第3章高性能排水型單體船

1、高性能單體船方尾深VSSB 阻力性能與主要船型參數(shù)的關(guān)系 高速排水型船舶大多處于過渡航態(tài)，即船體受到的阻力主要為興波作用，所以主要考慮影響興波阻力的兩個系數(shù)： 1、船體棱形系數(shù) Cp=/AML 反映船體水下形狀尖瘦程度或排水容積相對船中的集中與分散的分布情況。 2、船體修長度 31/L1 311 31 3333331 .0 0 0 8 31 .0 2 50 .0 11 .0 2 50 .0 10 .0 1LLLtmLL船 體 修 長 度 ：也 稱 “ 排 水 體 積 長 度 系 數(shù) ”海 水 質(zhì) 量 密 度 ，另 一 種 修 長 度 表 示 方 法 ：“ 排 水 量 長 度 系 數(shù) ”二 者

2、關(guān) 系 為 ： 高速排水型船舶，通常為輕型船，受橫搖和緩性要求，B/d在2.53.5；L/B在6.510，受耐波性和快速性限制，方形系數(shù)在0.420.52.因此，由上式可知， 高速排水型船舶排水體積長度系數(shù)為6.38.81 3131bbLL LCB dCLBd排 水 體 積 長 度 系 數(shù) ：由 上 式 可 知 ， 排 水 體 積 長 度 系 數(shù) ， 綜 合 了 寬 吃 水 比 、 長 寬 比和 方 形 系 數(shù)船舶總比阻力隨相對航速和修長系數(shù)的關(guān)系曲線 耐波性能與主要船型參數(shù)8 .4 2 24 5 .1 0 41 0 .0 7 83 7 8 .4 6 51 .2 7 32 3 .5 0 11

3、5 .8 7 5,W FW AV P FV P AW FW AV P FV P AV PWWWdCRCCLLCCCCCCCAdACLB耐 波 性 最 優(yōu) 化 模 型 ： 舯 前 水 線 面 面 積 系 數(shù) 舯 后 水 線 面 面 積 系 數(shù)C : 龍 骨 截 止 點 至 首 垂 線 的 距 離： 舯 前 垂 向 棱 形 系 數(shù)： 舯 后 垂 向 棱 形 系 數(shù)表 排 水 體 積 沿 船 長 的 垂 向 分 布表 船 體 水 平 剖 面 的 肥 瘦 程 度 ， 與 快 速 性 、 穩(wěn) 性 有 關(guān) 通過對驅(qū)逐艦一類的高速排水型艦船的深入研究，把反映耐波性能優(yōu)劣程度的耐波性品級指標(biāo)耐波性品級指標(biāo)R和

4、幾個重要的船型幾何特征通過簡明的關(guān)系式直接聯(lián)系起來，得到： 1970年莫爾通過船模自航試驗，在多元回歸分析的基礎(chǔ)上，建立縱搖角、升沉有義值和功率增加與船舶主尺度、航速間的關(guān)系。 莫爾的回歸分析模型 船舶系數(shù)對耐波性的影響1.方形系數(shù)莫爾給出了水線面與方形系數(shù)間的關(guān)系：0.75并且由上面三式也可知，對縱搖、升沉、功率都成正相關(guān)性。2.斯簧在排水量不變的前提下，通過船模試驗，研究、L/B和L/d對運動和加速度的影響。同樣得出了與莫爾相同的結(jié)論:L/B對運動和加速度影響不顯著;L/d與一定范圍內(nèi)的的增大會使縱搖和升沉運動改善。bWbbbbCCCCCCC 斯簧使用系列60船模規(guī)則波試驗結(jié)果 船舶系數(shù)對

