船舶阻力学知识点
船舶阻力复习
船舶阻⼒复习船舶阻⼒⼀总论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。
船舶阻力第二章
三、1957ITTC公式
Cf
0.075 (lg Re 2)2
（中）
1957ITTC认为在低雷诺数时偏小
比较：
1957ITTC公式在低雷诺数时数值比较大
1957ITTC公式形式上与休斯相近，约大12.5﹪
桑海公式和柏兰特-许立汀公式形式和数值均比较相近 2.0—2.5﹪
§2.2 摩擦阻力系数计算公式
§2.2 摩擦阻力系数计算公式
一、光滑平板层流摩擦阻力系数公式
Cf Rf
1 2
v2S
1.328
1
Re 2
Blasius 精确解
应用范围 Rex (3.5 ~ 5.0) 105 船雷诺数 4.0106 Rex 3.0109
紊流状态 无法使用
§2.2 摩擦阻力系数计算公式
比较：公式（1）、（2） 平板拖曳试验结果，
未考虑几何相似，有限展弦比
公式（3） ——二因次无限大展弦比
§2.2 摩擦阻力系数计算公式
3、平板摩擦阻力系数普遍公式——Landweber
A ln Re 2
1A
A A
Cf
2 ln C f
2
2
C f 常数
C f
105 ks
/
1
L3
0.64 103
第2章 粘性阻力
§2.1 边界层和摩擦阻力
一、平板边界层
粘性
流速差异
1、边界层厚度δ：与流速v、长度x、粘性 有关
局部雷诺数 Rex vx /
v、x 一定，Rex大，粘性作用小， δ 小
§2.1 边界层和摩擦阻力
船舶阻力
1.船舶受力：1地球引力2浮力3流体动力4推进器推力2.船舶阻力：船舶受到流体作用在船舶运动相反方向上的力3.船舶阻力+传播推进=快速性船舶快速性：尽可能消耗较少的主机功率以维持一定航速的能力4.船舶性能：稳性、浮性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性5.船舶阻力曲线：船舶阻力随航速变化的曲线6.1海里/时（节）=1.852公里/时=0.5144m/s1米/秒=3.6km/h=1.942节雷诺数：Re=u L/V 长度弗劳德数：体积弗劳德数：gL UFr =水深弗劳德数：31.∇=∇g U Fr hg U Fr h .=7.船舶航态：1排水航行状态Fr<1.02过渡状态1.0<Fr <3.0(护卫、巡逻、高速双体、V 型快船)3滑行状态Fr>3.08.排水型船舶：低速船（Fr<0.2）中速（0.2<Fr<0.3）高速(Fr>0.3)9.随体坐标系：固接于船体上的坐标系10.航道：1深水航道2限制航道（a 浅水航道水深b 狭窄航道水深宽度）11.船舶阻力：1水阻力（a 静水阻力b 汹涛阻力）2空气阻力12.船体阻力R t ：1摩擦阻力R f 2剩余阻力R r （a 粘压阻力F pv b 兴波阻力F w ）13.湿表面积：船舶处于正浮状态时水线以下裸船体与水接触处表面积14.船体周围流场：主流区、边界层、边界层和由于边界层分离产生的漩涡区15.1摩擦阻力：船舶表面的剪切应力在船舶运动方向上的投影沿船体表面积分所得合力（能量观点）：就某一封闭区，当船在静水中航行，由于粘性作用会带动一部分水运动（边界层），为携带它运动，船体不断提供能量给水，产生摩擦阻力。
2粘压阻力（形状阻力或漩涡阻力）：由于粘性作用，船体前后压力不对称产生压力差即为粘压阻力（能量观点）：船尾部形成漩涡要消耗能量，一部分能量被冲向船后方的同时，在船艉部又持续不断的产生漩涡，船体不断为流体提供能量，这部分能量消耗就是粘压阻力表现形式3兴波阻力：由于船体兴波导致船体压力前后分布不对称而产生的与船体运动方向相反的压力差，成为兴波阻力16.形状效应：船体表面弯曲影响使其摩擦阻力与相当平板计算所得结果的差别17.相当平板理论：假设具有相同长度，相同运动速度和湿表面积的船体和平板的摩擦力相同18.污底：海洋中的生物附着在船体表面，增加船体表面的粗糙度，使阻力增加很大19.船体表面粗糙度：1普通粗糙度：油漆面粗糙度，壳板平面2局部粗糙度：结构粗糙度20.减小摩擦阻力的方法：1减小湿表面积。
船舶水中航行主要阻力
船舶水中航行主要阻力船舶水中航行主要阻力导言船舶的运动是受到水的阻力的，而水中阻力是由于流体粘性和惯性作用引起的。
在船舶水中航行时，主要阻力有摩擦阻力、波浪阻力和空气阻力。
本文将详细介绍这三种主要阻力。
一、摩擦阻力1. 摩擦阻力的定义摩擦阻力是指流体与物体表面接触时，由于两者之间存在相对运动而产生的摩擦作用所引起的一种阻碍物体运动的现象。
