船舶阻力復(fù)習(xí)及答案

1/1第一章總論1.船舶快速性，船舶快速性問題的分解。船舶快速性：對(duì)一定的船舶在給定主機(jī)功率時(shí)，能達(dá)到的航速較高者快速性好；或者，對(duì)一定的船舶要求達(dá)到一定航速時(shí)，所需主機(jī)功率小者快速性好。船舶快速性簡化成兩部分:“船舶阻力”部分：研究船舶在等速直線航行過程中船體受到的各種阻力問題。“船舶推進(jìn)”部分：研究克服船體阻力的推進(jìn)器及其與船體間的相互作用以及船、機(jī)、槳（推進(jìn)器）的匹配問題。2.船舶阻力，船舶阻力研究的主要內(nèi)容、主要方法。船舶阻力：船舶在航行過程中會(huì)受到流體（水和空氣）阻止它前進(jìn)的力，這種與船體運(yùn)動(dòng)相反的作用力稱為船的阻力。船舶阻力研究的主要內(nèi)容：1.船舶以一定速度在水中直線航行時(shí)所遭受的各種阻力的成因及其性質(zhì)；2.阻力隨航速、船型和外界條件的變化規(guī)律；3.研究減小阻力的方法，尋求設(shè)計(jì)低阻力的優(yōu)良船型；4.如何較準(zhǔn)確地估算船舶阻力，為設(shè)計(jì)推進(jìn)器（螺旋槳）決定主機(jī)功率提供依據(jù)。研究船舶阻力的方法：1．理論研究方法：應(yīng)用流體力學(xué)的理論，通過對(duì)問題的觀察、調(diào)查、思索和分析，抓住問題的核心和關(guān)鍵，確定擬采取的措施。2.試驗(yàn)方法：包括船模試驗(yàn)和實(shí)船實(shí)驗(yàn)，船模試驗(yàn)是根據(jù)對(duì)問題本質(zhì)的理性認(rèn)識(shí)，按照相似理論在試驗(yàn)池中進(jìn)行試驗(yàn)，以獲得問題定性和定量的解決。3.數(shù)值模擬:根據(jù)數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值方法預(yù)報(bào)船舶航行性能，優(yōu)化船型和推進(jìn)器的設(shè)計(jì)。3.水面艦船阻力的組成，每種阻力的成因。船舶在水面航行時(shí)的阻力由裸船體阻力和附加阻力組成，其中附加阻力包括空氣阻力、洶濤阻力和附體阻力。船體阻力的成因:船體在運(yùn)動(dòng)過程中興起波浪，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，產(chǎn)生了興波阻力；由于水的粘性，在船體周圍形成“邊界層”，從而使船體運(yùn)動(dòng)過程中受到摩擦阻力；在船體曲度驟變處，特別是較豐滿船的尾部常會(huì)產(chǎn)生漩渦，引起船體前后壓力不平衡而產(chǎn)生粘壓阻力。4.船舶阻力分類方法。1.按產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象分類：船體總阻力由興波阻力、摩擦阻力和粘壓阻力Rpv三者組成，即Rt=Rw+Rf+Rpv.2.按作用力的方向分類：分為由興波和旋渦引起的垂直于船體表面壓力和船體表面切向水質(zhì)點(diǎn)的摩擦阻力，即Rt=Rf+Rp.3.按流體性質(zhì)分類：分為興波阻力和粘性阻力（摩擦阻力和粘壓阻力），即Rt=Rw+Rv.4.傅汝德阻力分類：分為摩擦阻力和剩余阻力（粘壓阻力和興波阻力）,即Rt=Rf+Rr.5.船舶動(dòng)力相似定律，研究船舶動(dòng)力相似定律的意義，粘性與重力互不相干假定。船舶動(dòng)力相似定律：航行于水面的船舶，其阻力和船體幾何尺寸、航速、水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，水的質(zhì)量密度和重力加速度等有關(guān)用一種函數(shù)表示形式來聯(lián)系船體阻力和這些物理量之間的關(guān)系。