5、耐波性的影響 斯簧船舶試驗結(jié)論： 1.船型系數(shù)對耐波性能的影響由 聯(lián)系起來，顯然采取較小的垂向棱形系數(shù)和較大的方形系數(shù)可以獲得較大水線面積系數(shù)，這有利于增加船的搖蕩阻尼，減小運動幅度。 2.B/d對運動的影響，處在較高速時，一般較弱。 3.實驗表明，波浪中總功率的變化與在靜水中的變化趨勢基本一致。bWV PCCC 改善排水型單體船航速與耐波性的措施 1.增大船長，提高修長度。 2.增大船底部橫向斜升角。向深V型發(fā)展。 3.船的排水容積和質(zhì)量分布后移，形成尖劈型船體。 4.適當(dāng)增大首部干舷，改善適航性。 高速排水型船的基本特征：方尾和圓舭方尾和圓舭 屬這一類的船型包括： 蘇聯(lián)高速小型排水艇系列，

6、Fr=0.450.7英國高速圓舭NPL系列，試驗范圍Fr=0.31.2瑞典SSPA高速小型排水艇，范圍可達(dá)Fr=1.3方尾型船的水動力特點方尾型船的水動力特點 在低速時，弗勞德系數(shù)小于0.45時，方尾船尾部水流不能迅速脫離船體，會在船的尾部形成大量漩渦。 當(dāng)弗勞德系數(shù)大于0.45時，船尾部水流具有足夠動力克服粘性的影響，而脫離船體，這種現(xiàn)象稱為“水流突離現(xiàn)象”“虛長度”：尾板后水流空穴長度L稱為“虛長度虛長度”。 增加了船體長度，使船體修長系數(shù)加大，同時船長的“增加”使實際船長Fr減小。致使船體的興波作用減小，降低了興波阻力。方尾型船的水動力特點方尾型船的水動力特點方尾型船的水動力特點方尾型船

7、的水動力特點 方形船尾部發(fā)生水流突離時，尾板后不會在出現(xiàn)漩渦，而是在船側(cè)和船底水流在船后某處交匯，形成雞尾狀的水丘。方尾特征船型的相關(guān)參數(shù)方尾特征船型的相關(guān)參數(shù) 相對尾板寬度b/B：船尾部寬度與船寬的比值。 尾封板底部的橫向斜升角 低速b/B或 B尾板面積后體收縮大粘壓阻力高速b/B接近于1興波阻力有利 因此對于不同速度范圍的方尾船艇的尾型設(shè)計，應(yīng)首先選取最合適的收縮度b/B和，以獲取最低的阻力性能。當(dāng)當(dāng)Fr0.45時，收縮度越小，航速越高，則時，收縮度越小，航速越高，則“虛長度虛長度”越長。越長。但由于尾部流場壓力的作用，“虛長度”并不會無限地增加。方尾船型阻力估算蘇聯(lián)方尾圖譜回歸分析法NP

8、L圖譜電子圖譜蘇聯(lián)蘇聯(lián)方尾圖譜方尾圖譜的應(yīng)用的應(yīng)用 由現(xiàn)代驅(qū)逐艦船模試驗得到，與水池拖拽試驗結(jié)果相比較用該圖譜進(jìn)行高速船的阻力估算，誤差一般在5%以下。 方尾圖譜基準(zhǔn)船型的主要參數(shù)： 寬吃水比B/d=3.0, 尾板處的水線相對寬度b/B=0.60、 尾封板底部橫向斜升角=9、 修長系數(shù)等。方尾圖譜方尾圖譜的基準(zhǔn)船型的剩余阻力計算的基準(zhǔn)船型的剩余阻力計算2r0t0f0t0f0r0rP1 3r0rPR C =1 2V SR : V : S :C= C-CC:CLCFC =C= f=F ,C,為 方 便 起 見 ， 我 們 通 常 用 無 因 次 阻 力 系 數(shù) 來 計 算 ：阻 力： 水 密 度航