2. 摩擦系数摩擦系数是指单位面积上所受到的摩擦力与单位面积上所受到的压强之比。
它是一个无量纲量，通常用Greek字母μ来表示。
3. 摩擦系数与表面粗糙度表面粗糙度对于摩擦系数很重要。
表面越光滑，则摩擦系数越小；表面越粗糙，则摩擦系数越大。
4. 影响因素影响摩擦阻力的因素有：物体表面的粗糙度、流体的粘性、物体表面积、流体速度等。
二、波浪阻力1. 波浪阻力的定义波浪阻力是指船舶在水中航行时，由于波浪对船体产生的作用而引起的一种阻碍物体运动的现象。
2. 影响因素影响波浪阻力的因素有：船型、载重量、速度等。
3. 减小波浪阻力的方法减小波浪阻力可以采取以下方法：改进船型设计、减少载重量、降低航速等。
三、空气阻力1. 空气阻力的定义空气阻力是指风对物体产生作用而引起的一种阻碍物体运动的现象。
2. 影响因素影响空气阻力的因素有：风速、物体形状和表面粗糙度等。
3. 减小空气阻力的方法减小空气阻力可以采取以下方法：改进物体形状设计，增加表面光滑度，降低风速等。
结语综上所述，摩擦阻力、波浪阻力和空气阻力是船舶水中航行时主要的阻力。
减小这些阻力可以提高船舶的速度和效率，因此在设计船型和选择载重量等方面需要考虑这些因素。
知识点二 船舶的阻力-PPT课件
附加阻力
• 汹涛阻力
船舶阻力也会由于风、浪和船身的剧烈摇摆运动的影响而增加。顶浪航行 时，一般船舶总阻力比静水状态增加50%～100%。
• 空气阻力
空气阻力指在静水状态下（3级风以下），船舶水上部分对空气的相对运动产 生的阻力。一般来说，空气阻力与船速的平方以及船体水线以上部分正投影面 积成正比。一般情况下，空气阻力通常占总阻力的2%～4%左右，但集装箱船由 于其船体水线以上部分正投影面积较大，且船速较高，其空气阻力占总阻力的 比例可达10%。 附加阻力的大小与风浪大小、船体污底轻重及航道浅窄有关。
附加阻力
指船舶营运过程中由于船舶附体的增加、船体表面粗糙 度、海况、风以及海流等引起的船舶阻力增量。附加阻 力包括： • （1）附体阻力 • （2）坞底阻力 • （3）汹涛阻力 • （4）空气阻力
附加阻力
• 附体阻力
指由于舵、舭龙骨及轴包架等附体对水运动而增加的部分阻力。
• 坞底阻力
船舶营运过程中，船壳板上漆层的脱落、海生物的生长都会使船体表面变为粗 糙，意味着船舶摩擦阻力的增加。这种船体表面粗糙度的增大，在整个船舶使 用寿命期间可能使总阻力增加25%～50%。有关数据显示，每米长度的粗糙度厚 度为25μm时，船速降低1%。
船舶阻力的构成
• 营运中的船舶所受的阻力总量RT由基本阻力R0和附加阻力 △R两部分构成。 船舶阻力表示为：
RT=R0+ΔR
基本阻力
• 基本阻力是指新出坞的裸船体（不包括附属体）在平 静水面行驶时对船体产生的阻力。由摩擦阻力、兴波 阻力、涡流阻力三部分组成，即
R0=RF+RW+RE
基本阻力
• 摩的阻力
船舶的阻力
• 船舶在水面上以一定的航速航行，船舶必须依靠主机 发出的功率，驱动推进器产生推力，从而克服船舶本 身所受的各种阻力。
船舶原理-船舶阻力
拖曳水池
Froude(傅汝德） 1871年 2783610英尺
上海交大
11063 米
708所
7552.5 米
702所
474147 米
试验性质
• 校核试验 • 变参数试验 • 系列试验
试验种类
• 阻力试验 （无螺旋桨） • 自航试验
Slide 9
实船试验
鉴定船舶的各种性能是否达到设计要求，并 同船模试验比较，分析尺度效应的影响，验证船 模试验结果的准确性。但是由于经济原因和测试 的困难，除新船试验外很少进行。
2
mm
Sm
Frm Frs m s
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Crs
1 2
s s 2
SsLm Ls
Sm
Crs
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Sm Ss
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Crm
Crs Crm
Crs Crm Ctm C fm
实验测定 平板公式
Cts Cfs Ctm Cfm
Froude假定的问题点 ①忽略相互干涉
Slide 10
理论分析
应用流体力学的理论，建立解决问题的基本 数学模型，对一些复杂问题减化为简单的情况， 抓出问题的本质，给出一些指导性的定性结果。
Slide 11
CFD(Computational Fluid Dynamics) 数值模拟
