第四章 附加阻力排水型船在航行时，除了裸船体受到兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力和破波阻力之外， 船的各种附属体也受到水阻力，水面以上的船体受到空气阻力，风浪亦使船的阻力相对静水 时有一定增加这三种因素产生的阻力合称为附加阻力本章就这三种阻力加以概述，并适 当介绍这些阻力的确定方法及在船舶设计时应注意的事项§ 4-1 附体阻力船舶设计水线以下的附属体，如舭龙骨、舵、轴包架、轴和支轴架等，统称为船的附体 由于附体的存在而产生的阻力称为附体阻力由于船的附体通常位于水下较深位置，且相对尺寸较小，因而认为附体阻力的主要成分 是摩擦阻力和粘压阻力那些较短的附体，如支轴架等，其阻力成分几乎都是粘压阻力，并 认为其阻力系数与速度无关；另一类是长附体或沿流线方向安装的附体，如舭龙骨、轴包架 等，其阻力几乎都是摩擦阻力一、确定附体阻力的方法目前要准确地确定附体阻力尚有相当困难，其原因在于两个方面：其一是由于附体阻力 的复杂性所决定因为确定附体阻力问题除要精确地确定各种附体的自身阻力外，还要确定 附体与船体之间的干扰阻力；其二，如果试图通过模型试验的方法来确定附体阻力，由于船 模速度低，附体尺度小，因而存在着较严重的尺度效应问题。
工程上，确定附体阻力系数采用近似方法，主要有两种：一种是应用经验公式或经验数 据来确定每一个附体的阻力值或附体系数值；另一种是船模附体阻力试验，通常可给出较满 意的结果1．经验公式确定附体阻力(1) 舭龙骨：应沿水流方向安装其长度常在船长的1/3〜1/2之间，布置时在船中央以 前的长度不宜大于船长的 10%其深度不宜伸至界层边缘以外或龙骨以下，所增的阻力约等 于由于湿面积加大而增加的摩擦阻力，一般不大于裸船体阻力的 1%〜3%若舭龙骨沿对角 线设置，所增加的总阻力可取其摩擦阻力的 5/3 倍2) 舵：对于不同尾型、舵型及舵的安装位置，所产生的附加阻力也不同流线型舵的 阻力可取其自身摩擦阻力的 1.5 倍计算舵的摩擦阻力亦可按相当平板计算，其雷诺数中的 特征长度取舵本身的弦长，来流速度应对船体伴流及螺旋桨尾流加以修正对单螺旋桨船， 舵的阻力一般约为裸船体阻力的1%〜2%对双螺旋桨船，当采用中舵时，舵有相当于增加 有效船长的作用，可减小船尾部的粘压阻力在此情形下，舵的阻力可予以忽略不计对双 螺旋桨的双边舵，其阻力值约为裸船体阻力的 3%〜5%一般来说，舵在螺旋桨后都具有不 同程度的整流作用，或多或少地改善船的推进效率，所以常将舵视为推进装置的一部分。
3) 坞座龙骨：因坞座龙骨必须在纵向强度构件之下，因而不可能完全沿水流方向装置， 其阻力可取为其自身摩擦阻力的 4 倍4) 轴包架：也称支轴鳍，应尽可能沿流线方向布置，使之不产生涡流轴包架的阻力 值在一般情况下约为裸船体阻力的5%〜10%,船体形状愈尖瘦或轴包架尺度愈大者，其阻力 值亦愈大5) 轴支架和轴：轴支架也叫人字架轴支架所受阻力主要是粘压阻力，因而应采用流 线型剖面，且长度方向沿流线方向布置采用左右两轴支架的阻力可按下面的经验公式计算：r 出(N) (4-1)架 0.56式中b ——螺旋桨处轴与船中线面间的距离(m)；V——船速(kn)s此式仅适用于支柱的总长为3b,平均厚度为0.054b的情况对于其它尺度情况可按正比关系 换算得到对于在螺旋桨毂后端装有螺旋桨帽，且其长度为桨毂直径 2 倍的螺旋桨轴的阻力可按下 面公式计算：R 轴= 0.298bdV (4-2)式中b ——螺旋桨轴与船中线面的距离(m)； Sd 轴的直径(m)；V——船速(kn)s在船舶设计中，附体阻力常用附体系数 k 的形式来表示它是装置全部附体后较之裸船 ap体所增加的有效功率(或阻力)与裸船体所需有效功率(或阻力)之比。
