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1、1,6.1 船型对阻力影响的基本概念,一、船型、航速与阻力性能之间的关系,阻力性能优良船型是对某一定速度范围和航行环境而言的； 讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系（未来将同时考虑航行环境）,1、优良船型的含义,2、船舶分类及其主要阻力成分（水面排水型船）,Rw很小, Rf与Rpv 主要;所以要减小Rf 和Rpv, Rf S 减小S 船型肥短 易产生旋涡去流段,低速船 Fr 0.20,2,Rw成为主要成分,力求减小Rw。办法：减小船首波系的波高船体（前体）瘦长高速船波浪长度大首波在船尾难以实现有利干扰,Rw随V提高而增大, 既要减小Rw 又要考虑Rf 和Rpv, 办法:选择有利船型参
2、数 (兴波)有利干扰船型趋于瘦削 减小粘压,中速船 0.20Fr 0.30,6.1 船型对阻力影响的基本概念,3,3、船体形状 （1）横剖面面积曲线形状： xc 、Lp、首尾端形状,二、确定影响阻力的船型参数,1、主尺度比：L/B、B/T,2、船形系数：,6个参数4个独立参数,6.1 船型对阻力影响的基本概念,4,船模系列试验：对所研究的问题，选定母型船，并系统地变化影响船体阻力的船型参数，制成一系列船模，在对应的装载情况下拖曳试验。,（2）满载水线形状：面积、平行中段长度、首尾端形状、半进角（3）首尾形状：首尾横剖面形状、纵剖面形状总阻力：,三、船型对阻力影响问题的研究方法,6.1 船型对阻
3、力影响的基本概念,船型变换：仿射变化 改变线型特征,5,泰勒标准船模系列实验,6.1 船型对阻力影响的基本概念,6,6.2 船体主尺度影响,（1）对Rf的影响,1、由L变化，讨论 的影响,一、 排水量长度系数,在参数Cm，Cp 和B/d 不变情况下，Cs 近似为常数，因此可认为在排水量一定时，,因此增大船长(或减小 )将使摩擦阻力增加，即,7,6.2 船体主尺度影响,（2）对Rr的影响,1、由L变化，讨论 的影响,？,8,（3）对总阻力影响,6.2 船体主尺度影响,低速船：,摩擦阻力占总阻力的主要成分，可达总阻力的70%以上。而Rr所占比例较小，因此当排水量一定时，尽可能,船型肥短，对阻力-舱
4、容-造价均有利,9,（3）对总阻力影响,6.2 船体主尺度影响,高速船：,剩余阻力占总阻力的比例较大，因此随着船长增大，即 减小，总阻力的变化情况与低速船有所不同，存在最佳船长Lopt,10,（5）利用经验公式估算船长 巴士久宁公式,（4）船长选择须考虑因素： 总布置、阻力、操纵性、耐波性、经济性,6.2 船体主尺度影响,适用于160042000t的各类民用船,其中速度单位为kn, 排水体积单位为m3,艾亚公式,其中排水量单位为吨,常数C的选取：C= 23.5, 当单桨船Vs 11.0kn16.5knC= 24.0, 当双桨船Vs 15.5kn18.5knC= 26.0, Vs20kn,适用于
5、Lbp = 120140m的商船,11,2、由排水量变化，讨论/(0.01L)3 的影响,L一定， 变化 （讨论单位排水量阻力变化）（1）对 Rf 影响,6.2 船体主尺度影响,（2）对 Rr 影响,低速船：,/(0.01L)3对 Rr /的影响不大,高速船：,明显，,12,6.2 船体主尺度影响,图6-4 排水量长度系数对Rr /影响 (a)Fr0.208； (b)Fr0.298,13,（1）低、中速船/(0.01L)3取大些，随着V增加，降低/(0.01L)3，船型肥短 （2）高速船/(0.01L)3比低速船小得多，船型瘦长 （3） /(0.01L)3对Rf与Rr影响相反，存在 Lopt,
