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船舶阻力一总论1.船舶在航行过程中会受到流体(水和空气) 阻止它前进的力。
这种与船体运动相反的作用力称为船的阻力。
2.船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的主机功率以维持一定航速的能力3.船体总阻力按流体种类分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作用力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
4. 船体阻力的成因主要有以下三种现象有关:①船首的波峰使首部压力增加, 而船尾的波谷使尾部压力降低, 于是产生首尾流体动压力差。
这种由兴波引起的压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力, 一般用Rw表示。
从能量观点看,船体掀起的波浪具有一定的能量, 这能量必然由船体供给。
由于船体运动过程中不断产生波浪, 也就不断耗散能量, 从而形成兴波阻力。
②由于水的粘性, 在船体周围形成“边界层”, 从而使船体运动过程中受到粘性切应力作用, 亦即船体表面产生了摩擦力, 它在运动方向的合力便是船体摩擦阻力,用Rf 表示。
从能量观点看。
就某一封闭区而言, 当船在静水中航行时, 由于粘性作用, 必带动一部分水一起运动, 这就是边界层。
为携带这部分水一起前进, 在运动过程中船体将不断供给这部分水质点以能量, 因而产生摩擦阻力。
③旋涡处的水压力下降, 从而改变了沿船体表面的压力分布情况。
这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力,用Rpv 表示。
从能量观点来看,克服粘压阻力所作的功耗散为旋涡的能量。
粘压阻力习惯上也叫旋涡阻力。
5. 船体阻力的分类(1 ) 按产生阻力的物理现象分类。
Rt = Rw + Rf + Rpv对低速船, 兴波阻力成分较小, 摩擦阻力约为70%～80% , 粘压阻力占10%以上。
对高速船, 兴波阻力将增加至40%～50% , 摩擦阻力为50%左右, 粘压阻力仅为5%左右。
(2 ) 按作用力的方向分类。
R t = R f + R p(3 ) 傅汝德阻力分类。
其实质是将粘压阻力和兴波阻力合并在一起称为剩余阻力, 即:Rt = Rf + Rr 式中Rr = Rw + Rpv(4 )按流体性质分类。
题目：减小粘性阻力的方法和措施组员：赵帅张帅郭宁吴龙烽郭宁罗乃甲减小船舶阻力方法：影响船舶阻力的因素很多, 其中主要的是航速、船型和船舶航行时的外界条件。
对于大量使用的中、低速船舶而言, 粘性阻力比兴波阻力要大得多; 对于高速船舶, 则主要应减少兴波阻力。
在减少阻力方面的主要措施有:一优化船舶的主要尺度和线型。
目前采用较多的船型与线型有: ①球鼻艏船型(国外已发展可变球鼻艏, 其鼻可上下移动, 或自由摆动, 或按吃水与航速变化改变球体形状) ; ②艉端球船型; ③球艉及双艉鳍船型; ④纵流船型; ⑤双体船及小水线面双体船; ⑥不对称艉部线型; ⑦浅吃水肥大船型; ⑧双艉船和平头涡艉。
（1）.球艏对游艇粘性阻力的影响：从游艇艇体表面的流线及压力分布图可以看出:尽管此类游艇加装球首的主要目的是减少兴波阻力以提高快速性,适当选择的球首(如球脂I)可以在明显减少游艇兴波阻力的同时减少粘压阻力，船艏以及尾部压力系数分布显著改变是其减阻的主要判据。
