船舶阻力第5章-船型对阻力的影响剖析

高等教育自学考试毕业设计（论文）学院专业学生姓名班级学号指导教师目录摘要 (3)第一章绪论 (4)第二章船型对阻力影响的基本概念 (5)2.1 船型、航速与阻力性能之间的关系2.2 确定影响阻力的船型参数2.3 船型对阻力影响问题的研究方法第三章船体主尺度的影响 (6)3.1 排水量长度系数对阻力的影响3.2 宽度吃水比的影响第四章主要船型系数的影响 (11)4.1 棱形系数的影响4.2 船中横剖面系数的影响4.3 方形系数的影响第五章横剖面面积曲线形状的影响 (16)5.1 浮心纵向位置的影响5.2 平行中体长度和位置的影响5.3 横剖面面积曲线两端形状的影响第六章首尾端形状的影响 (19)6.1 首尾横剖面形状6.2 船首柱、尾柱形状6.3 球鼻艏对阻力的影响6.4 特殊船尾形状结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)摘要船舶设计中一个重要步骤是确定船型参数，就是确定表征船体水线以下部分的一些特征参数的数值和几何形状。

但应该指出，船舶设计是一个必须考虑各种因素的综合性问题，船型参数的选择应顾及总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等诸多方面既有联系又有矛盾的各种要求。

关键词：船体主尺度、主要船型系数、横剖面面积曲线、首尾端形状第一章绪论船舶设计建造部门总希望所设计建造的船舶具有优良的航行性能，用船部门理所当然要求所属的各类船舶都具有优良的航行性能。

概括来说，所谓优良的航行性能大体包括：船舶是否具有合理的浮态和足够的稳性，是否属低阻力的优良船型，推进器的效率是否最佳，推进器与船体及主机是否匹配，是否具有良好的航向稳定性和回转性，在风浪中航行时是否会产生剧烈的摇摆运动以及砰击、甲板上浪及失速等，但在实际造船工作中，判断船舶是否具有优良的航行性能是有一定衡量指标的，有些指标因素考虑到航海安全而由船籍社乃至国际组织规定必须满足的硬指标，有些指标则是与长期积累的优秀船型资料相比较而判定的。

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。

船舶阻力总结[最终定稿]第一篇：船舶阻力总结船舶阻力总结——By Mr.Torpedo 说明：1、本资料仅供20120114班内部分享。

2、题目纯属个人编写，与考试形式关系不大，仅仿照老师上课所述考试内容，将书上的重要知识点加以总结，仅供参考。

第一章绪论1、简述船舶阻力的概念。

2、什么是船舶快速性？船舶具有良好快速性应满足什么条件？3、什么是船舶阻力曲线？什么是有效功率曲线？分别如何表示阻力性能？4、船舶阻力研究中常用的速度单位有哪些？他们之间换算关系如何？5、船舶阻力中常用的相似准数有哪些？6、船舶的航态如何划分？7、排水型船舶的航态如何划分？8、船舶阻力有哪些研究方法？9、船舶阻力中的坐标系如何选取？10、船舶阻力的成分如何划分？11、船体阻力的成分如何划分？第二章粘性阻力1、什么是粘性阻力？它包括哪两部分成分？2、简述粘性阻力的成因（力学观点、能量观点）3、相当平板理论的内容4、1957年国际船模试验池实船—船模换算公式的表达式？5、简述船体表面弯曲对摩擦阻力的影响6、什么是形状效应？在阻力计算中如何计入形状效应的影响？7、船体表面粗糙度包括哪两方面内容？如何修正？8、船体湿表面积如何计算？9、简述污底的形成、影响及其防治方法。

10、如何减小船体的摩擦阻力？11、粘压阻力的影响因素有哪些？设计中如何避免？12、螺旋桨对粘压阻力有何影响？第三章船舶兴波兴波阻力1、船舶在水面航行如何兴起波浪？2、兴波阻力的成因？3、船舶兴波包括哪两部分？各有什么特点？4、兴波阻力的成分？5、写出与x轴夹角为 的基元波波数的表达式。

6、船行波的范围？7、深水域和浅水域的压力点兴波范围有何特点？8、什么是兴波长度？如何用兴波长度衡量兴波干扰？9、什么是兴波干扰？何为有利干扰、不利干扰？10、简述○P理论的内容。