因此附体系数又称附体 阻力百分数其数值可根据各类船舶统计值选取，如表4-1所示这样，计及附体后的实船有效功率 P 可由下式计算得到：e1P =P (1+k ) (4-3)e1 eb ap其中，P为裸船体所需有效功率eb表 4-1 不同类型船的附体系数船 舶 种 类k ap (%)单螺旋桨民用船 T 2〜5双螺旋桨民用船7〜13双或四螺旋桨高速军舰8〜152．应用模型试验确定附体阻力 目前确定附体阻力比较普遍的方法是采用模型试验具体做法是：通过比较带有附体的 船模试验和裸船体船模试验所得的总阻力之差，来确定附体阻力为了克服尺度效应，要采 用尽可能大的试验船模设由模型试验得到的裸体船模的总阻力为R，加装全部附体后的总阻力为(R +2R )，则m m m模型的附体阻力系数 C 为：apmARm1P S U 22 m m m模型的附体系数k = AR /R相应实船的裸体阻力R可通过傅汝德换算法得到，而相应实船apm m m s的附体阻力 AR 可由下面方法得到：s(1)认为实船的附体阻力系数C等于船模的附体阻力系数C，则有：CapmapsAR = C ・丄 p S U2 s apm 2 s s s(N)apm(4-4)(4-5)若不计水密度的差别，由上式可得到：AR =久 3 ARsm式中久为模型的缩尺比。
由于尺度效应的影响，按上式计算实船附体阻力结果偏大，为此引入一个附体尺度效应因子“进行修正，即有：AR = B 久 3 ARsm或 C = B C (4-6)aps apm式中B的具体数值按英国有关研究部门建议可取0.5或0.6,但尚未为各国广泛采用aps(2)认为实船的附体系数k等于模型的附体系数k这样，实船的附体阻力为： apmm s m ( 4-7)m s m 常用这种方法确定实船的附体阻力AR = k • R = A R • R / Rs apm s由于该换算法的尺度效应较小，所以实用上二、附体设计应注意的事项附体阻力的主要成分是粘压阻力和摩擦阻力，因此附体的设计应从减少这两种阻力成分 着手附体设计应注意的事项主要有：(1) 附体应沿船体流线方向设置其目的是减小由附体所产生的旋涡，从而减小粘压阻 力舭龙骨的安装位置最好由船体流线试验来确定，其阻力几乎仅为摩擦阻力轴包架尽可 能沿水流方向装置，一般来说当包架纵剖面后端的斜度不超过 15°时，如图 4-1 所示，粘压 阻力几乎全部消失，所产生的阻力仅为摩擦阻力x45102 1.5 1 03图4-1轴包架示意图应该指出的是：如对轴支架和轴以及轴包架等设置不当，会形成大量旋涡，不但增大了 粘压阻力，而且由此引起螺旋桨效率下降而造成的损失常较其本身所增加的粘压阻力还要大。
2) 尽可能采用湿面积较小的附体其目的在于减小附体所引起的摩擦阻力—般民用 船常用轴包架，虽然其湿面积较轴支架有所增加，然而由于这类船的棱形系数大，船体本身 的湿面积大，以致采用轴包架所增加的湿面积影响甚微相反，可使轴的相当长部分处于船 体以内，有利于轴的保养高速军舰的船体较瘦削，若采用轴包架，则其尺度将很大，以致 湿面积有较显著的增加，阻力将增大，所以常用轴支架形式采用轴支架不但在造价和重量 方面显示其优点，而且对舰艇的操纵性亦是有利的图 