船舶阻力復(fù)習(xí)題及部分解析(上交教材)

1、船舶阻力思考題與習(xí)題第一章 總論1）船舶阻力學(xué)科的研究任務(wù)與研究方法。答：本課程著重介紹船舶航行時(shí)所受到的阻力的產(chǎn)生原因，各種阻力的特性，決定阻力的方法，影響阻力的因素以及減少阻力的途徑等問題。2）船舶在水中航行時(shí)，流場中會產(chǎn)生那些重要物理現(xiàn)象？它們與阻力有何關(guān)系？3）影響船舶阻力的主要因素有那些？4）各阻力成分及其占總阻力的比例與航速有何關(guān)系？低速船 摩擦阻力70%80%，粘壓阻力10%以上興波阻力很小高速船 興波阻力40%50%，摩擦阻力50%粘壓阻力5%5）物體在理想流體無界域中運(yùn)動時(shí)有無阻力？應(yīng)該注意的是壓阻力中包含有粘壓阻力和興波阻力兩類不同性質(zhì)的力。興波阻力既使在理想流體中仍然存在

2、，而摩擦阻力和粘壓阻力兩者都是由于水的粘性而產(chǎn)生的，在理想流體中并不存在。6）何謂二物理系統(tǒng)的動力相似？7）何謂傅汝德（Froude）相似律？8）何謂雷諾（Reynolds）相似律？9) 船模試驗(yàn)中能否實(shí)現(xiàn)“全相似”？為什么？10）何謂“相應(yīng)速度”（又稱“相當(dāng)速度”）？相應(yīng)速度（模型）311）某海船航速L=100.0(m)，B=14.0(m),T=5.0(m),=4200.0(m)，濕面積s=5.90(m2)，V=17.0(kts)，阻力試驗(yàn)中所用船?？s尺比=25，在相當(dāng)速度下測得興波阻力Rw=9.8(n)，試驗(yàn)水溫為12C，試求：i）船模的相當(dāng)速度及排水量；ii）20C海水中實(shí)船的興波阻力R

3、w。注：1節(jié)(knot)=1.852(公里/小時(shí))12）設(shè)RfV1.825，RvpV2，RwV4，在某一航速下，Rf=80%Rt，Rvp=10%Rt，Rw=10%Rt，試計(jì)算當(dāng)速度增加50后，Rf、Rvp、Rw各占總阻力的百分比。第二章 粘性阻力1）何謂“相當(dāng)平板”？相當(dāng)平板：同速度、同長度、同濕表面相當(dāng)平板假定：實(shí)船或者船模的摩擦阻力分別等于與其同速度，同長度，同濕面積的光滑平板摩擦阻力。2）摩擦阻力與流態(tài)的關(guān)系如何？雷諾數(shù)對摩擦阻力的影響如何？書P1623）船體表面縱、橫向曲度對摩擦阻力影響如何？當(dāng)船體水流的平均速度較平板大，因此邊界層厚度大部分（船前70%）比平板要小，這導(dǎo)致速度梯度和摩

4、擦阻力增加。但當(dāng)船尾附近，船體邊界層變厚，常伴有分離、旋渦現(xiàn)象，這時(shí)水流速度較小，摩擦阻力也隨之減小。4）何謂“水力光滑”？5）何謂“粗糙度補(bǔ)償系數(shù)”？為何將其稱為“換算補(bǔ)貼”或“相關(guān)補(bǔ)貼”？總的摩擦阻力系數(shù)可取為光滑平板摩擦阻力系數(shù)Cf在加上一個與雷諾數(shù)無關(guān)的粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)Cf.我們一般取0.4*10-36）何謂“普遍粗糙度”？何謂“結(jié)構(gòu)粗糙度”？普通粗糙度：又稱為漆面粗糙度，主要是油漆面的粗糙度和殼板表面的凹凸不平等。 局部粗糙度：又稱為結(jié)構(gòu)粗糙度。主要為焊接，鉚釘，開孔以及突出物等粗糙度。7）你了解哪些關(guān)于減少摩擦阻力的近代研究，自己有何設(shè)想？1.邊界層控制辦法2.采用聚合物溶液降阻劑3