11、薄船理论有哪些基本假定？写出流场速度势的表达式、基本方程和边界条件。

12、Michell积分反映了船型对兴波阻力的哪些影响？13、减小兴波阻力有哪些方法？14、破波阻力出现时，波浪运动分哪几个发展阶段？15、波浪破碎方式？16、破波阻力的特性有哪些？第四章船舶阻力的确定方法1、确定船舶阻力的方法有哪些？2、写出二因次换算法的假设和计算方法。

第一章总论1.船舶快速性，船舶快速性问题的分解。

船舶快速性：对一定的船舶在给定主机功率时，能达到的航速较高者快速性好；或者，对一定的船舶要求达到一定航速时，所需主机功率小者快速性好。

船舶快速性简化成两部分:“船舶阻力”部分：研究船舶在等速直线航行过程中船体受到的各种阻力问题。

“船舶推进”部分：研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互作用以及船、机、桨（推进器）的匹配问题。

2.船舶阻力，船舶阻力研究的主要内容、主要方法。

船舶阻力：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。

船舶阻力研究的主要内容：1.船舶以一定速度在水中直线航行时所遭受的各种阻力的成因及其性质；2.阻力随航速、船型和外界条件的变化规律；3.研究减小阻力的方法，寻求设计低阻力的优良船型；4.如何较准确地估算船舶阻力，为设计推进器（螺旋桨）决定主机功率提供依据。

研究船舶阻力的方法：1．理论研究方法：应用流体力学的理论，通过对问题的观察、调查、思索和分析，抓住问题的核心和关键，确定拟采取的措施。

2.试验方法：包括船模试验和实船实验，船模试验是根据对问题本质的理性认识，按照相似理论在试验池中进行试验，以获得问题定性和定量的解决。

3.数值模拟:根据数学模型，采用数值方法预报船舶航行性能，优化船型和推进器的设计。

3.水面舰船阻力的组成，每种阻力的成因。

船舶在水面航行时的阻力由裸船体阻力和附加阻力组成，其中附加阻力包括空气阻力、汹涛阻力和附体阻力。

船体阻力的成因:船体在运动过程中兴起波浪，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，产生了兴波阻力；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摩擦阻力；在船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部常会产生漩涡，引起船体前后压力不平衡而产生粘压阻力。

4.船舶阻力分类方法。

1.按产生阻力的物理现象分类：船体总阻力由兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力Rpv三者组成，即Rt二Rw+Rf+Rpv.2.按作用力的方向分类：分为由兴波和旋涡引起的垂直于船体表面压力和船体表面切向水质点的摩擦阻力，即Rt=Rf+Rp.3.按流体性质分类：分为兴波阻力和粘性阻力（摩擦阻力和粘压阻力），即Rt=Rw+Rv.4.傅汝德阻力分类：分为摩擦阻力和剩余阻力（粘压阻力和兴波阻力）, 即Rt二Rf+Rr.5.船舶动力相似定律，研究船舶动力相似定律的意义，粘性与重力互不相干假定。

《船舶阻力》思考题与习题思 考 题1、船舶阻力与船舶快速性有什么关系？2、船舶阻力研究的内容和目的是什么？有哪些研究方法？3、船舶阻力(水阻力)分类的方法有哪几种？4、产生船舶阻力的主要原因是什么？5、航速与各阻力成分有什么关系？掌握这些关系有什么实际意义？6、潜艇与水面船舶所受到的阻力有何同异？7、无限流场中的实船与水池中的船模是否满足力学相似条件？ 8、在理想流体中作匀速运动的前后非对称的物体是否受到阻力作用？ 9、船的压阻力为(,)P SR P C O S P X ds =⎰⎰。

当物体为前后左右对称时，试问该物体在水中作匀速直线运动时是否受到压阻力作用？若换成前后对称的回转物体，在水下和水面上作匀速直线运动所受到的阻力又有什么不同？10、什么是傅汝德数、雷诺数、相应速度？试说明之（写出表达式即可）。

11、什么叫傅汝德比较定律？在船舶阻力中有什么作用？ 12、如何导出全相似？为什么说船模与实船不能满足全相似？ 13、傅汝德假定的内容是什么？它有哪些优缺点？14、产生边界层的原因是什么？边界层的边界线为什么不是流线？15、边界层内有哪几种流动状态？各种流态有什么特点？边界层内流速分布 规律如何？16、船体表面弯曲对摩擦阻力产生形状效应，为什么船的摩擦阻力仍可以用相 当平板公式计算？17、Froude 平板摩擦阻力公式，ATTC Line ，柏一许公式及ITTC —57摩擦线公 式是什么？四个摩擦阻力系数公式各是根据什么得出的？18、船模发生界层分离时，相应速度下的实船也会发生界层分离，你认为对吗？ 在船模—实船阻力换算中是怎样考虑这一问题的？ 19、球鼻首对降低兴波阻力有什么作用？试说明之。

