高性能船舶原理 第3章 单体船

高性能船舶知识概要1绪论1.1什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。

不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。

这样的船舶统称为高性能船舶。

1.2高性能船的特点有哪些？航速高，优良的耐波性能，载运能力较大，经济性好，优美的造型和舒适的舱室空间环境。

1.3什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（▽为排水体积）。

引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。

1.4航速对船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr▽<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。

（2）1.0<Fr▽<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。

（3）Fr▽<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。

1.5根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。

1.7高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。

在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。

高性能船舶知识概要1绪论1.1什么是高性能船舶？基于不同的流体动力原理，高性能船有不同的类型和船型，可以是排水量船型，还可以是流体动力船型，还可以是不同原理的混合船型。

不管是哪一种船型，它们的共同点是具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其主要使用要求的船舶功能。

这样的船舶统称为高性能船舶。

1.2高性能船的特点有哪些？航速高，优良的耐波性能，载运能力较大，经济性好，优美的造型和舒适的舱室空间环境。

1.3什么是傅氏数和容积傅氏数，引入傅氏数的目的是什么？船傅氏数就是傅汝德数，傅氏数（L为船的设计水线长），容积傅氏数（▽为排水体积）。

引入傅氏数的目的：表达船舶相对速度。

1.4航速对船舶首尾吃水的影响规律？（1）当Fr▽<1时，此时航速较低，流体动力所占的比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体的航态与静浮时变化不大。

（2）1.0<Fr▽<3.0时，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。

（3）Fr▽<3.0时，此时航速很高，船体吃水变化很大，而且整个船体被托起并在水面上滑行，仅有一小部分船体表面与水接触。

1.5根据流体动支持力的大小船舶运动可分为哪几种运动航态？根据流体动支持力的大小船舶运动可分为排水航行状态，过渡（或半滑行）状态和滑行状态1.6高性能船舶有哪几种类型？高性能船舶主要包括：小水线面双体船，穿浪双体船，滑行船，水翼艇，气垫船，地效翼船，高性能排水式单体船。

1.7高性能船舶航行性能有哪几种研究方法，这些方法的特点是什么？高性能船舶航行性能有三种研究方法：理论计算研究，模型试验研究，实船试验研究，特点如下：理论计算研究特点，高性能船舶是现代高科技应用和发展的产物。