5、.仿生學(xué)觀點(diǎn)4.微小溝槽（微槽薄膜）5.將船體抬出水面，從而使船體表面與水接觸改變?yōu)榕c空氣接觸8）試述粘壓阻力的成因與特性從能量觀點(diǎn)來看，在尾部形成漩渦，另一部分漩渦則被沖向船的后方，同船尾處又繼續(xù)不斷產(chǎn)生的漩渦，這樣船體就要不斷地提供能量。這部分能量損耗就是以粘壓阻力的形式表現(xiàn)的。9）為降低粘壓阻力，對船型有何要求？1注意后體形狀（1）（2）控制船尾水流的變化平緩2船型變化不宜過急，特別注意橫剖面曲線A(x)前肩勿過于隆起，后肩勿過于內(nèi)凹。 3對低速肥大船型，可采用球鼻艏以減少舭渦。10）試證在邊界層未分離情況下，粘壓阻力仍存在。（考慮利用邊界層方程與Lagrange積分） 對于流線型物體，

6、甚至某些優(yōu)良船型可能并不發(fā)生界層分離現(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)檫吔鐚拥男纬墒刮膊苛骶€被排擠外移，因?yàn)榱魉佥^理想流體情況時(shí)必然增大，壓力將下降。這樣尾部的壓力值不會達(dá)到理想流體中的最大值，首尾仍舊存在壓力差，同樣會產(chǎn)生粘壓阻力，但是與由于邊界層分離而引起的粘壓阻力相比要小得多。11）你所了解的粘性阻力理論計(jì)算的研究現(xiàn)狀與水平。第三章 興波阻力1）試從壓力與能量兩方面說明興波阻力的成因。壓力觀點(diǎn)P191最下面能量觀點(diǎn)：船舶在水面航行時(shí)候產(chǎn)生的波浪，船體必須提供興波的波能，即要克服興波阻力作功，這就是從能量觀點(diǎn)解釋興波阻力的由來。2）試述船行波的形成特點(diǎn)。船行波：在航行時(shí)

7、隨著一起前進(jìn)，波不斷向外傳播,波浪留在船后。（不斷向外向后傳播的波）3）興波阻力曲線在一定傅汝德數(shù)范圍內(nèi)為何峰、谷迭現(xiàn)？書P199 3-20式 由于COS(2mL/)的數(shù)值在1.0-1.0之間變動，因此興波阻力在曲線上總是出現(xiàn)凸起和凹陷的“峰”和“谷”4）何謂傅汝德圓圈P理論？如何利用該理論判斷船舶處于何種干擾區(qū)？（感受不需要掌握）5）熟悉平面進(jìn)行波的基本理論及基本參數(shù)。恩。6）船體接近自由面的部分對興波的影響大還是底部對興波的影響大？為什么？由波浪理論知。興波主要發(fā)生在自由表面附近，而隨浸深增加，波幅將按指數(shù)規(guī)律衰減。SO7）試述減少船舶興波阻力的措施。P2098）你所了解的船舶興波阻力理論

8、與數(shù)值計(jì)算的研究現(xiàn)狀與水平。9）對于破波阻力的看法及阻力分類的再認(rèn)識P215 破波阻力：破波阻力隨Fn增大而增大，而且服從Froude的比較定律，即Fn數(shù)相等時(shí)，破波阻力系數(shù)相等。 豐滿船破波阻力較大，壓載情況下破波阻力要比滿載時(shí)大，因?yàn)閴狠d時(shí)B/T值增大。 破波阻力除了與船型有關(guān)外，主要與B/T和進(jìn)流段長度有關(guān)。減少B/T，增大進(jìn)流段長度，將能明顯減少破波阻力。 理論和實(shí)驗(yàn)都證明，采用球鼻型船首能減少破波阻力，主要原因是減少船首波的陡直程度，而且球鼻型的船首在輕載（壓載）時(shí)效果較大。10)某長江雙槳客貨船水線長Lwl=108m，方形系數(shù)Cb0.594,中橫剖面系數(shù)Cm=0.97。試用傅汝德圓