20、兴波阻力的成因是什么？什么叫船波？它与平面进行波有什么相互联系？ 21、经典兴波理论与波形分析法求R w 的基本思路及其区别是什么？ 22、Michell 公式是怎样将R w 与船体几何形状相联系的？23、船波系由哪几个波系组成？Kelvin 波型图能反映出船行波的哪些特点？ 24、兴波阻力表达式6[cos(2/)]W S R A B mL V πλ=+能说明兴波阻力的哪些现象？ 25、何谓船波的有利干扰和不利干扰？用什么方法来预测？26、增加船的平行中体对兴波阻力有无好处？应怎样选择合适的平行中体？ 27、减小兴波阻力的方法有哪些？球鼻首能降低兴波阻力吗？为什么？ 28、兴波阻力有哪些特性？它与汹涛阻力有什么不同？29、何谓自由表面？兴波阻力、波形阻力、破波阻力与之有关吗？ 30、破波阻力是如何产生的？球鼻首有减少破波阻力的作用吗？ 31、船模阻力试验的内容是什么？它有什么作用？ 32、怎样确定船模尺度，过大或过小行不行，为什么？ 33、有哪几种激流方法，激流装置应装在什么位置？为什么？34、二因次和三因次换算法的依据是什么？怎样将船模阻力换算到实船？35、什么叫“尺度效应”、“阻塞效应”？“三因次”这个名称说明了什么？36、常用的阻力试验数据表达方法有哪几种？37、海军系数C的表达式及其含义？38、什么叫船型？讨论船型对阻力影响时应注意些什么？39、影响阻力的主要船型参数有哪些？为什么有的参数又不考虑呢？40、Fn或/V在研究船型阻力影响时有什么作用？为什么不直接采用船速V s来研究这一问题？41、排水型船舶如何分类？它们的阻力成分怎样？设计中怎样考虑？42、横剖面面积(分布)曲线包含有哪些特征参数？43、高速船、中速船C P值的选取原则？为什么？44、试说出L、B／T、C b、C p、C m对阻力的影响，浮心纵向位置X c在低、中、高速三种船型中应如何取方对阻力有利？45、试说出球鼻首在低，中、高速船型中减少阻力的作用？46、简述平行中体长度，进、去流段长度及横剖面面积曲线两端形状、设计水线两端形状、横剖面形状对阻力有什么影响？47、什么叫双尾船型、蜗尾船型、双尾鳍船型，它们各有什么优缺点？48、双体船、三体船的主要优缺点有哪些？习 题一、名词解释层流底层 理想流体 相应速度 相当平板 理论 形状因子 形状效应 形状系数 摩擦阻力 粘压阻力 旋涡阻力 形状阻力 分离阻力 空气阻力 附体阻力 兴波阻力 破波阻力 自然波阻 波形阻力粘性阻力尾流阻力汹涛阻力兴波长度粗糙度补贴（系数）△C F 换算补贴C A 局部粗糙度 普遍粗糙度 方形系数棱形系数 最佳船长L opt 相对长度污底；激流修长系数d虚长度（假尾）二、填 空1. 船的裸体阻力按应力观点可分为① 阻力和② 阻力；其中的②可分为③阻力和④阻力。

第五章船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法，目前关于船舶阻力方面的知识，特别是提供设计应用的优良船型资料及估算阻力的经验公式和图谱绝大多数是由船模试验结果得来的。

新的理论的发展和新船的设计是否能得到预期的效果都需要由船模试验来验证。

而理论分析的进一步发展，又为船型设计和船模试验提供更为丰富的内容，以及指出改进的方向。

因此船模试验是进行船舶性能研究的重要组成部分。

本章先对船模试验池和船模阻力试验作一简要介绍，然后分别从设计和研究观点来讨论表达船模阻力数据的方法。

§ 5-1 拖曳试验依据、设备和方法船模试验是研究船舶阻力性能的主要方法。

因此需要了解船模阻力试验的依据，试验设备和具体的试验方法。

一、船模阻力试验的依据由§1-2的阻力相似定律指出：如能使船模和实船实现全相似，即船模和实船同时满足Re和Fr数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数。

§1-4中已阐述船模和实船难以实现全相似条件。

根据现实可能性，也不能实现船模和实船单一的粘性相似，即保持Re相等，这是因为，如要使Re m= Re s，则必有：υm L m/v m= υs L s/v s即υm= αυs v m/ v s(5-1)式中，α为船模缩尺比。