从上表可以看出,加装球鼻舷与没有球鼻脂状况相比,游艇的粘压阻力系数明显减小,而摩擦阻力差别不大,而球舷I状况下游艇的粘压阻力系数较球舫n稍大,但是差别不是很大"而球循I和球脂n两种状况对摩擦阻力系数基本没有影响"三者的粘性阻力系数大小为:采用球舷n最小,采用球舷I次之,无球脂时最大"对于兴波阻力系数,安装球鼻舶I!n均取到减阻效果,而球鼻舷I效果较好"（二）.运输船舶气泡润滑减阻技术研究成果显示:1)对低速肥大型船,在船底喷气,能够使摩擦阻力减小9% —17%左右;2)对低速肥大型船,在船底喷气能够使粘压阻力减小,最直观的理解是船底喷气改善了船底压力分布;3)同一喷气流量下,多级喷气(船首船中同时喷气)减阻效果好于单级喷气(仅仅在船首喷气)减阻效果,因为多级喷气模型是在单级喷气模型的气体体积分数较低的位置布置了一个喷气口,从物理模型上弥补了单级喷气模型的不足,另一方面,相对于单级喷气模型,多级喷气模型增加了喷气面积,而适度增加喷气面积有利于减小阻力;4)随着来流速度的增加,气体体积浓度在船底的分布也越集中,减阻率也相应增加,因为较大的来流速度相对于较小的来流速度更容易使气泡来不及逃逸就随着来流速度运动到船后方有效覆盖船表面;5)随着喷气流量的增加,减阻率也增加,因为喷气量的增加实际上就是增加了气体的体积浓度从而增加气体覆盖面;6)随着船舶吃水的增加,减阻率逐渐减小,这种减小的趋势在低速时表现得比较明显,而高速时表现得比较缓和;7)对深吃水低速肥大型船,较小的喷气流量减阻效果并不明显,要想获得理想的减阻效果,条件容许的情况下,需要增加喷气量;8)相同速度、相同喷气流量下,喷气口位置和面积相同的缝喷比孔喷减阻效果好,但缝喷更容易达到饱和喷气流量。
运输船: 货船(杂货船, 散货船, 集装箱船, 滚装船) 液货船(油船,液体化学品船,液化气体船) 冷藏船客船及客货船驳船第一章散货船1，散货船的用途，船型特点用途：专门运输散装货物船型特点：单甲板，单机，单桨，尾机型。
2，散货船的分类按照载重量分：①2万~3.5万吨小灵便型；②3.5万~5万吨大灵便型；③6万~8万吨巴拿马型；④10万~18万吨好望角型；⑤20万吨以上超大型散货船。
按照所载货物比重分：①BC-A 类：是为运输比重1吨每立方米以上的干散货（如铁矿石）而设计的能隔舱装运的散货船；②BC-B 类：是为运输比重1吨每立方米以上的干散货（如煤炭）且能在所有货舱积载而设计的散货船；③BC-C 类：是为运输比重1吨每立方米以下的干散货(如谷物)而设计的散货船。
IACS 将要求新造散货船都附注符号，全世界约七成左右的散货船属于BC-A 类。
3，散货船的几种新船型,及其特点①矿-散-油船（O-B-O船）：一般采用双层底，双重舷侧，中部为矿砂或散货舱，两侧翼舱被分割成若干个可装运石油的油舱。
②大舱口散货船：货舱口宽度达船宽的70%，适应散货和木材，钢材，新闻纸，集装箱等的联运。
③散货-汽车联运船：船尾设有跳板，舱内设有汽车升降机。
④浅吃水肥大型船：吨位大，吃水浅，Cb>0.8的矿砂运输船。
⑤自卸货散货船：▲4，浅吃水肥大型船研究采取的措施①减少长宽比，增大宽度吃水比，增大方形系数，以提高船舶的经济性；②研制新的船型以减少阻力，提高船身效率；③改进推进操纵系统，提高推进效率，改善操纵性能。
5，自卸散货船的自卸设备①斗式自动卸货系统；②连续传送带式自动卸货系统；③货泵卸货系统。
确定尺度常用的优化方法有：网格法，常规优化方法，正交设计法。
6，肥大船型的几种型线中不同的尾部（首部）型线对性能的影响尾部：①常规尾型：一般情况下，V形的阻力性能略好，U 形的推进性能较差。
但对肥大型船由于船型肥大，无论V 形还是U形，其纵剖线变化都很剧烈，去流角都比较大，因而流体分离较早，易形成漩涡而使形状阻力增加，而使螺旋桨所处的流场恶化，船身效率降低。