研究船舶動(dòng)力相似定律的意義：如果建立了船舶阻力的函數(shù)表示式，則可給出船模與實(shí)船滿足動(dòng)力相似的條件并作為將船模試驗(yàn)結(jié)果換算到實(shí)船的根據(jù)。第二章粘性阻力1.邊界層，邊界層厚度δ，邊界層內(nèi)流體流態(tài)及其特點(diǎn)。邊界層：當(dāng)水流過平板時(shí)，由于水具有粘性，平板表面處的水質(zhì)點(diǎn)均被粘附在平板上，平板表面上的流速為0，據(jù)平板表面δ處流速達(dá)到來流速度，存在粘性作用的這一薄層水流稱為邊界層。δ稱為邊界層厚度。邊界層內(nèi)流體的流態(tài)和特點(diǎn)：1.層流：在平板前端部分，水質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)有穩(wěn)定的分層流動(dòng)，邊界層沿板長方向增長較慢。2.紊流：在平板后部，水質(zhì)點(diǎn)互相碰撞，運(yùn)動(dòng)方向極不規(guī)則，但其平均速度還是沿平板方向前進(jìn)、界層厚度沿板長方向的增長較層流情況為快。3.過渡流：介于層流和紊流之間的一段過渡狀態(tài)。2.與平板邊界層對(duì)比，船體表面邊界層的特點(diǎn)。1.船體邊界層外緣勢流的速度和壓力沿船體表面均發(fā)生變化。2.船體邊界層內(nèi)存在縱向壓力梯度，首部壓力高，中部較低而尾部又相應(yīng)有所升高。3.摩擦阻力的成因，及流體流態(tài)、雷諾數(shù)、濕面積對(duì)摩擦阻力的影響。摩擦阻力的成因：當(dāng)船在靜水中航行時(shí)，由于粘性作用，必帶動(dòng)一部分水一起運(yùn)動(dòng)，為攜帶這部分水一起前進(jìn)，在運(yùn)動(dòng)過程中船體將不斷供給這部分水質(zhì)點(diǎn)以能量，因而產(chǎn)生摩擦阻力。在相同來流條件下，紊流的摩擦阻力系數(shù)較層流情況為大。當(dāng)增大時(shí)，平均摩擦阻力系數(shù)和局部摩擦阻力系數(shù)均下降。減小濕面積可以降低摩擦阻力。4.船體摩擦阻力的處理方法，相當(dāng)平板定義。在“相當(dāng)平板”假定的前提下，用平板摩擦阻力公式來計(jì)算船體的摩擦阻力。相當(dāng)平板：在摩擦阻力計(jì)算中，實(shí)船或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，該假定中的“光滑平板”就稱為該船的“相當(dāng)平板”。5.平板摩擦阻力系數(shù)計(jì)算的1957ITTC公式，適用范圍。6.船體表面粗糙度，粗糙度對(duì)摩擦阻力的影響及其計(jì)算處理方法，ΔCf取值。船體表面粗糙度可分為普遍粗糙度和局部粗糙度。普遍粗糙度主要是油漆面的粗糙度和殼板表面的凹凸不平，局部粗糙度主要為焊縫、鉚釘、開孔以及突出物等粗糙度。微小的粗糙度會(huì)導(dǎo)致摩擦阻力較大的增加。采用“粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)”的形式計(jì)算船體表面粗糙度對(duì)摩擦阻力的影響，ΔCf=0.0004.7.船舶污底，污底對(duì)船舶阻力的影響，減小污底影響的措施。船舶污底：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，海水中的生物將附著在船體上生長，是船體表面凹凸不平，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(huì)增加船舶的總阻力，造成船速下降。防治污底的方法通常是現(xiàn)在船體表面敷涂兩遍防銹漆，然后再涂一、二遍防污漆，因?yàn)榉牢燮嵊斜芪圩饔?