因为船模和实船的运动粘性系数两者数值相近，如假定v m= v s，则(5-1)式为：υm= αυs(5-2)由于船模均要比实船缩小几十倍以上，因而要求船模的速度较实船速度大几十倍，甚至达到超音速情况下进行试验，显然是不现实的。

因此船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上就是在满足重力相似条件下(保持Fr数相等)进行的。

由于是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假设，诸如傅汝德假定，休斯假定等才能换算得到相应的实船总阻力。

二、船模试验池船模试验池是进行船舶性能研究和某些结构、强度试验的重要设施，因而世界各国均普遍建造了各种船模试验池。

普通的船模试验池，其主要任务是进行船舶模型的拖曳、自航及适航性等试验。

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力13上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 15∫∫−=sf dsx R ),cos(ττcos(,)p sR p p x ds=−∫∫按物理现象分类水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。

按流体性质分类t v R R =（粘性阻力）wR +（兴波阻力）相（因为全相似难以实现，通过Froude假定可从船模平板表面上流速为零，随着距平板表面的距离y增加，流速也增大，当y增至时，起处流湍流10>3×Rex上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide9上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 14平板上受到的摩擦阻力局部摩擦阻力系数：f s R dsτ=∫0002222111112222xx xf f b dxR C dx C dx x x v S v bx v τττρρρ====∫∫∫212C v ττρ=上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力18公式（船模与实船的阻力换算）2m上海交通大学《船舶原理》之船体表面弯曲度对摩擦阻力的影响上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力1.不分离的情形2-D分离上海交通大学《船舶原理》动量损失（压差阻力、能量损失）从能量观点来看，在尾部形成漩涡，另一部分漩涡则被冲向船的后方，同船尾处又继续不断产生的漩涡，这样船体就要不断地提供能量。

这部分能量损上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide56象。

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力59上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力5.船模与实船的Re相差103左右，边界层分离不相似，往往船模分离而实船不分离，低速时尤须注意。

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide66上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 72C v ：尾流测量与的比较a)尾流测量b)平均值接近()1fpk C +()v n C F F =()1fpk C +海浪、船行波等任何一种复杂的波系，都是由简单的平面进行波或基元波组成的。

第六章船型对阻力的影响船舶设计中的一个重要步骤是确定船型参数，就是确定表征船体水线以下部分的一些特征参数的数值和几何形状。

但是应该指出的是：船舶设计是一个必须考虑各种因素的综合性问题。

船型参数的选择应顾及总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等诸方面既有联系又有矛盾的各种要求。

本章主要应用船舶阻力的基本知识在分析船模试验和实船试航的基础上来讨论船型对阻力的影响，以使在船舶设计过程中考虑选择阻力较低的船型参数：同时亦可对某些给定船舶的阻力性能进行分析，以期供设计或改型时考虑。

§6-1 船型对阻力影响的基本概念为了便于叙述和理解船型对阻力的影响问题，有几个概念先予以阐述。

一、船型、航速与阻力性能之间的关系1．优良船型的含义船型对阻力性能的影响是与船速密切联系的，在不同速度范围内，船型参数对阻力的影响不仅程度上不同，甚至还有本质上的差别，因此，所谓阻力性能优良的船型是对某一定速度范围而言。

换句话说，优良的船型将随速度而异，低速时阻力性能良好的船型，在高速时可能反而不佳。

由此可以推断：对于不同速度范围内的船舶说来，影响船体阻力的主要船型参数应该是不同的。

为此，在船舶设计过程中考虑参数选择的出发点不应完全相同。

由此知，讨论船型对阻力性能的影响问题，必须与设计船的速度范围联系在一起。

但是应该看到，对于同一设计船的航速也有不同的要求，如民用船舶，速度有服务速度和试航速度之分。

前者是在平均海面情况中所能保持的速度，后者是在试航时使用全部功率所能达到的速度。

过去惯例在任务书中规定试航速度，但对实际服务情况未必经济合理，对军舰，其巡航速度与最大速度相差甚大，对船型的要求常相矛盾。

所有这些不同的航速要求，在设计中应根据具体情况予以注意。

2．船舶分类及其主要阻力成分目前研究一般水面排水型船的阻力问题，较普遍的是按照傅汝德数将各类船舶分为低速船(Fr＜0.18)、中速船(0.18＜Fr＜0.30)和高速船(Fr＞0.30)。