.6O.6O.6O.60.6O.5O.5O.5O.4O.40.3O.30.2O.20.2O.3O.42.O1.91.81.71.71.61.51.41.31.21.21.11.11.OO.90.80.7O.6

38、0.50.40.4O.2O.20.40.6O.83.02.82.72.62.52.42.32.22.O1.91.81.71.61.41.31.21.OO.90.80.70.6O.4O.2-O.2O.4O.6O.91.24.O3.83.63.53.43.23.12.92.82.62.42.32.11.91.71.61.41.21.O0.9O.8O.6O.40.2O.2O.4O.60.81.21.65.04.84.64.44.24.03.83.63.43.23.02.82.62.42.22.O1.81.61.41.21.OO.8O.60.4O.20.2O.4O.60.81.01.52.06.46.

39、15.85.65.45.24.94.64.44.24.O3.73.43.23.O2.82.52.32.O1.81.61.31.1O.8O.60.40.30.3O.2O.30.40.6O.81.11.31.62.22.87.87.57.26.96.66.46.15.85.65.25.O4.74.44.13.83.63.22.92.62.42.21.81.61.31.00.8O.6O.5O.4O.6O.81.O1.31.61.92.22.93.69.28.98.68.38.07.67.26.96.66.36.O5.65.35.O4.74.44.03.63.33.O2.82.42.11.81.41.

40、21.00.70.70.91.21.51.82.12.42.83.64.410.610.29.89.59.28.88.48.O7.67.37.O6.66.25.85.55.24.84.44.O3.63.43.O2.62.31.91.61.41.O1.O1.21.61.92.32.63.03.44.35.212.O11.611.210.810.4lO.09.69.28.88.48.O7.67.26.86.46.05.65.24.84.44.O3.63.22.82.42.O1.61.21.21.62.O2.42.83.23.64.O5.O6.O 水線長度的修正：對于設(shè)計船的水線長大于或小于標(biāo)準(zhǔn)水線

41、長度，則應(yīng)將系數(shù)增加或減少一個修正量： （7-15）這樣經(jīng)過、和修正后的系數(shù)值為：(4)設(shè)計船的有效功率：設(shè)計船的有效功率估算按式(7-10)進(jìn)行，但需將系數(shù)以修正后的系數(shù)代替，即： （7-16）這里的是計入的附體阻力在內(nèi)的有效功率，其相應(yīng)的裸船體有效功率為： （7-17）艾亞法的計算可列表進(jìn)行，表7-5是具體估算實(shí)例(該船為單槳船)。表7-5 艾亞法有效功率估算表 已 知 量 水線長125.5 垂線間長122.0 船寬16.8 吃水d7.94 排水量(海水)11970 寬度吃水比2.12 方形系數(shù)=0.721 浮心縱向位置(船中前) 計算順序(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(

42、9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)速度傅汝德數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，查圖7-1標(biāo)準(zhǔn)，查表7-1實(shí)際修正（肥或瘦）()： 修正() 若肥：肥實(shí)際若瘦：查表7-2修正量已修正后的修正=修正數(shù)量已修正之標(biāo)準(zhǔn)，船中前或后，查表7-l實(shí)際，船中前或后。(已知量)相差，在標(biāo)準(zhǔn)者前或后修正()，查表7-3修正數(shù)量，已修正后的修正()=修正量修正后的（）14O.2084490.7301.23瘦+O.51+245l-O.86-44471.31，船中前0.50，船中前O.81，船中后-1.62-1440+O.3+14412744186015O.222424

43、O.7052.27肥-4.91-21403-0.86-3400O90，船中前O50，船中前O.40船中后-O.55-2(免)400+O.3+140133752521第三節(jié) 船舶阻力相似理論和阻力換算一、雷諾定律由于摩擦阻力是流體質(zhì)量密度、船長L、船速以及水的運(yùn)動粘性系數(shù)（水的運(yùn)動粘性系數(shù)和質(zhì)量密度，見第六章）的函數(shù)，故可以成 （7-18）為確定以、值，根據(jù)流體力學(xué)的量綱分析法，上面等式兩端的量綱應(yīng)相同，據(jù)此可以列出因次方程如下： 式中，表示質(zhì)量；表示時間。對照等式兩端相同量綱的指數(shù)，可得：M: L: T: 解以上聯(lián)立方程，可得：，于是現(xiàn)雖仍不知道的值，但至少可以寫成： 由于濕面積是長度的二次方

44、，所以上式中用濕面積代替，則有： （7-19）這就是雷諾定律，式中是單位面積上的摩擦阻力與水動壓力之比，稱為摩擦阻力系數(shù)。雷諾定律說明，當(dāng)兩船(或船模與實(shí)船)幾何相似且雷諾數(shù)相等時，兩者的摩擦阻力系數(shù)必相等。 二、傅汝德定律由于興波阻力是流體質(zhì)量密度、船長、船速以及重力加速度的函數(shù)，故可以寫成：按量綱分析法，同樣可以列出因次方程并得到： （7-20）這就是傅汝德定律，式中稱興波阻力系數(shù)，稱傅汝德數(shù)。傅汝德定律表明，當(dāng)兩船(或?qū)嵈c船模)幾何相似且傅汝德數(shù)相等時，兩者的興波阻力系數(shù)亦相等。傅汝德定律還可由另一形式表示：當(dāng)兩船(或?qū)嵈c船模)幾何相似且傅汝德數(shù)相等時，兩者的單位排水量亦必相等，即當(dāng)時，有下面關(guān)系：這一關(guān)系也稱傅汝德比較定律，式中和表示船模的興波阻力和排水量；和表示實(shí)船的興波阻力和排水量；而和表示船模和實(shí)船的傅汝德數(shù)。傅汝德比較定律可證明如下： 由于船模的傅汝德數(shù)，實(shí)船的傅汝德數(shù)（和分別表示