利用计算机，根据数学模型，采用数值方法，模 拟船体航行时的流场，阻力性能等，与模型试验进行 比较，预报船舶航行性能。
Slide 6
研究方法
试验方法
• 模型试验 • 实船试验
理论计算分析
• 理论分析 物理概念 简单分析 • 计算分析 CFD （Computational
船舶阻力
第一章 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。
加2.船体阻力的分类： a 、船舶周围流动现象和产生的原因来分类 R t ＝ R w + R f + R pvb 、按作用在船体表面上的流体作用力的方向来分类 R t = R f + R p C 、按流体性质分类 Rt=Rw+Rv ，其中，Rv=Rf+Rpv d.付汝德分类 Rt=Rf+Rr ，其中，Rr=Rw+Rvp 2.什么叫力学相似？ 两物系任一对应里成比例，所有涉及的力有惯性力，粘性力，重力。
3.付汝德相似的条件是什么？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？ 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？当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数必相等。
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，则要满足全相似条件，除非即而且，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。
第二章 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。
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(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。
船舶阻力阻力讲解
Ce
1 2
Sv 2
2. 与速度之间关系 Re v2
3. 占总阻力百分比 4. 影响因素
Re / R0 5 10%左右
船形（尾部形状）inf；
速度；粘性；
涡流阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
Re
Ce
1 2
Sv 2
vs
R
vs
尾部形状对涡流阻力的影响
流线体
敞水桨收到功率 PD MQ
推进功率
PT T vA
W T
vA
vs
R X
有效功率 PT
T
PE R vs
PD n
T
P'D
n 主轴
PM
R PE
推力 轴承
主机
传送效率
主机功率PM
传递效率
S
船后桨收到功率P‘D
PD
M
Q
相对旋转
R
敞水桨收到功率PD
敞水桨
P
PD MQ
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
vs
R
Rw
Cw
1 2
Sv2
vs
2. 船行波
1. 首波系
– 横波 – 散波
2. 尾波系
– 横波 – 散波
球鼻首作用
§8.3 相似定律
一． 相似准则inf 二． 流体力的一般表达式inf 三． 雷诺相似定律inf 四． 傅汝德相似定律inf 五． 基本阻力全相似条件inf 六． 傅汝德假设inf
W
vs
船舶阻力第3章-兴波阻力
§3-2 船舶兴波阻力特征
一、兴波阻力与波浪参数旳关系
当船舶航行时，整个船波随船体一起迈进，所 以船波旳传播速度与船速相等。根据能量守恒 ，船体所供给旳波浪能量等于兴波阻力所做旳 功，根据波浪理论有：
关系：兴波阻力与波高平方和波宽成正比关系 。当船舶航行旳兴波波高增大时，兴波阻力必 然急剧增大。
船舶阻力第三章 兴波阻力
1、兴波阻力旳概念
船舶在水面上运动时会扰动周围旳水从而使船 体周围旳流体压力分布发生变化，兴起波浪。 这种因为船体兴波造成旳船体前后压力分布不 对称而产生旳船舶运动方向上旳压差力称为兴 波阻力。
从能量旳观点，因兴波要消耗能量，船体要对 水做功，根据力作用力与反作用力原理，水对 船体旳反作用力旳水平分量就是兴波阻力。
18
阐明一：势流理论研究中，因为忽视了粘性旳 影响，造成有些势流理论措施旳计算成果普遍 出现兴波阻力系数曲线旳峰谷夸张等现象。有 研究者解释，是因为势流理论夸张了波旳干扰 现象。为了弥补势流理论旳不足，研究者们探 讨了粘性对兴波阻力旳影响。