第二章粘性阻力在前一章船舶阻力的成因及分类一节中已简要提到：当船体运动时，由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从而使船体运动过程中受到粘性切应力作用，亦即船体表面产生了摩擦力，它在运动方向的合力便是船体摩擦阻力。
另外由于水具有粘性，旋涡处的水压力下降，从而改变了沿船体表面的压力分布情况，这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生粘压阻力。
因此，粘性阻力由摩擦阻力和粘压阻力两部分组成，它与船体的形状和雷诺数密切相关。
本章着重从船舶工程实际使用的需要出发，分别讨论摩擦阻力和粘压阻力的成因、特征以及计算和处理方法。
§2-1 边界层和摩擦阻力由于船体形状比较复杂，目前用理论精确计算船体的摩擦阻力尚不能付诸工程实用，为此船舶工程中仍不得不沿用傅汝德提出的相当平板假定，即船体的摩擦阻力与同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力相等。
这一假定是计算船体摩擦阻力的基础。
本节首先介绍平板边界层，然后介绍平板摩擦阻力的成因、特性，最后指出船体边界层与平板界层的主要区别。
一、平板边界层假设顺着流动方向放置一薄平板，水流以均匀速度υ流经平板，如图2-1所示。
当水流过平板时，由于水具有粘性，故平板表面处的水质点均被吸附在平板上，平板表面上流速为零。
随着与平板表面距离y的增加，流速逐渐增加，当y增至某一距离δ时，其处流速达到来流的速度值。
我们称存在粘性作用的这一薄层水流为边界层，δ是纵向位置x的函数，称为界层厚度。
在相应平板各处距离为δ的点，可连成一界面，此界面称为界层边界。
图2-1 平板边界1718应当指出，一般定义边界层厚度常以界层内流速达到99%来流速度作为界层的边缘，该处与板面的距离作为界层厚度值。
根据实验测定，影响边界层厚度的主要因素是流速υ、距板前端点o 的距离x 和流体的粘性，即运动粘性系数ν。
进一步的实验指出δ取决于由这三个物理量所组成的无量纲数Re x =νxυ，即局部雷诺数。
如果υ，x 一定，当Re x 很大时，则表示流体的粘性作用很小，δ就很小。
船舶阻力定义船舶运动过程中，流体作用于船体上，阻止其运动的力。
种类当船舶在水面上航行时，船体处于空气和水两种流体介质中运动，必然通受空气和水对船体的阻力。
为研究方便起见，船体总阻力按流体种类分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作川力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
进一步把水阻力分成船体在静水中航行时的静水阻力和波限中的阻力增加值（亦称为汹涛阻力）两部分。
静水阻力通常分成裸船体阻力和附体阻力两部分。
所谓附体阻力是指突出于裸船体之外的附属体如舵、舭龙骨、轴支架等所增加的阻力值。
根据这种处理力法，船舶在水中航行时所受到的阻力通常分为两大部分：一是裸船体在静水中所受到的裸船体阻力，另一部分是附加阻力，包括空气阻力、汹涛阻力和附体阳力。
对于常规船型，附体阻力通常仅占船舶阻力的很小部分，故常常通过船模阻力试验确定总阻力后，按经验公式乘以某个适当系数以获得附体阻力的值。
对于特殊船型，如有较大附体的非常规船型（特殊作业船、潜水器、救生船、探测船、水下采矿船等），附加阻力可能较大，需对带有附体的船模进行试验予以确定。
试验中需注意因缩尺船模的附体较小所产生的尺度效应，要求船模尽可能大。
工程中初步估算时常用经验统计数据，结合具体情况作适当修正。
目前尚无有效的理论算法。
在船舶设计中，常用附体阻力系数估计附体阻力。
为减小附体阻力，附体形状应尽可能采用流线型。
