船舶阻力第5章 船型对阻力的影响

1船舶阻力第五章船型对阻力的影响船型选取是船舶设计的首要环节。在船舶设计中，根据船舶设计任务书的要求，综合考虑船舶的总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等来选定船型。船型与阻力关系密切。尤其对兴波阻力而言，船型的微小变化会对兴波阻力产生大的影响。研究船型与阻力的关系对设计优良的低阻船型具有非常重要的意义。2§5-1船型对阻力影响的基本概念一、船型分类及其主要阻力成分1、低速船：Fr0.20，兴波阻力很小，设计时主要考虑减小粘性阻力，形状比较肥大。2、中速船：0.20Fr0.30，兴波阻力较小，设计时既考虑减小兴波阻力，又要防止其它阻力成分增大，船型适当趋于瘦削。3、高速船：0.30Fr，兴波阻力比较大，设计时要减小兴波阻力，船型比较瘦长。3二、比较影响阻力的船型参数1、主尺度比：长宽比、宽度吃水比、吃水长度比。2、船型系数：方形系数、菱形系数、船中横剖面系数和排水体积长度系数等。3、船体形状：横剖面面积曲线形状、满载水线面曲线和船体首尾形状。4§5-2船体主尺度的影响一、排水量长度系数对阻力的影响排水量长度系数又称修长系数，表示船舶的瘦长程度。该系数大，意味着同样船长范围内分布着更多的排水量。它包含排水量和船长两个变量。51、排水量一定，修长系数减小对阻力的影响1）对摩擦阻力的影响62）对剩余阻力的影响73）对总阻力的影响8选择船长必须考虑：1、布置要求2、阻力性能3、操纵性4、经济性92、船长一定，修长系数增大对阻力的影响1）对摩擦阻力的影响102）对剩余阻力的影响113）对总阻力的影响12二、宽度吃水比对阻力的影响1对摩擦阻力的影响132）对剩余阻力的影响143）对总阻力的影响15§5-3主要船型系数的影响一、菱形系数对阻力的影响1、菱形系数对摩擦阻力的影响162、菱形系数对剩余阻力的影响17•3、结论•由上分析可知，棱形系数的变化将改变船型，因而对兴波阻力产生不同的影响。由于不同航速时兴波情况不同，所以从阻力观点来看，所要求的CP值是不同的。•在整个速度范围内可以得出一条最佳棱形系数曲线。•4、经验公式确定棱形系数18二、船中横剖面系数的影响•1、对阻力的影响•根据泰洛试验结果知，Cm很大的范围内变化，不但对湿面积影响不大，即对摩擦阻力影响不大，而且其剩余阻力的差别也很小。•2、Cm值的选取•Cm值的选取实际上是取决于方形系数，高速船由于希望有较小的Cm值。1920三方形系数对阻力的影响21§5-4横剖面面积曲线形状的影响一、浮心纵向位置的影响•浮心纵向位置即横剖面面积曲线所围面积的形心纵向位置。•它表示排水体积对于船中分布不对称的程度。浮心离船中越后，表示船尾部越肥，船首部越瘦；反之，浮心离船中超前则表示尾部越瘦，首部越肥。221、浮心纵向位置对阻力的影响•浮心纵向位置的改变对船体湿面积影响不大，故对摩擦阻力影响很小，然而对剩余阻力的影响比较大。232、浮心纵向位置的选择•由于浮心纵向位置的变化会引起粘压阻力和兴波阻力完全不同的变化，为此应该根据各类船舶的各阻力成分所占的比重不同选取相应的浮心纵向坐标值。•1）低速船：浮心纵向位置在船中前为宜；•2）中速船：浮心位置应适当移向船中部；•3）高速船：浮心位置取在船中后为宜。24二、平行中体长度和位置的影响•采用平行中体可以简化施工工艺，降低造价。同时又能增加舱容，满足船的载重量要求。此外，有时对阻力性能产生有利影响。•随着航速增高，设置平行中体对阻力性能的有利因素将下降，不利因素增加，故平行中体长度随之缩短，直至达到某一航速时，完全不宜采用平行中体。由此可得结论：最佳平行中体长度主要与船速有关。25三、横剖面面积曲线两端形状的影响•低速船：两端宜为直线形；•中速船：前端宜取微凹或凹形，后端直线或微凹•高速肥：两端宜取直线或微凸。26§5-5满载水线形状的影响27§5-6首尾端性形状的影响一、船首柱尾柱形状二、船尾柱尾柱形状281）垂直式船首当航行过程中产生尾倾时，首柱将向后倾倒。目前不采用。292）斜直式船首有力于减小纵摇和升沉运动，可增加甲板面积，有利于甲板机械的布置，也比较美观。目前多采用。303）倾斜式船首有力于减小纵摇，降低波浪中的阻力增值，可增加甲板面积，改善淹湿性，也比较美观。314）球鼻船首有力于减小兴波阻力、破波阻力和舭涡阻力。大型船舶采用者很多。但制造工艺较复杂，对首锚的使用也有影响。325）飞剪式船首336）破冰式船首此船首用于破冰船34球鼻首的减阻机理：1、减小兴波阻力2、减小破波阻力3、减小舭涡阻力35球鼻首的形状36371椭圆形尾因船尾甲板成椭圆形而得名。以往民船多采用，现已被巡洋舰尾代替。二、船尾柱尾柱形状38•巡洋舰型船艉将满载水线附近的尾部水线向后作适当延长，增加了水线长度，有利于减小兴波阻力和粘性阻力。尾部甲板面积增大，有利于增加初稳性，并便于布置舵机，对螺旋桨和舵具有保护作用．可提高推进效率，且尾部容积较大，有利于布置传动机械及工作舱室，可以减小尾倾和尾部拍击现象。2巡洋舰尾39因水线面的尾部形状接近方形而得名。形成“虚长度”，在不增大湿表面积的前提下，增大了设计水线长，即摩擦阻力不增大的前提下，减小了剩余阻力。3方尾4041•Fr0.4的水面舰船多采用巡洋舰尾和方尾。•Fr0.4的高速水面舰船多采用方尾，特别是快艇和驱逐舰均采用方尾，故也称之为驱逐舰式船尾。•高速船舶采用方尾有利于减小阻力，提高航速。还有利于提高横稳性，有利于舵机、深水炸弹、水雷的布置。