阐明二：因为既有旳粘流理论、数值计算措施 等旳不完善以及计算机硬件和软件旳限制，目 前自由表面形状模拟成果不如势流理论。同步 粘流所用旳旳时间远比势流理论多旳多，目前 粘流模拟还没有到达较为成熟旳工程合用阶段
1
2、注意：这里所说旳兴波和兴波阻力是指船舶 在静止水面上运动时，因为本身运动而产生旳 兴涉及兴波阻力，不涉及外界如过往旳船只、 阵风等作用在水面上兴起旳波而产生旳阻力。
3、研究兴波阻力旳主要性
兴波阻力在船舶阻力中占有主要位置。一般兴 波越大，兴波阻力就越大，同步兴波对堤坝等 构造物和过往船只等产生冲击作用。兴波阻力 随航速旳增高而增大，对于高速船，兴波阻力 占总阻力旳二分之一左右。
关于船舶阻力
船舶阻力
船舶阻力是指船舶在航行或静止时所受到的抵抗力，它对船舶运行速度和能耗有重要影响。
船舶阻力可以分为以下几种类型：
1.摩擦阻力：摩擦阻力是由于水流与船体表面摩擦产生的阻
力。
摩擦阻力与船体湿表面积、水流速度和船体表面粗糙
度等因素有关。
2.波浪阻力：波浪阻力是由于船舶行驶时所产生的波浪系统
引起的阻力。
这种阻力与船体速度、船体几何形状和波浪
特性等因素有关。
3.空气阻力：空气阻力是指船舶行驶时，船载货物、船舶部
件和船体上的空气动力学阻力。
空气阻力与风速、风向和
船舶的形状等因素有关。
4.波浪侧倾阻力：波浪侧倾阻力是由于船舶行驶时，波浪在
船体两侧产生的侧倾效应引起的阻力。
这种阻力与船体速
度、船体宽度和波浪特性等因素有关。
5.加速度阻力：加速度阻力是由于船舶改变运动状态时所产
生的阻力。
这种阻力与船舶质量、船速改变率和推进装置
性能等因素有关。
船舶阻力的准确计算对于船舶设计和运行至关重要。
船舶设计师和工程师通常采用数值模拟、实验测试和经验公式等方法来估算和优化船舶阻力，以提高船舶的运行效率和节能性。
船舶阻力要点
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=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=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。
船舶阻力第一章资料
T Lv1 g vT 1 L1 v2
1 Rw / v2 L2 Rw / 0.5v2S Cw
兴波阻力系数
2 g / v2 L1 gL / v2 1 / Fr 2 Fr v / gL
傅汝德数
根据定律 1 2
Cw Rw / 0.5v2S 1/ Fr2 f Fr
§1.3 阻力相似定律
1 Rv / v2 L2 Rv / 0.5v2S Cv 粘性阻力系数
vL 2 / vL 1 / Re
根据定律 1 2
Cv Rv / 0.5v2S 1/ Re f Re
§1.3 阻力相似定律
雷诺定律
1. 对于一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关， 当雷诺数相同时，则粘性阻力系数必相同；
§1.3 阻力相似定律
由傅汝德定律
Rws / s Rwm / m
Cwm Cws
Rwm / 0.5mvm2Sm Rws / 0.5svs2Ss
Rws Rwm svs2Ss / mvm2Sm
因为： 形似船 vs2 / vm2 相应速度 Ss / Sm 2
Rws Rwmsvs2Ss / mvm2Sm Rwm s / m 3
粘压阻力：由于水的粘性和船体曲度变化，会产生旋涡、
边界层等情况改变了沿船体表面压力分布，引起船体 前后压力不平衡而产生的阻力为粘压阻力。
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
2、船体阻力分类 Rt Rw R f Rpv 按成因分： 按流体作用力方向分： 压力（兴波、旋涡） 切向力（摩擦） 合力：Rt Rf Rp 按流体性质分：
2 / vL 1 / Re 3 g / vL1 1 / Fr 2
总阻力系数
§1.3 阻力相似定律
根据定律 1 2、3
船舶阻力——精选推荐
船舶阻⼒船舶阻⼒：第⼀章1.船舶快速性：在给定主机功率时，表征航速⾼低的⼀种性能。
2.船舶阻⼒研究⽅法：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3.推进部分：研究克服阻⼒的推进器及其与船体间的相互作⽤以及船机桨的配合问题。
4.研究船舶快速性的⽅法：理论研究⽅法，实验⽅法，数值模拟。
5.船舶阻⼒：⽔阻⼒、空⽓阻⼒。
⽔阻⼒：静⽔阻⼒、汹涛阻⼒。