，可以在層流底層中保持有一定的毒素含量，可以使幼小的貝類、海草等致死。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的大部分因死亡而脫落。8.船體摩擦阻力計(jì)算的步驟。1.計(jì)算船的濕表面積2.計(jì)算雷諾數(shù)3.根據(jù)光滑平板摩擦阻力公式算出或相應(yīng)的表中查出摩擦阻力系數(shù)Cf4.決定粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)ΔCf=0.00045.算出船的摩擦阻力9.減少船體摩擦阻力的有效、實(shí)用方法。1.減小濕面積2.減小表面粗糙度3.邊界層控制4.噴注降阻劑5.氣膜減阻6.采用高性能船10.粘壓阻力的成因、基本特性，及船體粘壓阻力的處理方法。粘壓阻力的成因：在實(shí)際流體中，由于粘性而形成邊界層，水質(zhì)點(diǎn)由于動(dòng)能的消耗而產(chǎn)生壓力差，出現(xiàn)邊界層分離的現(xiàn)象，界層分離后產(chǎn)生的旋渦造成了船首尾壓差，便產(chǎn)生了粘壓阻力。粘壓阻力特性：1.船的后體收縮，沿曲面的流速變化較緩慢，粘壓阻力減小。2.采用船首底升高的球鼻首，首部舭側(cè)水流明顯趨于水平方向流動(dòng)，能明顯改善阻力性能。3.層流的粘壓阻力較紊流的情況大。粘壓阻力的處理方法：一種是將粘壓阻力歸并入興波阻力而統(tǒng)稱為剩余阻力，另一種是將粘壓阻力以形狀因子的形式與摩擦阻力聯(lián)系在一起而統(tǒng)稱為粘性阻力。11.船舶設(shè)計(jì)時(shí)從降低船體粘壓阻力出發(fā)，應(yīng)該注意哪些方面？1.應(yīng)注意船的后體形2.應(yīng)避免船體曲率變化過大3.前體線型應(yīng)予適當(dāng)注意第三章興波阻力1.深水平面進(jìn)行波的波形、波長、周期、波速、波能、波能傳播速度，及其相互關(guān)系。2.船行波的成因，船型波的主要特性，凱爾文角。船行波的成因：水流流經(jīng)彎曲的船體時(shí)，沿船體表面的壓力分布不一樣，導(dǎo)致船體周圍的水面升高或降低，在重力和慣性的作用下，在船后形成實(shí)際的船波。船行波的特性：1.凱爾文角：橫波和散波相交處成尖角，各尖角與原點(diǎn)的連線稱為尖點(diǎn)線，它與運(yùn)動(dòng)方向的夾角為19°28′，該角稱為凱爾文角。3.興波干擾，興波長度mL，船舶興波干擾的結(jié)果。興波干擾：由于實(shí)際船體興波存在船首波系和船尾波系，且兩波系種的橫波在船尾處相遇而疊加，這種現(xiàn)象稱為興波干擾。興波長度：船首橫波的第一個(gè)波峰和船尾橫波第一個(gè)波峰之間的距離稱為興波長度。4.船體興波阻力的主要特性。隨船速增加，興波阻力將很快增加，同時(shí)對(duì)低速船而言，興波阻力在總阻力中所占比例很小，而對(duì)高速船來說，興波阻力將占很大的比例。5.影響興波阻力的主要船型參數(shù)。1.船體首部形狀對(duì)興波阻力的影響最為突出2.相同F(xiàn)r時(shí)豐滿船的Cw較大3.興波長度與波長之比對(duì)興波阻力也有影響4.興波干擾主要與L和Cp有關(guān)6.*用○p理論、傅汝德數(shù)預(yù)測波阻的峰、谷點(diǎn)。7.用船模試驗(yàn)確定船體興波阻力的二因次法、三因次法。二因次法Cr=Ctm-Cfm,通過模型試驗(yàn)確定剩余阻力系數(shù)Cr來確定、分析興波阻力。三因次法Cw=Ctm-(1+k)Cfm,通過模型試驗(yàn)確定興波阻力系數(shù)來確定、分析興波阻力。8.減小常規(guī)船興波阻力的方法，減小興波阻力的船舶設(shè)計(jì)新概念。減小常規(guī)船興波阻力的方法：1.選擇合理的船型系數(shù)2.設(shè)計(jì)良好的首尾3.