9、 速船 體 濕 表 積其 中 剩 余 阻 力方 尾 圖 譜 基 準(zhǔn) 船 型 的 總 阻 力 系 數(shù)： 方 尾 圖 譜 基 準(zhǔn) 船 型 相 當(dāng) 平 板 間 的 摩 擦 阻 力 系 數(shù)為 船 長 弗 勞 德 數(shù)、 棱 形 系 數(shù)和 修 長 系 數(shù)函 數(shù) 表 達(dá) 式 ，可 以 通 過 查 表 求 得 。基準(zhǔn)船型的剩余阻力圖譜基準(zhǔn)船型的剩余阻力圖譜0.3 0.70.28 0.677.0 8.50.45rPr對 應(yīng) F不 同 的 弗 勞 德 數(shù) ， 剩 余 阻 力 圖 譜 共 9幅 。每 幅 都 包 含 范 圍 在 C和的 棱 形 系 數(shù)和 修 長 系 數(shù) 。 以 F為 例 ：船型參數(shù)對剩余阻力的影響船

10、型參數(shù)對剩余阻力的影響/0.6b BbBBdbB船型參數(shù)、和為任意值時對剩余阻力的影響，可以通過查表，由剩余阻力的影響系數(shù)來獲得。下面以當(dāng)時為例，查詢尾寬與船寬的修正系數(shù)K22.58233312:0.455()1 2lg Re0.2 0.4100.6 0.9610 0.110()1944船 體 總 阻 力 ： R總 阻 力 系 數(shù) ： 船 體 摩 擦 阻 力 系 數(shù) 剩 余 阻 力 系 數(shù) ， 查 表 可 得勃 蘭 特許 立 汀 公 式 ， R（ 0.05）裸 船 體 有 效 功 率 ：tttfrfaapfrfffaaptSCV SCCCCCCCCRVLCeV SvCCCRVEPSKW 船體總

11、阻力的計算船體總阻力的計算無因次阻力系數(shù)212:船 體 總 阻 力 ： R總 阻 力 系 數(shù) ： 船 體 摩 擦 阻 力 系 數(shù) ， 剩 余 阻 力 系 數(shù) ，： 粗 糙 度 補(bǔ) 貼附 體 阻 力 系 數(shù) ，： 空 氣 阻 力 系 數(shù)tttfrfaapfrfaapCV SCCCCCCCCCCC 方尾船體總阻力的估算方尾船體總阻力的估算范圍：輕型高速方尾或半方尾過渡型船艇 方尾圖譜基準(zhǔn)船型基準(zhǔn)船型的主要參數(shù)： 寬吃水比B/d=3.0 尾板處水線相對寬度b/B=0.60 尾封板底部橫向斜升角=9 修長系數(shù)。對剩余阻力影響系數(shù)：/3.0/BrBKdrB ddCC對剩余阻力影響系數(shù)/0.6/rbKb

12、Brb BBCC對剩余阻力影響系數(shù)9/KrrCCb/B，B/d,為任意值時，船型參數(shù)對剩余阻力的影響如下式：方尾船體總阻力的估算方尾船體總阻力的估算/rr0Cb BB dKKKCNPL型船系列圖譜型船系列圖譜130.3 1.21.0 4.00.5 3.3 7.5/1.72 6.4%()4.47 8.3rSrLBdLL英 國 高 速 圓 舭 艇 NPL系 列 ， 涉 及船 舶 阻 力 性 能 、 航 行 中 的 穩(wěn) 性 、 推 進(jìn) 、操 縱 性 和 耐 波 性 等 各 個 方 面 。適 用 的 航 速 范 圍 和 主 要 參 數(shù) 變 化 范 圍 為 ：長 度 弗 勞 德 數(shù) ： FV相 應(yīng) 速