在每种高性能新船型开发研制工作一开始，以船舶水动力学为基础的各种分析计算方法即被引用于性能研究工作，而且收到了比单体船性能研究中使用理论计算方法更好的效果。

高性能船舶授课讲义周松辰编青岛科技大学-机电工程学院-船舶及海洋工程系目录1 跨越学习课程的门槛 (1)1.1 船舶快速性漫谈 (1)1.1.1 “高性能船舶理论”课程在专业体系中的定位 (1)1.1.2 傅汝德的贡献 (2)1.1.3 决定船舶速度的因素 (2)1.1.4 船舶舾装 (2)1.1.5 船舶推进器的发展 (2)1.1.6 水中航行器阻力描述 (3)1.1.7 船舶拖曳水池试验 (3)1.1.8 船模阻力试验 (4)1.1.9 实船阻力的估算 (4)1.1.10 制约传统船型实现高航速的瓶颈 (4)1.2 船舶耐波性相关知识 (4)1.2.1 耐波性对船舶航行状态的影响 (4)1.2.2 伟大的傅立叶 (5)1.2.3 船舶耐波性研究方法 (6)2 高性能船舶概述 (8)2.1 高性能船舶基本概念及特点 (8)2.1.1 什么是高性能船舶 (8)2.1.2 高性能船舶的主要优势 (8)2.2 船型与船舶航行性能 (8)2.2.1 船舶航行中力的平衡关系 (8)2.2.2 傅氏数和容积傅氏数 (8)2.2.3 航速对船舶首尾吃水的影响规律 (9)2.2.4 船舶航行状态及容积傅氏数范围 (9)2.3 高性能船舶发展概况 (9)2.3.1 高性能船舶有哪几种类型 (9)2.3.2 高性能船舶的发展特点 (9)2.3.3 高性能船舶航行性能研究方法 (10)2.3.4 新一代排水式高性能船的水动力设计原则 (10)2.3.5 高性能船舶的发展示例 (10)2.3.6 我国高性能船舶发展状况 (11)3 高性能排水式单体船舶 (14)3.1 瘦长船舶及其兴波阻力 (14)3.1.1 速度势 (14)3.1.2 势流理论基础方程 (15)3.1.3 瘦长船舶兴波阻力积分公式 (15)3.2 主要性能与船型的关系 (16)3.2.1 船型基本形式 (16)3.2.2 航速概念 (17)3.2.3 主要船型参数 (17)3.3 高速方尾圆肶型排水船舶阻力估算 (17)3.3.1 计算船舶傅氏数Fr,选择相应的的基准剩余阻力图谱 (17)3.3.2 确定剩余阻力系数Cro (17)3.3.3 计算船型参数和相应的剩余阻力修正系数 (18)3.3.4 计算修正后的剩余阻力系数 (18)3.3.5 计算摩擦阻力系数(船舶阻力粘性阻力部分) (19)3.3.6 总阻力系数 (20)3.3.7 估算湿表面积 (20)3.3.8 计算出总阻力 (20)3.3.9 确定裸船体有效功率 (20)3.4 NPL系列图谱使用方法 (21)3.4.1 选择图谱曲线 (21)3.4.2 估算单位排水量剩余阻力 (21)3.4.3 排水量长度系数的修正系数 (21)3.4.4 棱形系数的修正系数 (22)3.4.5 计算设计船的单位排水量剩余阻力 (22)3.5 应用回归分析方法估算过渡型快艇阻力的方法 (22)3.6 高速深V船型 (24)3.6.1 什么是深V船型 (24)3.6.2 深V船型的斜升角 (24)3.6.3 船体折角线 (25)3.6.4 深V船型的特征 (25)3.6.5 深V船型的优点 (26)3.6.6 深V型船和圆舭型船的比较 (26)3.6.7 深V型船型发展前景 (26)3.6.8 深V型船型应用实例 (27)3.6.9 艉部龙骨升高对快速性的影响 (28)3.6.10 方尾船型水动力特点 (28)3.6.11 方尾特征参数 (28)3.6.12 方尾船的“虚长度” (28)4 高性能双体船舶 (30)4.1 双体船的分类 (30)4.1.1 普通双体船 (30)4.1.2 高速双体船 (30)4.1.3 高性能双体船 (30)4.2 高速双体船及特点 (31)4.2.1 双体船的船形特征 (31)4.2.2 双体船存在的不足 (31)4.2.3 双体船存在的不足 (31)4.3 高速双体船阻力特性 (32)4.3.1 高速双体船阻力构成 (32)4.3.2 临界航速的概念 (32)4.3.3 高速双体船附加干扰阻力 (32)4.3.4 影响双体船阻力性能的主要因素 (33)4.4 高速双体船阻力的计算方法 (33)4.4.1 计算原理 (33)4.4.2 双体船剩余阻力图谱剩余阻力系数曲线 (34)4.4.3 双体船剩余阻力图谱片体B/T影响系数曲线 (35)4.4.4 双体船剩余阻力图谱方形系数影响系数曲线 (36)4.4.5 双体船剩余阻力图谱片体内侧间距影响系数曲线 (37)4.5 小水线面双体船 (37)4.5.1 小水线面双体船的船型特征 (37)4.5.2 小水线面双体船的性能特点 (38)4.5.3 小水线面双体船的发展历史 (39)4.5.4 世界小水线面双体船的基本概况 (39)4.5.5 我国小水线面双体船的基本概况 (40)4.6 高速穿浪双体船和多体船 (42)4.6.1 什么是高速穿浪双体船 (42)4.6.2 影响WPC船性能的主要船型参数 (43)4.6.3 三体船和高速穿浪三体船 (44)5 动水力支持船舶 (45)5.1 水翼船 (45)5.1.1 水翼船的原理和主要性能特点 (45)5.1.2 水翼船的主要性能特点： (45)5.1.3 我国水翼船研发概况 (46)5.1.4 简述水翼艇的减阻原理 (47)5.1.5 水翼的浅浸效应 (47)5.1.6 割划式水翼艇特点 (47)5.1.7 全浸式水翼艇的特点 (48)5.1.8 水翼艇航行状态下的的稳性特点 (48)5.1.9 水翼艇在波浪中运动可能出现的的典型运动方式 (48)5.2 滑行艇 (49)5.2.1 主要性能特点 (49)5.2.2 槽道型滑行艇 (49)5.2.3 槽道水翼滑行艇工作原理 (49)5.2.4 滑行艇纵向运动稳定条件 (49)5.2.5 滑行艇的主尺度对性能的影响 (50)6 表面效应船 (52)6.1 气垫船 (52)6.1.1 概述 (52)6.1.2 全浮式两栖型气垫船 (53)6.1.3 全浮式两栖型气垫船的特点 (53)6.1.4 侧壁式气垫船 (54)6.1.5 侧壁式气垫船的特点 (54)6.1.6 中国气垫船的发展 (55)6.2 地效翼船 (55)6.2.1 什么是地效翼船 (55)6.2.2 地效翼船类型 (56)6.2.3 地效翼船的航速 (56)6.2.4 载重量 (56)6.2.5 适航能力强 (56)6.2.6 安全系数高 (57)6.2.7 操纵性能好 (57)6.2.8 经济效益高 (57)6.2.9 地效翼船与普通飞机的区别 (57)6.2.10 中国地效翼船 (58)6.2.11 地效应船的主要应用方向 (58)1跨越学习课程的门槛1.1船舶快速性漫谈1.1.1“高性能船舶理论”课程在专业体系中的定位我与大家一样也是船舶工程系船体专业的毕业生,毕业于华中工学院。