造成有利的波系干擾4.高速排水型艇安裝消波水翼應(yīng)用不同設(shè)計(jì)概念減小興波阻力：1.雙體和多體船設(shè)計(jì)概念2.是船體抬出水面設(shè)計(jì)概念3.船體下潛設(shè)計(jì)概念4.復(fù)合設(shè)計(jì)概念9.破波阻力的成因，破波阻力的特性。破冰阻力的成因：破冰阻力的出現(xiàn)時(shí)船體周圍及其復(fù)雜的波浪運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。破冰阻力的特性：1.對(duì)于航速較高的豐滿船型，破冰阻力是一種不容忽視的阻力成分2.破冰阻力來源于船首非線性興波的破碎3.對(duì)于幾何相似的豐滿船型，破冰阻力隨Fr的增大而增加4.對(duì)于同一豐滿船，在同樣航速時(shí)，壓載情況的吃水小，吃水傅汝德數(shù)大，破冰阻力比滿載時(shí)高5.系統(tǒng)的試驗(yàn)表明：破冰阻力與船型參數(shù)，主要是寬度吃水比、進(jìn)流段長度、球首伸出長度有關(guān)。第四章附加阻力1.船舶附體，附體阻力，確定附體阻力的實(shí)用方法，逐一去除法，附體阻力系數(shù)的確定。船舶附體：安裝在船體外面的舵、舭龍骨、軸包架、軸和支軸架等附體。附體阻力：由于水對(duì)船舶附體作用而增加的那一部分阻力稱為附體阻力。確定附體阻力的方法：1.應(yīng)用已有資料或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，2.通過模型試驗(yàn)確定附體阻力。逐一去除法：加裝全部附體后，在試驗(yàn)過程中，從后往前依次去掉附體。附體阻力系數(shù)的確定：實(shí)船的附體系數(shù)等于模型的附體系數(shù)，即Kaps=Kapm.2.從減小附體阻力出發(fā)，附體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的原則。1.附體應(yīng)沿船體流線方向設(shè)置，其目的是減小由附體所產(chǎn)生的旋渦，從而減小粘壓阻力。2.盡可能采用濕面積較小的附體，其目的在于減小附體所引起的摩擦阻力。3.一般附體沿水流方向應(yīng)采用流線型對(duì)稱剖面，這樣對(duì)減小附體阻力有顯著的作用。3.船舶航行中的空氣阻力，空氣阻力系數(shù)確定，船舶設(shè)計(jì)中減小空氣阻力的措施。船舶航行中的空氣阻力：船舶在航行中，其船體水線以上部分和上層建筑將受到空氣的阻力，包括摩擦阻力和粘壓阻力兩部分。船舶設(shè)計(jì)中減小空氣阻力的措施：上層建筑盡可能低而長，盡可能減小水上部分在橫舯剖面上的投影面積，以減小迎風(fēng)面積；上層建筑前端應(yīng)設(shè)計(jì)成流線型，后端可做成階梯型。4.波浪中阻力增值，影響波浪增阻的因素。波浪中阻力增值：船舶在風(fēng)浪中航行時(shí)的阻力將較靜水時(shí)為大，所增加的阻力稱為波浪中的阻力增值。影響波浪增阻的因素：1.從波浪情況看，同一船舶遭遇的波浪越大，船體運(yùn)動(dòng)愈劇烈，阻力愈大；波浪中的阻力增值主要取決于船舶的縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度以及與波浪的相位關(guān)系；路易斯的研究指出，所遇波浪的波長等于或大于船長時(shí)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)將大為加劇，波浪中的阻力增值亦將顯著增大。2.從船型來看，船模在波浪上的試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果，在靜水中阻力較低的船在波浪中的阻力增值也相對(duì)較低。5.