13、長 比 ： 容 積 弗 勞 德 數(shù) ： F長 寬 比 ： L/B=3.33寬 吃 水 比 ：浮 心 位 置 ： LCB=2%舯 后排 水 量 長 度 系 數(shù) ：剩余阻力圖譜剩余阻力圖譜1 30.397,0.5730.693/5(,)bMPrrNPLCCCL BNPLRLfF圖譜主要船型系數(shù)均為常數(shù)：方形系數(shù)：最大橫剖面系數(shù)：棱形系數(shù)：對于不同的，阻力圖譜共 幅。每幅的剩余阻力表達(dá)式為：千牛/噸圖為L/B=7.5,NPL剩余阻力圖譜NPL圖譜的修正圖譜的修正 與蘇聯(lián)方尾圖譜相比，NPL圖譜的航速較高，方形系數(shù)較小，棱形系數(shù)較大，更適合于中、小型高速排水量型船舶的阻力計算。但NPL圖譜的長寬比L/

14、B適用范圍較小，對于L/B7.5的范圍和不同的棱形系數(shù)，必須要對L/B和棱形系數(shù)進(jìn)行修正。NPL圖譜的修正圖譜的修正13,1 3138, /7.51.L / B,/1,:,bbCPrrrCPL BC L dLL LCB dRRLfF修正方法：根據(jù)不同的計算出：然后由吉爾斯影響系數(shù)曲線，分別查出K 和K最后得到修正后的剩余阻力K K回歸分析法估算過渡型快艇的阻力回歸分析法估算過渡型快艇的阻力 回歸分析法： 通過試驗獲得過渡性快艇和滑行快艇的靜水阻力試驗資料，對其進(jìn)行回歸分析，確定各個參數(shù)間的線性相關(guān)性，建立數(shù)學(xué)模型?；貧w分析法回歸分析法133124567892221 01 51 81 92 42

15、 7,2,eetmtXLBUiiAARAAXA UA WAX ZAX UAX WAZ UAZ WAWAX WAZ XAU WAW U阻 力 表 達(dá) 式 的 參 數(shù) 選 取 ：排 水 體 積 長 度 系 數(shù) （ 公 認(rèn) 最 重 要 的 參 數(shù) ）Z =滑 行 艇 的 靜 載 荷 系 數(shù)關(guān) 于 半 進(jìn) 水 角與 艇 前 體 的 形 狀 關(guān) 系 的 參 數(shù)W=尾 板 面 積 與 中 橫 剖 面 的 比 值（ 為 了 考 慮 尾 板 流 動 對 阻 力 性 能 的 影 響 ）排 水 量 總 阻 力 表 達(dá) 式 ：212 7:AA為 方 程 式 的 各 項 系 數(shù) ， 可 通 過 查 表 求 得 。預(yù)報

16、高速方尾排水型船舶阻力性能預(yù)報高速方尾排水型船舶阻力性能的電子方尾圖譜法的電子方尾圖譜法 電子方尾圖譜法，通過輸入主尺度和船型系數(shù)等基本數(shù)據(jù)，應(yīng)用EXCEL執(zhí)行方尾船舶的快速性計算，自動對新方尾圖譜的電子阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行查值和主要影響數(shù)據(jù)的修正計算，粘性影響修正，以及確定總阻力和有效功率曲線。 該方法適用范圍更廣，便于不同尺度方案的快速性比較，是一種實用、高效、靈活、便捷與可靠的計算方法。3.3高速深高速深V型船型船 定義：深V型船是指沿船長的整個底部都有較大且?guī)缀醪蛔兊臋M向斜升角的高速船舶。改進(jìn)的模諾海特龍深改進(jìn)的模諾海特龍深v型艇型艇-增加底升角增加底升角高速深高速深V型船型船特征：1、橫剖面

17、形狀呈V形，舭部呈折角尖舭形狀，地步橫向斜升角20，橫剖線呈直線或近乎直線狀。2、具有反向的龍骨坡度，首部附近的龍骨下沉到基線以下，甚至形成類似于球首形狀的半潛體（SSB）以獲取傳授橫剖面更加“深V”的形狀。3、整個后體的橫剖面底部斜升角設(shè)計成不變或近似不變，以增加尾板附近的沉深和橫剖面積。4、設(shè)有舭龍骨或尾鰭，以改善耐波性和彌補(bǔ)由于首部龍骨下沉對航向穩(wěn)定性所產(chǎn)生的不利影響。5、船體形狀簡單，便于建造。橫向斜升角和艉部龍骨升高對阻力的影響橫向斜升角和艉部龍骨升高對阻力的影響 1988年馬場榮一所做變角實驗三條試驗?zāi)Ｐ偷拇鸵厝龡l試驗?zāi)Ｐ偷拇鸵匦鄙切鄙菍κ准铀俣群妥枇Φ挠绊憣κ准铀俣群?/p>