《船舶原理》练习题3章欧阳引擎（2021.01.01）【第3章】稳性概念（GM,BM ） (1)【第3章】初稳性初步 (6)【第3章】初稳性高GM (8)【第3章】横稳心高KM (8)【第3章】载荷重心高度KP (12)【第3章】自由液面之影响 (13)【第3章】轻货操作之影响 (17)【第3章】大倾角稳性初步 (22)【第3章】复原力臂GZ 初步 (24)【第3章】静稳性曲线 (26)【第3章】动稳性曲线 (29)【第3章】稳性衡准数 (34)【第3章】临界初稳性与重心高度 (36)【第3章】横摇周期与GM关系 (37)【第3章】横倾角判断初稳性 (38)【第3章】观察现象判断初稳性 .............................................................. 39 【第3章】稳性的调整原则 .................. 41 【第3章】垂向移动载荷调整稳性 (42)【第3章】增减载荷调整船舶稳性 (43)【第3章】改善稳性之措施 (45)【第3章】初始横倾角的调整 (46)【第3章】稳性概念（GM,BM ）·2 按作用于船上外力矩的性质，将船舶稳性划分为 。

A. 静稳性和动稳性B. 横稳性和纵稳性C. 大倾角稳性和初稳性D. 破舱稳性和完整稳性·3 按船舶横倾角的大小，将船舶稳性划分为 。

A. 横稳性和纵稳性B. 破舱稳性和完整稳性C. 大倾角稳性和初稳性D. 静稳性和动稳性·4 按船舶的倾斜方向，将船舶稳性划分为。

A. 横稳性和纵稳性B. 破舱稳性和完整稳性C. 大倾角稳性和初稳性D. 静稳性和动稳性·6 船舶稳性从不同的角度可分为。

A. 破舱稳性和完整稳性B. 初稳性和大倾角稳性C. 动稳性和静稳性D. A、B、C均是·7 船舶倾斜前后，重力和浮力。

A. 大小不等，浮心位置不变B. 大小不等，浮心位置改变C. 大小相等，浮心位置不变D. 大小相等，浮心位置改变·8 船舶受外力作用发生等容微倾时其会发生较明显变化。

题目：高速排水型船姓名：学号：摘要：船舶的阻力主要由粘性阻力和兴波阻力两部分组成。

对于给定航速，粘性阻力与船舶湿表面面积成正比，但船体湿表面面积受到设计用途和船型参数的限制不易改变或改变不大，而在一定的弗汝德数范围内，兴波阻力对船型的变化相当敏感，如适当的修改船体型线，可使兴波阻力显著降低m。

因此，用理论的、实验的以及计算的手段探讨兴波阻力的机理，预估实船的兴波阻力，并以此改造优良的船型，一直是船舶阻力和性能研究的中心的内容之一。

Abstract：The ship's resistance is mainly composed of viscous resistance and wave resistance of two parts. For a given speed, viscosity resistance is proportional to the ship wet surface area, but the ship wet surface area is limited to the design purpose and ship type parameter is not easy to change or change is not big, and within a certain range of the RuDe number, the wave-making resistance of ship form is quite sensitive, such as the appropriate modification hull lines, can significantly reduce the wave-making resistance m. , therefore, the use of theory, experiment and calculation method to explore the mechanism of the wave resistance, estimate the testing result of the wave resistance, and excellent form, has always been the center of the ship resistance and performance study of one of the content.背景：船舶的大型化、高速化是现代水路交通发展的趋势之一，这是运输业追求高效率的必然结果。