船舶儲(chǔ)備功率選擇原則。儲(chǔ)備功率的多少應(yīng)視船長、船型、航道和船的業(yè)務(wù)性質(zhì)而異，通常根據(jù)船長和方形系數(shù)相近的同型船舶在同樣條件下航行的經(jīng)驗(yàn)加以確定，一般取Kaw=15％~30％,或者由耐波性試驗(yàn)求得，但儲(chǔ)備功率不宜過大，否則在良好氣候中，其結(jié)果很不經(jīng)濟(jì)；而在惡劣氣候下，為防止發(fā)生危險(xiǎn)事故，機(jī)器功率必須減低，也不能發(fā)揮儲(chǔ)備功率的作用。第五章船模阻力試驗(yàn)1.進(jìn)行船模阻力試驗(yàn)的目的，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)滿足動(dòng)力相似的要求。船模阻力試驗(yàn)的目的：研究船模在水中等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的作用力及其航行狀態(tài)，包括1.船型研究2.確定設(shè)計(jì)船舶的阻力性能3.預(yù)報(bào)實(shí)船性能4.系列船模試驗(yàn)5.研究各種阻力成分試驗(yàn)6.附體阻力試驗(yàn)7.流線試驗(yàn)8.航行狀態(tài)的研究試驗(yàn)時(shí)應(yīng)滿足重力相似條件。2.拖拽水池的主要任務(wù)和主要性能指標(biāo)。拖曳水池的主要任務(wù)是進(jìn)行船舶模型的拖曳、螺旋槳性能、自航及耐波性等試驗(yàn)。拖曳水池的主要性能指標(biāo)是船模的大小和速度。3.進(jìn)行船模阻力試驗(yàn)前應(yīng)做的準(zhǔn)備工作。首先按一定要求制作試驗(yàn)用的船模，然后安裝人工激流裝置，進(jìn)行稱重，通過調(diào)整壓載重量的位置使船模沒有橫傾，首尾吃水滿足規(guī)定的要求，最后將船模安裝到拖車上。4.進(jìn)行船模阻力試驗(yàn)需要測量的數(shù)據(jù)，怎樣測量這些數(shù)據(jù)。1.船模速度記錄。待拖車速度達(dá)到穩(wěn)定勻速時(shí)，即可由機(jī)械式測速輪得到距離記錄與時(shí)間記錄來計(jì)算船模速度，船模速度就是拖車速度。2.船模阻力的測量?？捎蓪ｉT的阻力儀測得船模阻力。3.船模縱傾角和重心升沉的測量。可以用縱傾儀或?qū)ｉT用來測量船模運(yùn)動(dòng)的儀器來測量船模在等速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的縱傾角和升沉。4.浸濕面積和濕長度的確定。通過攝影、攝像或其他方法得到艇體與水的接觸部位，進(jìn)而確定浸濕面積和濕長度。5.用傅汝德方法將船模試驗(yàn)結(jié)果換算成實(shí)船阻力的步驟。對(duì)船模：Vm(m/s)RtmCtmRemCfmCrmFr對(duì)實(shí)船:Vs(m/s)Vs(kn)ResCfsΔCf=0.0004Cts=Cfs+Crm+ΔCfRtsPe實(shí)船的根據(jù)Frm=Frs求得第六章船型對(duì)阻力的影響1.討論船型對(duì)阻力影響時(shí)，根據(jù)航速對(duì)船型分類，各類船型的阻力特性。2.選取排水量長度系數(shù)的原則。3.選擇B/T的原則。4.縱向菱形系數(shù)Cp、方形系數(shù)Cb對(duì)船舶阻力的影響。5.船體橫剖面面積曲線形狀對(duì)船舶阻力的影響？6.船體滿載水線形狀對(duì)船舶阻力的影響？7.船體首尾端形狀對(duì)船舶阻力的影響，球鼻首的減阻原理。8.方尾、球鼻形船尾、雙尾和雙尾鰭、渦尾及不對(duì)稱尾、隧道型船尾的船型特點(diǎn)及其阻力特性。第七章阻力的近似估算方法1.研究船舶阻力近似估算方法的意義，使用阻力近似估算方法的注意事