18、阻力的影響 Fr=0.8以下的低速范圍，斜升角較大者阻力較低，表明對于載荷較重和航速較低的排水型船采用極深V型船，可以獲得更好的推進(jìn)性能和耐波性能。 1994年邵世明所做研究，圖中縱坐標(biāo)為剩余比阻力Kr,所用三中穿行主要差別在于后體的斜升角，以及由此引起的浮心位置和尾板相對面積等有所不同，其他主尺度基本相同。131.V2.V3.LV斜 升 角 過 小 的 深型 船 的 阻 力 性 能 較 差 。斜 升 角 對 深型 船 的 阻 力 影 響 情 況 還 與 修 長 系 數(shù)=有 關(guān) 。斜 升 角對 剩較 小 的 深船 ，對 剩 余 阻 力 的 影 響 極 小 。但 對較 大 的 船 舶 ，對 剩

19、余 阻 力 的 影 響 極 明 顯 。當(dāng)一 定 時 ，較 大 時 ， 剩 余 阻 力 隨 航 速 挺 高 而 增 加 ； 而 對 于 較 小的， 航 速 的 增 加 剩 余 阻 力 曲 線 可余 阻 力 的 影 響 更 大 程 度 上 還能 存 在 最 小 值 ， 且 在 高 速 時取 決 于 艇 航 速阻 力增 加 較的 大 小 。為 和 緩 。V度對高速船阻力性能影響的機(jī)理度對高速船阻力性能影響的機(jī)理 Fr，L/ 越大，水動力作用的影響越大，因此后體的斜升角就要適當(dāng)減小，以盡可能地提高水動力的動力增生作用，從而獲得最佳的阻力性能，反之，對載荷較重和航速較低的深V型船，才可選取更大的V度，即

20、值就應(yīng)適當(dāng)增大，以盡量減少后體水流扭轉(zhuǎn)所造成的能量損耗，從而改善阻力性能。13船體的長度排水量系數(shù)和設(shè)計速度是選取后體斜升角的主要依據(jù)不同艉部龍骨升高不同艉部龍骨升高k對有效功率的影響對有效功率的影響艉龍骨升高對快速性的影響艉龍骨升高對快速性的影響 增加艉板處龍骨升高使艇的有效功率減小 采用較小的艉板處龍骨升高k值對減小阻力最為有效，當(dāng)k值繼續(xù)增加時則阻力的減小變得緩慢 艉部龍骨升高k的選取要與橫向斜升角有良好的配合 當(dāng)20。時，k值增大對阻力性能的改善作用不顯著； 當(dāng)k0時，表征船腫剖面的橫向斜升角；當(dāng)k0時，表征深v船后體剖面的橫向斜升角。深深v船型在流體動力性能上與常規(guī)圓舭船型的比較船型

21、在流體動力性能上與常規(guī)圓舭船型的比較阻力性能1.靜水中總阻力由圖可知，排水量相當(dāng)?shù)膬煞N船型，靜水中總阻力差別不大。這是因為，與圓舭型船相比，深V型船具有較大的濕面積，因此它的摩擦阻力要大，但在高速航行時，剩余阻力是靜水阻力的主要組成部分，通過增大長度系數(shù)，可以有效降低剩余阻力，所以兩種船型在靜水中的阻力差別不大。 深V型船在波浪中的快速性要比圓舭型船好得多，由于深V型船表現(xiàn)出較低的運動幅值，較小的搖首和較好的航向穩(wěn)定性，所以和圓舭型船相比，在高海情中航行時他的波浪增阻也較小。兩種船型風(fēng)浪失速的比較兩種船型風(fēng)浪失速的比較 當(dāng)波高在11m，即高于7級海況中航行時，深V型船的航速僅受阻力的限制，而不