高性能船舶船型介绍发布: 2010-3-11 18:07 | 作者: lowellzhu | 来源: 龙de船人[i=s] 本帖最后由lowellzhu 于2010-3-11 18:27 编辑接触高性能船舶时一直不太理解什么是高性能船以及高性能船舶船型的分类，经过翻阅各类书籍及论文，总结一下，供船人参考，并希望专业人士斧正！当前，高性能船舶的研发与推广应用备受国内外造船界的青睐，其船型更是国际著名学者机构研究的热点。

这类船舶种类繁多，新船型层出不穷，日新月异，在各类船舶中是新思想最丰富、最有创新、也最有活力的领域；其高航性、优良的耐波性、低物理场辐射特征、舒适安全性、良好的经济性等性能受到军事和民用领域的极大关注，拥有良好的发展前景依据支持船重的方式和作用原理的差异对高性能船舶船型进行分类，并分别介绍各类船型。

1高性能船舶的分类高性能船舶按其特性可分为气垫船，水翼船，小水线面双体船，多体船，地效翼船，高速单体船等各式各样的显著不同于常规船舶的船型。

而按照支承船重的方式和作用原理差异，把高性能船舶分为：浮力支承型、静态气垫升力支承型、动态升力支承型、复合型。

本文将按照后者分类方式分别对各种高性能船舶的船型进行介绍。

2船型介绍2.1浮力支承型1)高速深V型船船首部横剖面呈深V形，并突出到船体基线的下方，其V形断面比U形断面的船体可以更好的满足适航性的要求。

深V船型具有两种基本的舯剖面形式，即单折角线或双折角线（见下图）。

当要求设计艇有较大内部容积和较低的相对航行速度（低傅氏数）时采用双折线型，而单折角线型的艇则更适合于要求较低的排水量和较高的相对航行速度（较高傅氏数）的情况。

然而，对船舯剖面形式的选择不存在确定性的规则，因为其它的参数也起重要作用。

所以双折角线型也可以应用于快艇，反之亦然。

1.jpg2) 小水线面双体船小水线面双体船基本上由三大部分组成，即水下体(提供浮力)、桥体结构(生活与工作平台)、支柱(星双凸流线形截面，作为前二者之联结体)。

高性能船水动力原理与设计
高性能船是指速度远高于传统船只的船只。

水动力原理是高性能船能够实现高速航行的关键。

高性能船的设计要求船体具备较小的水阻、较高的推进效率、较大的稳定性和控制性能。

水动力原理主要包括船体阻力和推进力。

船体阻力包括摩擦阻力和波浪阻力，推进力则由船舶引进装置提供。

高性能船的设计需要在降低船体阻力方面下足功夫。

船首处应设计成船头尖锐的形状，以使水流被分离，从而减少阻力。

船底和舵应当设计成光滑的曲面，以减少流体摩擦力。

另外，为了减少波浪阻力，应采用船体外形对称的设计。

推进力对高性能船的性能至关重要。

传统的轮式船舶引进装置效率较低，不能满足高性能船快速航行的要求。

因此，水动力推进装置的出现是提升高性能船性能的必然选择。

常见的水动力推进装置包括泵喷推进器、轴流泵、螺旋桨等。

其中，泵喷推进器效率高、推力大、噪音小，已经成为高性能船的主流引进装置。

高性能船的稳定性和控制性能也是设计中需要考虑的因素。

一般来说，高速船船体的纵向稳定性不如传统船只，因此需要采用船体减震、降低船体重心等措施来提升稳定性。

另外，高性能船舵和推进器的控制机构也要设计成高精度、高灵敏度的，为船员提供更快的控制响应，提高控制性能。

综上所述，水动力原理对高性能船的设计具有重要影响，优化船体形状、采用高效的水动力推进装置以及提升稳定性和控制性能等措施将为高性能船的实现提供有力的支持。

“高性能船水动力原理与设计”思考题及部分答案整理1. 何谓高性能船，其特点是什么？答：具有高水平的综合航海性能，以及具有完善的满足其使用要求的船舶功能，这样的船统称为高性能船舶。

特点：航速高；优良的耐波性能；载运能力较大；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境。

2. 高性能船的种类有哪些，其中哪些是排水型船？哪些是水动力支撑？哪些是空气动力支撑？答：小水线面双体船；滑行船；水翼艇；气垫船；地效翼船。

排水型：小水线面双体船；穿浪双体船。

水动力支持：水翼艇。

空气动力支持：气垫船；地效翼船。

3.船型和兴波阻力的关系？P9理论分析和实验表明，在固定的船体参数条件下，舶型的改变对兴波阻力的影响很显著,其中影响最大的是横剖面面积曲线形状，其次是肋骨线型。

船型设计的主要着眼点之一就在于寻求使兴波阻力最小的船型。

对于高性能船，兴波阻力与船体的线型密切相关，其线型设计需要能精确的计算其兴波阻力。

4. 线性兴波阻力理论在船型设计中的作用?当船型参数中船宽B与长度L之比和船宽B与吃水T之比都很小时，就称此船型为薄船，由薄船建立的兴波阻力理论称为薄船理论。

吃水与船长和吃水与船宽的比值都很小的船型称为扁船，由扁船所建立起来的兴波阻力理论称为扁船理论。

对普通的船来说，宽度和吃水与长度相比都很小的，可近似看成细长船；用细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论。