船长对阻力的影响船长对阻力的影响在保持排水量不变时，改变船长必然引起L/B及L/▽1/3的变化，当排水量一定时，选用较大的船长L，则B，d，C b必然要作适当的减小及L/B，L/▽1/3随之增加。
随着L/B或L/▽1/3乃的增加，船体变得瘦长，船体型线的纵向曲率变小，船体兴波区域的型线变得平直，兴波作用趋于和缓，波高变低，兴波作用所消耗的能量减少，所以兴波阻力随着变小。
同时由于船长增加以后，尾部型线变平顺减少了旋涡的产生，从而降低了旋涡阻力。
1.什么是快速性？船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航速高低的一种性能。
2.什么叫力学相似？3.付汝德相似的条件是什么？Fr =gL Cw =R w 12s ,V m 2=s ∝.当两形似船的付汝德数Fr 相等时，兴波阻力系数Cw 必相等。
4.什么是比较律？ 因为R ws 12ρv s 2s s =R wm 12ρm v m 2s m ,s s s m =ð2,v s 2v m 2=ð,∴R ws ∆s =R wm ∆m 形似船在相应速度时（或相同付汝德数Fr ），单位排水量兴波阻力必相等。
（付汝德比较定律） 5.雷诺相似的条件是什么？ Re =Lv r ,粘性阻力系数C v =R f12ρv 2s ,当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数C f =R f 1ρsv 2必相等。
当雷诺数相同时，不同平板的摩擦阻力系数必相等。
6.为什么说全相似不可能？ 全相似定律：水面船舶的总阻力系数是雷诺数和付汝德的函数，若能实船和船模的雷诺数和付汝德数同时相等，就称为全相似，在满足全相似的条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，称为全相似定律。
若付汝德数和雷诺数同时相等时，则船模和实船的长度以及运动粘性系数应满足v m =v s L m L s32 实际上船模是在水池中进行试验，而海水和淡水的运动粘性系数相差不大。
可假定v m =v s ，则要满足全相似条件，除非∂=1即L m =L s 而且v s =v s ，这意味着实船即船模，或实船在试验池内进行试验，这显然是不现实的。
7.简述摩擦阻力产生的原因、计算方法。
原因：当水或客气流经平板表面时，由于流体的粘性作用，在平板表面附近形成界层，虽然界层厚度很小，但界层内流体速度的变化率很大。
τ=μðv ðy |y =0,R f = ds s 8.减小摩擦阻力的措施。
减小摩擦阻力的方法： 1、首先从船体设计本身考虑，低速船选取较大的排水体积长度系数∇L 3 (或较小的L/B)从减小湿面积的观点看是合理的，另外减少不必要的附体如呆木等，或尽量采用表面积较小的附体亦可减少摩擦阻力。
2、由于船体表面的粗糙度对摩擦阻力的影响很大，因而在可能范围内使船体表面尽可能光滑，以期减小由表面粗糙度所增加的阻力。
3、边界层控制办法。
4、采用聚合物溶液降阻剂，就是在物体表面不断喷注稀释的聚合物溶液。
5、船底充气减阻。
6、仿生学，在细长体表面敷贴橡皮等弹性覆盖层以降低摩擦阻力。
7、美国NASA 研究人员，顺来流方向的微小沟槽表面能有效地降低避免的摩擦阻力。
8、Rf 不但与湿面积有关，而且还与流体密度成正比关系，因此某些特种船舶在航行中将船体抬出水面，使船体表面与水接触改为与空气接触，减少Rf 。
9.何谓“相当平板”、“相当速度”？ “相当平板”假定认为：实船或船模的摩擦阻力分别等于与其同速度，同长度同湿面积的光滑平板摩擦阻力。
“相应速度”是指形似船之间，为了保持付汝德数Fr 相等，则它们的速度必须满足一定的对应关系，对于船模和实船,v m =s ð 10.曲度对阻力的影响？ 船体表面弯曲度对摩擦阻力的影响：1、导致速度梯度和摩擦阻力增大2、由于弯曲表面易发生边界层分离以致产生漩涡。