22、是受船的運動限制；而圓舭型護(hù)衛(wèi)艦在波高高于4.67m，即高于5級海情航行時，速度就會受到抨擊的限制，不得不人為地降低航速以減少波浪對船體的砰擊。兩種船型耐波性的比較兩種船型耐波性的比較 圖為，早期的適航性船模試驗結(jié)果，在低于七級海情，航速為1215Kn時。試驗結(jié)果表明：深V型船的耐波性比“利安德”級護(hù)衛(wèi)艦（圓舭船）要好，深V型船的縱搖、垂向加速度、首搖都比圓舭型要好，具有非常好的航向穩(wěn)定性。深深V型船與常規(guī)圓舭型船在型船與常規(guī)圓舭型船在流體動力性能上的比較流體動力性能上的比較穩(wěn)性1.深V型船有較大的船寬和非常豐滿的水線面，從而提供了較大的橫向慣性矩，所以具有很好的穩(wěn)性。2.雖然深V型船初穩(wěn)性高

23、較大，但該種船型的船體形狀增加了船體的橫搖阻尼，使它的橫搖運動與橫向加速度仍與圓舭型船差距不大。兩種船型砰擊概率的比較兩種船型砰擊概率的比較深深V船與圓舭船橫向運動性能比較船與圓舭船橫向運動性能比較半潛首半潛首 SSB （SemiSubmerged Bow）大連理工大學(xué)黃鼎良教授所做的工作大連理工大學(xué)黃鼎良教授所做的工作圓舭艇加裝圓舭艇加裝SSB的比較的比較不同潛體尺寸對縱搖和加速度幅值的影響不同潛體尺寸對縱搖和加速度幅值的影響 1996年，哈爾濱工程大學(xué)對尖舭深年，哈爾濱工程大學(xué)對尖舭深V型船上加裝型船上加裝SSB，對其形狀，對其形狀，大小，相對位置進(jìn)行系統(tǒng)研究。大小，相對位置進(jìn)行系統(tǒng)研究。

24、SSB000：高速深：高速深V型船原型型船原型SSB600：母船基線處安裝：母船基線處安裝6%排水體積的排水體積的SSBSSB609：母船基線下：母船基線下9%吃水處安裝相同體積吃水處安裝相同體積SSBSSB609F：在：在SSB609基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)上，SSB兩側(cè)裝有固定式減搖鰭。兩側(cè)裝有固定式減搖鰭。加裝加裝SSB對深對深V加速度的影響加速度的影響加裝加裝SSB對深對深V升沉和縱搖的影響升沉和縱搖的影響 增大半潛體的寬度對減少升沉，縱搖和加速度的幅值均有利。因增大半潛體的寬度對減少升沉，縱搖和加速度的幅值均有利。因為半潛體的設(shè)置增大了阻尼力和靜水回復(fù)力，半潛體位于首部，為半潛體的設(shè)置增大了阻尼力和靜水回復(fù)力，半潛體位于首部，一般來說，距船的重心較遠(yuǎn)，這種阻尼力矩對縱搖運動的作用最一般來說，距船的重心較遠(yuǎn)，這種阻尼力矩對縱搖運動的作用最為明顯。為明顯。 帶有固定減搖鰭的帶有固定減搖鰭的ssb對減小縱搖角和升沉的效果最好，因為在對減小縱搖角和升沉的效果最好，因為在發(fā)生縱搖的過程中，固定鰭與實際來流的沖角發(fā)生改變，可以產(chǎn)發(fā)生縱搖的過程中，固定鰭與實際來流的沖角發(fā)生改變，可以產(chǎn)生與運動相反的力矩，從而增大了縱搖的