米切尔积分计算兴波阻力。

5.船型的概念，船型包含那些内容？P9所谓船型它包括两个方面的内容：一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数二是船体形状即线型横剖面面积曲线形状(沿船长方向变化)肋骨线型首尾端轮廓线形状。

6. 随体积傅氏数变化，船舶的航态如何变化，如何划分三种典型航态？答：用体积傅氏数表征船舶的相对速度，船在航行时在垂直方向上的平衡关系为：1）排水航行状态:当0<Fr<1，流体动力占的比重极小，航态与静浮时变化不大，这一状态的船统称为排水型船。

2）过渡状态:当1<Fr<3，船首上抬较大，船尾下沉明显，船体明显尾倾，流体动力明显增大，垂向动力不可忽视，排水体积较静浮力时明显减小。

高性能船舶的定义
高性能船舶是为突破常规船舶性能和适应特殊环境要求而开发的，具有某些特殊性能的船舶。

它们具有高航速、浅吃水、耐波性、两栖性，或兼而有之。

这些船舶多为短程高速小型船舶，主要用作内河和沿海客运、交通、观光、游览和救生等。

按作用原理和特性，主要分为气垫船、水翼船、滑行艇、高速单体船、双体船、冲翼艇、飞翼艇等，其中气垫船又分为全垫升式和侧壁式，它们与冲翼艇和飞翼艇同为空气静(动)力支撑船;水翼船又分为割划式水翼船和全浸式水翼船，它们与滑行艇同为水动力支撑;双体船又分为高速双体船和小水线面双体船，它们与单体高速船同为水静力支撑。

来源网络整理，仅供学习参考 1。

高性能船舶------排水式高性能船舶浅谈高性能船是舰船中排水量相对较小而综合性能突出的船舶，从技术内涵来看，高性能船舶是指应用了某一或者几个流体力学支撑原理、航速高于常规船，而其综合航行性能优于常规船的船舶。

其优越的性能主要体现在：快速性、耐波性、操纵性、两栖性、浅吃水性、舒适性、极小物理场等，其中高速性能和优良的耐波性是高性能船的主要关注点，同时也是高性能船有别于其他常规船型的主要特点。

而高性能船舶中，排水式的高性能船主要是指体积傅汝德数在1.0和3.0之间，此时随着航速的提高，航态较静浮状态有明显的变化，船艏上抬较大，船尾下沉明显，整体船体呈现明显的尾倾现象。

在这种状态下，船体的流体动力较正常船舶的排水状态有明显地增大，在艇体垂向支持力中，升力L（公式：）所占的比重加大，而排水体积较正常的船舶静浮时排水体积小，是属于在传统排水型船舶与高性能滑行船舶之间的过渡型船舶，称为高性能排水式船舶。

目前高性能排水式船主要有高速深V船、高速圆舭型快艇、高速双体船、SWATH （小水线面双体船）、WPC（高速穿浪双体船）、和高速多体船等。

高性能排水式的船相比非排水式的高性能船舶（滑行艇、水翼艇、掠海地效应船、气垫船等）在发展上相对滞后，船型的提出也较非排水式的较晚，大约在上世纪七八十年代才陆续从新概念提出到实用发展的阶段过程，还有一个特点就是目前世界现有的排水式高性能船舶实船比非排水式的要少很多，船型的优化、减摇装置的发展、理论的进一步完善都处于发展当中，同时尽管发展的相对较晚，但是发展速度有目共睹，其中高速穿浪双体船的概念仅仅刚提出，在随后的十年当中发展迅猛，澳大利亚等国已把相对成熟的WPC技术应用到了大型船舶当中。

排水式高性能船舶发展之所以如此之快，受人瞩目是有其突出的几个特点的。

这些高性能船舶各具特色，各有优缺点。

如高速单体船的优点是船型、布置、建造等简单方便，在中速时有较高的升阻比，但缺点是在波浪中砰击大，垂向加速度高，稳性差，高速时升阻比小，甲板面积小等。