11.什么是尺度效应？ 答：尺度效应在应用试验方法研究船的快速性问题时，由于船模与实船之间的绝对尺度不同，且不能同时满足全相似，因而引起某些力、力矩或压力系数甚至流态等性能方面的差别，这种差别叫做尺度效应。
12.为什么说想通过改变船型来减小摩擦阻力效果不佳？ 答： 13.粗糙度分类？ 答：分两类普遍粗糙度、局部粗糙度 14.粗度补贴△Cf 的意义是什么？依据什么确定其大小？ 答：△Cf=Cfr-Cf ，Cfr 漆面平板摩擦阻力系数，Cf 光滑平板摩擦阻力系数，当Re 进入完全粗糙阶段，△Cf 为一常数 15.粘压阻力产生的原因？ 答：由于粘性形成边界层，产生边界层分离，在船后部形成不稳定的涡流，与水流一起被冲到后方，漩涡的产生是船尾部压力下降，形成首尾压力差产生的阻力。
由于粘性消耗水质点的动能形成首尾压力差二产生的阻力叫粘压阻力。
16.如何考虑减小形状阻力？ 答：1、注意船的后体形态，去流段长度满足Lr ≥4.08 m 对于低速肥大型可满足Lr ≥2.5 A m ，同时，后体收缩缓和。
2、应避免船体曲率变化过大。
在横剖面面积曲线上，前肩切勿过于隆起，后肩切勿过于内凹，否则两肩部容易产生漩涡，增加粘性阻力。
3、前体线形应予以适当注意，特别是低速肥大型船，其舭涡阻力是粘性阻力的重要组成部分，采用球鼻型船首有可能减少这部分阻力。
17.兴波及兴波阻力产生的条件是什么？ 答：船舶在水面航行时，都会产生波浪即船舶兴波。
船体兴起的波浪分成两类，一类是在船舶驶过之后，留在船体后方并不断向外传播的波浪称为船行波；另一类是被船体兴起后很快就破碎的波浪，称为破波，并不以波浪的形式留在船后，主要发生在肥大型船舶。
18.船行波的特征是什么？答：1、整个船行波分为首尾两大波系，各有散播和横波组成。
2、整个船波系集中在凯尔文角所限定的扇形面范围内。
3、船首横波通常在船首柱略后处为波峰，而船尾横波在尾柱略前处由波谷开始。
4、整个波系的各散波之间及散播与横波之间不发生干扰。
5、船首尾两横波在船尾部分互相混合，组成合成横波，船行波随船一起前进，船行波的传播速度等于船速。
19.什么是“有利干扰”“不利干扰”？ 答：1、若首尾横波波峰相叠或波谷相叠，则合成波的波幅增大，波能增大，兴波阻力增大，这叫不利干扰 2、若首波波峰与尾波波谷叠加，则合成波波幅减小，波能减小，兴波阻力减小，这叫有利干扰。
20、减小兴波阻力的方法有哪些？（特种船及消波措施） 答：一、减小常规兴波阻力的方法：1、选择合理的船型参数，合理选取船长和棱形系数可以避免处于波阻峰值，同时选取适当的进流段长度以不至于发生肩波不利干扰。
2、设计良好的首尾形状。
3、造成有利的波系干扰，最常见的是采用球鼻首尾。
4、高速排水艇安装消波水翼，此外还有压浪条、压浪板。
二、应用不同设计概念减小兴波阻力：1、双体船和多体船设计概念 2、将船体抬出水面 3、船体下潜4、复合设计 21.破波阻力的概念： 对于航速较低的肥大型船，在船模试验，特别是实船航行中在船首附近很容易观察到波浪现象，使阻力有所增加，这部分增加的阻力，称为破波阻力。
破波阻力本质上是一种兴波阻力，但不能由波形测量得到，却可以从尾流测量中得到。
22.附体阻力主要是什么阻力？ 附体阻力的主要成分是摩擦阻力和粘压阻力。
23.什么是汹涛阻力？其影响因素是什么? 船舶在风浪中航行时的阻力将较在静水时为大，所增加的阻力称为波浪中的阻力增值或汹涛阻力。
与风浪大小，方向及船型，航速等因素有关。
24.什么是船舶的失速及功率储备？ 失速：由于波浪增值的存在，如保持静水中的相同功率时，航速必然有所下降，这种航速的减少称为速度损失或失速。