静⽔阻⼒：裸船体阻⼒、附体阻⼒。
附加阻⼒：附体阻⼒、汹涛阻⼒、空⽓阻⼒。
船舶阻⼒：裸船体阻⼒、附加阻⼒。
6.船舶总阻⼒R t：摩擦阻⼒R f，压阻⼒R p。
压阻⼒R p：粘压阻⼒R pv，兴波阻⼒R w。
粘性阻⼒R v：摩擦阻⼒R f，粘压阻⼒R pv。
船体总阻⼒R t：粘性阻⼒R v，兴波阻⼒R w。
7.R t=R w+R f+R pv8.对于R pv的处理：（1）R pv +R w=R r剩余阻⼒（2）R pv +R f=R v（粘性阻⼒），则有R t=（1+k）R f+ R w9.阻⼒相似定律：（1）粘性阻⼒相似定律----雷诺定律-------C r=f（Re）对于⼀定形状的物体，粘性阻⼒系数仅与雷诺数有关，当Re相同时，两形似物体的粘性系数必相等。
10.兴波阻⼒相似定律----傅汝德定律-----C w=f（Fr）对于给定船型的兴波阻⼒系数仅是Fr的函数，当两形似船的Fr相等时，兴波阻⼒系数必相等，称为傅汝德定律。
形似船：仅⼤⼩不同，形状完全相似（即⼏何相似）的船舶之间的统称。
傅汝德⽐较定律：形似船在相应速度时（或相同Fr数），单位排⽔量兴波阻⼒必相等。
11.船体总阻⼒相似定律----全相似定律------C t=f（Re，Fr）---可得，⽔⾯船舶的总阻⼒系数是雷诺数和傅汝德数的函数。
第⼆章粘性阻⼒1. 相当平板假定：实船和船模的摩擦阻⼒分别等于与其同速度，同长度，同湿表⾯积的光滑平板的摩擦阻⼒。
3. ⼀般船舶的雷诺数在，其对应的流动状态是湍流边界层。
第七章 船舶阻力9.30
第七章 船舶阻力船舶快速性:船舶消耗较小功率，维持一定航行速度的性能。
由船舶阻力和船舶推进两部分组成。
第一节 船舶阻力的分类及成因船舶阻力构成：空气阻力仅占其总阻力的2％～4％一、船体阻力的分类及成因1.按产生阻力的物理性质分类t w f pv R R R R =++船体总阻力=兴波阻力+摩擦阻力+粘压阻力(漩涡阻力)1）兴波阻力的成因：根据伯努利方程，当水流流经船体时，随着船长方向流速的变化，水面高度也会起变化。
在船舶首尾两端的速度最低处，产生水位上升，而在船体中部速度最高区域内，产生水位下降，这就是形成船波的原因。
伯努利方程：g u g p Z g u g p Z 2//2//22222111++=++ρρ首横波自首柱后一波峰开始，尾横波自尾柱前一波谷开始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。
这种由兴波引起压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力。
从能量观点来解释。
船行波必具有一定能量，这个能量只能由船舶克服流体阻力作功而转化出来，波浪的存在正说明了兴波阻力的存在。
2）摩擦阻力的成因：由于流体的粘性，水质点沿着船体表面运动，构成了阻碍船舶运动的力。
3）粘压阻力的成因：理想流体（无黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化水质点远处为V =V 0，接近A 点V 逐渐变小，到达A 点V =0，过A 点分流向后V 逐渐增大，到达C 点，V 达到最大值V 理，过C 点V 逐渐变小，到达B点V =0支流汇合，离开B 点V 逐渐增大恢复为V 0。
压力分布如曲线I.作用在前后体上的合力相等，阻力为零。
实际流体（有黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化由于黏性形成边界层（流速受到影响的水层）。
当水质点到达C 点，V 达到最大值V 实＜V 理，由于动能较小，到达D 点V =0,过D 点在压力差的作用下水质点回流，形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。
旋涡的产生使船尾部压力降低，从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化，即加大了船首尾压力差（压力分布如曲线Ⅲ）产生了阻力。
船舶阻力第1章 总论
一、船舶快速性的含义 船舶的航速主要和所受到的阻力、主机功率的 大小和推进效率高低有关。 船舶快速性的含义是：对一定的船舶在给定主 机功率时，能达到的航速较高者，谓之快速性 好，反之为差。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，谓之快速性 好，反之为差。