6、（3）对总阻力的影响,6.2 船体主尺度影响,低速船,可取大些,高速船,可取小些,3、不同船舶的 /(0.01L)3选取,14,二、B/T影响,B/T=3.0附近，S最小； 改变B/T对S影响不敏感； B/T对Rf影响小,B大，散波波高增加；T大，横波波高增加 B/T较小的船横波影响显著。两者对兴波的影响，反映在剩余阻力有相反影响作用。,6.2 船体主尺度影响,1、B/T 对 Rf 的影响,2、B/T 对 Rr 的影响,15,3、对Rt的影响B/T 对Rt有影响，但不大.,中低速船： 常用B/T范围内， B/T增加0.1， Rt增加0.50%0.75%,高速船： 增加的略多些 (设计时常选用
7、较大的B/T),6.2 船体主尺度影响,16,Cp 表征排水体积沿船长分布情况,6.3 主要船型系数的影响,一、Cp的影响,Cp/ L Am,17,(1) Cp 对Rf 的影响,1、Cp对阻力的影响,6.3 主要船型系数的影响,影响较大,与航速有关,、L不变，Cp变化对S影响很小， 对Rf影响可忽略。,（2） Cp对Rr的影响,18,低速：Fr0.2Rw小 Cp影响小,中速：0.2Fr 0.3 整个船体均产生兴波,6.3 主要船型系数的影响,排水量沿船长分布均匀则有利缓和兴波,过小则不利,同时 首波峰高压区后移,适当取大,水压力分量小则Rr反而小。,20,2、最佳棱形系数曲线,阻力角度理论最佳
8、Cp曲线 使用性、经济性实际最佳Cp曲线 低速船，Cp对阻力影响小，Cp大经济性好，阻力 增加小,6.3 主要船型系数的影响,21,3、经验公式,二、船中横剖面系数的影响,6.3 主要船型系数的影响,（1）楚思德公式：（2）贝克公式：（3）直接利用设计资料,1、Cm对阻力影响 Cm对Rf和Rr影响不大,22,2、Cm选取 （取决于Cb）,6.3 主要船型系数的影响,中低速船：Cm取大。 Cb一定，Cm大 Cp小 首尾尖 Rw小。,高速船：Cm随Cb减小而下降Cb本身较小，Cm主要考虑型线光顺。,23,1、对阻力影响 Cb对Rf 影响比较小， 对Rr 影响大（Vs大时尤显著）Cb增加 Rt/增加
9、超过临界Cbc时 Rt/迅速增加,三、Cb影响,6.3 主要船型系数的影响,运输船舶（低速） 经济性 Cb=CmCp Cp； 高速船 减小兴波 决定Cp,24,（1）由Fr确定临界Cbc（服务航速）（试航航速）,（2）根据Cp、Cm和Cb三者关系确定,2、Cb 选取,6.3 主要船型系数的影响,25,一、浮心纵向位置 Xc 的影响,6.4 横剖面面积曲线形状影响,Xc表示船体前后体肥瘦程度1、Xc对阻力的影响（对Rf影响小）,26,2、不同船型的Xc选择,低速船：主要问题Rpv 去流段瘦长 Xc在舯前 中速船：Rw增加 首部不宜过肥 Xc适当移向船中 高速船：Cb小，船型瘦削Rpv 小 Rw主
10、要 首部尖瘦Xc在船后,3、最佳浮心曲线,Xc在最佳位置偏移0.5%L，阻力增加不超过1%Fr 0.45的高速船Xc对阻力影响敏感，一般在舯后24%,6.4 横剖面面积曲线形状影响,27,4、Xc对推进效率影响,6.4 横剖面面积曲线形状影响,Xc略后移可增加伴流提高推进效率,Xc后移过多产生不利影响（特别是双桨船）,28,二、平行中体长度和位置的影响,中低速船：设平行中体 ，但不宜过长，对阻力有利,6.4 横剖面面积曲线形状影响,高速船：肩波、旋涡严重不设平行中体,29,2、确定平行中体长度和位置,6.4 横剖面面积曲线形状影响,低速：Lp较长、位置偏舯前速度增加： Lp缩短、位置后移,注意