9、圈P理論判別航速V15節(jié),17.7節(jié),19.5節(jié)時(shí)興波阻力是否處于峰值或谷值附近。第四章 附加阻力1）附體阻力、空氣阻力主要是何種阻力成分？為什么？附體阻力成分：摩擦阻力和粘壓阻力?？諝庾枇Γ耗Σ磷枇驼硥鹤枇?）波浪中的阻力增值的主要影響因素有那些？1不論船型的肥瘦情況如何，同一船舶的波浪中阻力增值隨所遭遇的波高而增加，遭遇的波浪越大，船體運(yùn)動愈劇烈，阻力越大。2.波浪中的阻力增值主要取決于船舶的縱搖和升沉運(yùn)動的強(qiáng)烈程度以及與波浪的相位關(guān)系。3.若所遇波浪的波長在船長3/4以下者產(chǎn)生的縱搖和升沉運(yùn)動都比較小，但等于或大于船長時(shí)所產(chǎn)生的運(yùn)動將大為加劇，波浪中的阻力增值亦將顯著增大3）何謂試航速

10、度、服務(wù)速度、貯備功率？服務(wù)航速：常以持久功率（約為額定功率的85%90%）在平均海況下船舶所能達(dá)到的航速稱為服務(wù)航速。試航速度：服務(wù)航速另加0.51.0KN作為試航速度儲備功率：在波浪中阻力增值，如要維持靜水中的相同航速，則必須較原靜水功率有所增加，所增加的功率稱為儲備功率。第五章 船模阻力試驗(yàn)1）船池尺度如何確定？由船模的大小和速度而定2）船模阻力試驗(yàn)如何滿足相似條件？Fr滿足相似3）何謂“激流”？由于試驗(yàn)是在部分相似的條件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假定。這里需要特別注意的是：船模阻力試驗(yàn)雖然無法滿足于實(shí)船的雷諾數(shù)相等，但并不等于對船模試驗(yàn)的雷諾數(shù)Rem沒有任何要求。實(shí)船船體周

11、圍邊界層中的水流都是處于紊流狀態(tài)，因而要求船模試驗(yàn)時(shí)邊界層中的水流也要處于紊流狀態(tài)，因此船模試驗(yàn)的雷諾數(shù)必須在2000000以上，并且安裝激流裝置，才能滿足船模邊界層中的水流處于紊流狀態(tài)4）試述傅汝德（Froude）換算方法的本質(zhì)及基本換算步驟。5）何謂“尺度效應(yīng)”？6）試比較傅汝德（Froude）換算方法及三因次換算方法。應(yīng)用弗如德的2因次換算時(shí)，由船模阻力試驗(yàn)測量的總阻力Rtm，在扣除相當(dāng)于平板摩擦阻力Rfm得到剩余阻力Rrm,其中Rfm由平板公式計(jì)算所得，模型試驗(yàn)所要求解決的只是Rrm.但在三因次換算中，需要靠船模試驗(yàn)解決的是興波阻力Rwm及形狀因子（1+K）。7）何謂“形狀因子”？如何

12、確定它？粘壓阻力系數(shù)Cpv與摩擦阻力系數(shù)Cf之比是一常熟K稱之為形狀因子。8）某船長L=100(m)， V=7.83(m/s)，F(xiàn)r=0.25，相應(yīng)船模的縮尺比=25。設(shè)流態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界雷諾數(shù)Rncr=5×105，水的粘性系數(shù)=1.14×10-6(m2/s)，試以相當(dāng)平板計(jì)算實(shí)船、船模層流段的長度范圍。9）某海船模型速度Vm=1.75(m/s)，L=6.1(m)，=0.82(m)3，濕面積s=5.90(m)，縮2尺比=20，測得總阻力Rt=34.1(n)，試驗(yàn)水溫為20C，試用傅汝德?lián)Q算法求15C海水中實(shí)船的總阻力。10）某海船模型速度Vm=1.54m/s，F(xiàn)r=0.22，測

13、得Rt=43.1(n)，模型濕面積s=9.0(m2)，縮尺比=30，試驗(yàn)水溫為20C，試求實(shí)船在15C下的有效功率。11）不同船型比較時(shí)阻力數(shù)據(jù)應(yīng)如何正確表達(dá)？第六章 船型對阻力的影響1）研究船型時(shí)應(yīng)首先明確的基本觀點(diǎn)是什么？要綜合考慮各種因素，顧及總體布置。工藝結(jié)構(gòu)，快速性，耐波性，穩(wěn)性，航區(qū)和經(jīng)濟(jì)性2）影響阻力的船型參數(shù)有那些？ 橫剖面面積曲線（主要看：浮心位置Xc，平行體長度Lp和位置，以及前尾形狀） 滿載水線面的形狀（主要看：滿載水線面積，滿載水線平行中段，滿載水線首尾形狀，以及首端進(jìn)流段） 首尾形狀（包括：首尾橫剖面形狀，縱剖面形狀）3）橫剖面面積曲線包含那些特征參數(shù)？浮心縱向位置X