储备功率考虑到波浪中的阻力增值，如要维持静水中相同的航速，则必须较静水功率有所增加，所增加的功率称为储备功率。
25.熟悉傅汝德的换算方法： ①傅汝德假定：假定船体总阻力可以分独立的两部分。
一为摩擦阻力Rf ，只与雷诺数有关，且适用比较定律。
假定船体的摩擦阻力等于同速度，同长度，同湿面积的平板摩擦阻力。
因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力。
通常称为相当平板假定。
②傅汝德法的换算关系 26什么是三因次换算方法？ k =C pv C f,C tm = 1+k C fm +C wm 29穿行变化的方法有哪两种？ 一仿射变化，将船体表面上各对应坐标分别按一定比例放大或缩小，从而得到不同系列的船模。
另一种是改变线型特征的方式。
30什么是仿射变化？有哪些特点？参看29 31.简述船长对阻力的影响 排水量长度系数∆ 0.01L 大表示船体肥而短，该系数小，表示船体瘦长。
由船长变化，讨论该系数的影响。
（1）对摩擦阻力的影响湿面积s =C s ∇l ，在参数Cm ，Cp 和B/T 不变的情况下，Cs 近似为常数，因此可认为在排水量一定时，S 与L （1/2）成正比关系，所以船长L 增大，湿面积增大，而一般说来船长增大时Re 增大所引起的Rf 系数Cf 减小是极微的，所以增大船长使摩擦阻力增大。
（2）对剩余阻力的影响排水量一定时，船长L 增大，必定要求B,T 同时减小，因而L/B 增大，所以船型变得瘦长，使粘压阻力下降，另一方面船宽B 吃水T 减小，将使兴波阻力下降。
（3）对总阻力的影响 L 增大对Rf 和Rr 产生相反的影响，对于不同航速的船舶而言，Rf 和Rr 占总阻力的比重是不同的，因而船长对总阻力的影响也将是不同的。
对低速船：Rf 可达总阻力的70%以上，而Rr 所占比例较小，排水量不变，增大船上，Rr 减小甚微而Rf 增大很多，所以总阻力增大。
对高速船：当航速Vs 一定时，如果船长较短，Rr 很大，则增大船长，Rr 下降明显，Rr 的减小值大于Rf 的增加值，因而总阻力减小相当显著。
随着船长继续增加，则Rr 的下降渐趋缓慢。
总阻力的减小趋势减小，直至出现对应于总阻力最低点的最佳船长。
如果进一步增加船长。
则总阻力反而增大。
32．简述菱形系数的影响。
（1）对摩擦阻力的影响。
当船的排水量和船长不变时，由于改变菱形系数所引起的船型变化对船体湿表面影响不大，一般认为Cp 对摩擦阻力的影响可以不予考虑。
（2）对剩余阻力 低速时，由于兴波阻力极小，因而菱形系数对阻力的影响甚微。
中速时，船的兴波作用主要是在船首尾两端，如果Cp 较小，船首尾端部比较尖瘦，因而水压力在运动方向的分量较小，阻力亦小，所以设计时，选择较小的Cp 值有利。
高速时，整个船体均产生较大的兴波作用，若排水体积沿船长分布比较均匀，则有利于缓和兴波作用，因此取适当大的Cp 值，其剩余阻力反而较小。
同时其首波峰位置将随航速提高而后移至横剖面面积曲线转折点，此时取适当的Cp 值有利于减小水压，使阻力下降。
33.简述横剖面面积曲线的影响根据泰洛试验结果知，Cm 在0.70~1.10很大的范围内的变化，不但对湿面积影响不大，即对摩擦阻力影响不大，而且其对剩余阻力的影响也甚微，认为Cm 对阻力的影响并不重要。
34.方尾的阻力特点。
优点：尾部纵剖面线坡度缓和近于直线，这样可使水流大致沿纵剖线方向流动，减少高速水流的扭转和弯曲程度，从而减少能量损失改善阻力性能，更重要的是，高速水流沿着方尾边缘一直延伸到尾后相当距离处，其作用相当于增加了船体的有效长度，从而，有利于减少剩余阻力，方尾的这种作用通常称为虚长度作用。
此外，由于方尾的尾部排水体积大，可减少航行过程中的尾倾现象，从而使尾部产生“鸡尾流”波浪情况得到改善。