4-2 绘出了轴支架和轴包架两者的湿 面积随船的后体棱形系数C的变化曲线，图中b为螺旋桨间的距离，t为螺旋桨轴在满载水 pa线以下的距离， B 为船宽， d 为吃水由图可见， C 值愈大，则轴系附体的湿面积所占船体pa湿面积的百分数愈小\\\"0.240 22轴包架支轴架0.20-0.18b7Bd-0.240 22A二、0.20 『0.18举S% ， 积 面 湿 体 附6.05.04.03.02.01.00.55 0.600.65 0.70 0.750.80 0.85 0.90C pa图4-2轴支架和轴包架的湿面积(3) 附体沿水流方向应采用流线型剖面。
这对减小附体阻力的作用是显而易见的常见 的舵、轴支架、轴包架等沿流动方向的剖面形状均应设计成流线型剖面§ 4-2 空气阻力船舶在航行过程中，船体水上部分所受到的阻力，其中包括由于风的作用而产生的阻力 称为空气阻力空气阻力包括摩擦阻力和粘压阻力两种阻力成分由于空气的粘性很小，故 摩擦阻力只占极小部分，就目前一般船舶而言，其所受到的空气阻力几乎都是粘压阻力空 气阻力通常只占船总阻力中的很小部分一、确定空气阻力的方法1．根据风洞试验资料估算空气阻力几乎全部由粘压阻力组成，它可表示为：(4-8)1R = C • — p A u 2aa a 2 a t a式中 R——空气阻力(N)；aap —— 空气的质量密度，可取1.226kg/m3 ；aA ——船体水线以上部分在横剖面上的投影面积(m2)；tu 空气对船的相对速度(m/s)；a u = u + u cos申，这里u为风速，由表4-2查得；a s w a wCa —— 空气阻力系数，与船体形状和上层建筑情况有关aCa图4-3 空气阻力系数C值a图4-3是三岛式船和客船的试验结果图中y为相对风向与船中线所成的夹角，称为相a对风向角，如图 4-4 所示。
表4-2蒲福(Beaufort)风级表风速风级名称海 面 情 况knm/s0无风<10 〜0.2水平如镜1软风1〜30.3 〜1.5微波涟漪、没有浪花2轻风4〜61.6 〜3.3小波、短波长，波形明显3微风7〜103.4 〜5.4小波较大，波峰开始破碎、间或白浪4和风11 〜165.5 〜7.9小浪，波长变长，白浪成群5清劲风17 〜218.0 〜10.7小浪，有显著长波形状，白浪很多6强风22 〜2710.8 〜13.8大浪形成、白色浪花的波峰触目皆是，有飞沫7疾风28 〜3313.9 〜17.1大浪，碎浪的白色浪花开始被吹成带状8大风34 〜4017.2 〜20.7长的大浪，浪峰边缘开始破碎成浪花、带状明显9烈风41 〜4720.8 〜24.4狂浪，密集的白浪花带，飞沫影响能见度10狂风48 〜5524.5 〜28.4狂涛，海面成白色，白色浪花大片被风削去11暴风56 〜6328.5 〜32.6异常狂涛，浪峰边缘被吹到空中12飓风64以上大于32.6空中充满白色浪花及飞沫，严重影响能见度2．倒置船模阻力试验确定空气阻力 休斯提出进行倒置船模试验确定空气阻力将带有上层建筑的船模倒置在水中进行拖曳 试验，在雷诺数高达4.5X106而未发生波浪。
因在水中和空气中的阻力理论相同，所以由倒 置模型所受到的水阻力换算得到空气阻力休斯所试验的船模有下列三种：甲为三岛式油船，烟囱在船尾部； 乙为三岛式货船，烟囱在中部，船中部的上层建筑相当长； 丙为高速客船，船首楼较短，船中部的上层建筑很长，直至船尾，舷侧排列两行救生艇 基于上述试验结果，得到计算空气阻力的公。