14、c，平行中體長度Lp和位置，以及曲線兩端的形狀4）為何在研究船型參數(shù)對阻力的影響時(shí)要按速度參數(shù)將船舶分為高、中、低速船型分別討論？各類船舶的速度范圍不同，因?yàn)樗麄兊闹饕枇Τ煞忠嗖灰粯?，所以船型設(shè)計(jì)所考慮的側(cè)重面各不相同。5）何謂仿射變化？仿射變化后船型特征變化如何？將船體表面上各對應(yīng)坐標(biāo)分別按一定比例放大或縮小，從而得到不同系列的船模。6）試述船長對阻力的影響。7）試述棱形系數(shù)對阻力的影響。8）試述排水量長度系數(shù)對阻力的影響。9）簡述浮心縱向位置、平行中體長度、去流段及進(jìn)流段長度對阻力的影響。書上全是。10）試述船舶加裝球首的作用。1減小興波阻力2減小舭渦阻力3減小破波阻力11）簡述方尾流動

15、特征與減阻機(jī)理。它的尾部縱剖線坡度緩和近于直線。這樣可使水流大致沿縱剖線方向流動，減少高速水流的扭轉(zhuǎn)和彎曲程度，從而減少能量損失，改善阻力性能。12）試證影響船舶阻力的六個船型參數(shù)超過四個。LB、B、CP、CB、CM、L3中獨(dú)立參數(shù)不得證。13）橫剖面形狀有那些基本類型？從對阻力影響的角度看應(yīng)如何選擇橫剖面形狀？ U V UV P259第七章 阻力近似估算方法1）簡述近似方法的特點(diǎn)。用幾種方法計(jì)算后求平均值是否可以保證近似計(jì)算的精度？應(yīng)該如何選擇近似計(jì)算方法？阻力近似估算方法所得結(jié)果的準(zhǔn)確程度取決于設(shè)計(jì)船與母型船或設(shè)計(jì)船與各圖譜所依據(jù)的船模系列之間的相似程度。為了盡可能提高近似估算的準(zhǔn)確性，應(yīng)

16、該對估算方法的原始資料情況有所了解，有針對性選擇估算方法。船模系列資料估算法。經(jīng)驗(yàn)公式估算法。母型船數(shù)據(jù)估算法。2）Taylor法如何進(jìn)行濕面積修正及船長修正？3）簡述艾亞（Ayre）法計(jì)算阻力的步驟。該法如何考慮摩擦阻力修正？4）某客貨船裝有軸功率2000馬力的主機(jī)，正常航速為12節(jié)，因鍋爐故障，致使主機(jī)功率下降12，試估算航速下降的百分比。第八章 船在限制航道中的阻力1）簡述淺水對船舶流場與粘性阻力的影響。淺水時(shí)船周圍的流場發(fā)生變化，主要反映船側(cè)，船底的流速比深水時(shí)為大，致使粘性阻力增加。同時(shí)，由于船底的流速增加，壓力下降，從而使船的吃水增加和船的航態(tài)發(fā)生變化。2）試述淺水對船舶興波與興波

17、阻力的影響。船舶在淺水中航行時(shí)興起的波浪參數(shù)如波高，波速（波長）與深水情況不同，而且興波圖形（即興起波浪的形狀）也發(fā)生明顯變化。3）工程上考慮淺水影響的判據(jù)是什么？最小臨界水深4）證明在亞臨界速度區(qū)，相同航速下淺水興波波長大于無限水深興波波長。 波速損失不等于05）船舶在淺狹水道和淺水中航行時(shí)的主要差別是什么？興波現(xiàn)象有何不同？ P2996）試述用Schlichting法計(jì)算淺水阻力的基本思想及計(jì)算步驟。7）何謂孤獨(dú)波？孤獨(dú)波產(chǎn)生時(shí)船舶的浮態(tài)與阻力會發(fā)生什么變化？第九章1）船舶有哪幾種航態(tài)？1排水航行狀態(tài)2過渡狀態(tài)3滑行狀態(tài)2）試述過渡型快艇的艇型特征和阻力特性。速度 長度 排水量 橫剖面形狀