11、：避免前肩波系与首波系发生不良干扰,30,6.4 横剖面面积曲线形状影响,31,低速船：两端宜为直线形 中速船：首 微凹、凹；尾 直线、微凹 高速船：直线或微凸,依据：首端不同速度时Rw大小及波峰水压力分力大小尾端减小粘压阻力,三、横剖面面积曲线两端形状影响,6.4 横剖面面积曲线形状影响,32,贝克研究结论：,6.4 横剖面面积曲线形状影响,33,一、满载水线面面积,6.5 满载水线形状的影响,V大 Cwp小 近似关系：,二、平行中段长度约为 1.52倍Lp,三、首尾端形状,1、满载水线首端形状对Rw影响大低速船：凸 直线 （Fr=0.2）原因：减小后部水线坡度减小Rpv中速船：凹减小波浪高
12、压区沿水平方向分力，减小Rw高速船：直线甚至微凸V提高，波浪高压区后移，采用直线甚至微凸有利于减小水压力沿水平方向分力，减小Rw,2、满载水线尾端形状 主要影响Rpv 通常采用直线形,34,四、满载水线首端半进流角,6.5 满载水线形状的影响,ie 随速度增加而减小；低速：4030 高速：4 11 ,35,6.5 满载水线形状的影响,36,一、首尾横剖面形状,6.6 首尾形状影响,U形特点：面积沿垂向分布比较 均匀，满载水线处较窄 与凹形水线相配合,V形特点： 面积集中在上部， 满载水线处较宽与凸 或直线形水线相配合,1、横剖面形状的类型U、中U、中V、V,37,2、横剖面形状对阻力的影响及选
13、择,（1）首部：低速：V形 S小 Rf小；V形水下部分瘦沿纵剖线流动减少舭部旋涡 中高速：U形首部满载水线尖瘦减小Rw（ 避免采用极U形舭部半径过小旋涡）,（2）尾部阻力角度：V形 S面积略小 Rf 略小；纵剖线平顺 不易发生分离水线宽 便于双桨布置 推进角度：U形 伴流均匀螺旋桨效率高、船体振动小,6.6 首尾形状影响,38,二、船首尾柱形状 1、首柱,6.6 首尾形状影响,39,2、尾柱形式,6.6 首尾形状影响,40,三、球鼻首对阻力的影响,1、球鼻首减阻机理,（1）减小兴波阻力Fr在0.270.34（中高速船）有利干扰合成波高 下降,（2）减小舭涡阻力 低速肥大型船使水流径向对称流动减
14、少首部舭涡,（3）减小破波阻力 低速肥大型船艏部前伸、水线进角减少减小压载航行时破波阻力,6.6 首尾形状影响,41,6.6 首尾形状影响,42,2、球鼻船首的形式,（2）“ S-V ”型球鼻应用：适用性广，高速、中低速， 满载和压载都起作用,6.6 首尾形状影响,（1）水滴型球鼻应用：船型瘦、航速高、出现最早、应用较广,43,（3）撞角型球鼻首 前端较尖，呈尖角状 应用：低速肥大型船满载和压载时减阻效果良好,（4）其他 圆柱体型和椭球体型,6.6 首尾形状影响,44,3、球鼻的几何参数,6.6 首尾形状影响,（1）相对突出长度 l b / Lbp （2）相对浸深 h b / T （3）最大宽
15、度比 bmax/B （4）球鼻面积比 Afb/Am （5）相对排水体积比 /,45,4、球鼻首几何参数的选择,6.6 首尾形状影响,（1）方法：根据母型船的船型特征和航速选择根据多方案模型试验结果进行选择和优化,（2）选用球鼻首的“界限速度”中速船：Frb=0.644-0.641Cb低速肥大型船： Frb=0.582-0.493Cb,（3）球鼻几何参数范围,46,2、球形尾,（1）阻力U型 球型5%V型7%舭涡严重明显减弱基本无,6.6 首尾形状影响,船体尾部形状与 阻力粘压（舭涡）、摩擦 推进伴流大小、均匀度效率、空泡、激振等性能有关,（2）推进V型：伴流不均匀，船身效率低，空泡性能差U型和球型：伴流大，船身效率高，空泡性能较好,（3）综合效率球型 U型1% V型4%,47,3、双尾和双尾鳍常规双桨船推进效率低，附体阻力大,6.6 首尾形状影响,双尾船： Rf 增加、Rpv 明显下降，Rw下降，Rt 增加不大，伴流大，推力减额小，船身效率提高推进效率高。,