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三、船体总阻力相似定律（全相似定律）
上式共有6个有量纲的物理量。根据流体力学定 律，取质量、长度、速度三个量作为基本物理 量，则其它两个物理量的量纲表达式为：
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结论：水面舰船的总阻力系数是雷诺数和傅汝 德数的函数；若能使实船和船模的雷诺数和傅 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，故称为全相似定律。
上式共有5个有量纲的物理量
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根据流体力学定律，取质量、长度、速度三个 量作为基本物理量，则其它两个物理量的量纲 表达式为：
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结论：对于一定形状的物体，粘性阻力系数仅 与雷诺数有关，当雷诺数相等时，两形似物体 的粘性阻力系数必相等，称为雷诺定律。 11
二、兴波阻力相似定律（傅汝德定律）
上式共有5个有量纲的物理量。根据流体力学定 律，取质量、长度、速度三个量作为基本物理 量，则其它两个物理量的量纲表达式为：
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由于空气密度约为水密度的1/800，故空气阻力 远小于水阻力，水阻力是船舶阻力的主要成分 。而水阻力中船体阻力是本书研究的重点。
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二、船体阻力划分 1、按产生阻力的物理现象分类
2、按作用力ห้องสมุดไป่ตู้方向分类
3、按流体性质分类
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4、傅汝德阻力分类
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§1-3 阻力相似定律
船舶阻力介绍
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。
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个增加量就越大，若L/B越大，则增加量就越小。引入
形状效应修正因子kt，则船体表面的摩擦阻力可定义
为： Rf=kt.Cf.0.5pv2s
船体弯曲度对摩擦阻力影响不显著，故一般认为想通过改变船体线形的办法来减小摩擦阻力，其效果是不大的
实践证明，船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响是很显著的。船体表面粗糙度可分成两类：普遍粗糙度和局部粗糙度。普遍粗糙度，又称漆面粗糙度，主要是油漆面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平等。局部粗糙度又称结构粗糙度，主要为焊缝、铆钉、开孔以及突出物等粗糙度。
破波阻力：低速丰满船型，在船首附近观察到破浪，使阻力有所增加，增加的阻力称为破波阻力。
由§1-2中傅汝德定律知，对给定船型，船体兴波阻力系数仅仅是傅汝德数的函数。今由(3-21)式知，Cw与傅汝德数Fr的4次方成比例。应该指出：该式虽然是以平面进行波来处理船行波所得到的结果，但对分析兴波阻力还是有意义的。
Cf=f'(Re)
平板摩擦阻力系数Cf仅是雷诺数的函数，当雷诺数相同时，不同平板的摩擦阻力系数必相等
影响兴波阻力的物理量是 ρ，L，υ 和重力加速度g
Cw = f (Fr) Fr=v/(gL)0.5
由上式知，对于给定船型的兴波阻力系数仅是傅汝德数的
函数，当两船的Fr 相等时，兴波阻力系数Cw必相等，这称
B.边界层控制：喷射流体：增加层流，减小紊流c聚合物减阻力：喷射高分子化合物，成本高，污染d特殊船：气垫船，水翼艇e仿生：鱼鳞，鱼鳍
船舶兴波分为两类：
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。
ζ = A cos(kx －ωt)
紊流 Re＜2×107时，n = 7 Cf=0.074/Re(0.2)
Re＞2×107.............
1957 ITTC公式
Cf=0.075/(lgRe-2)2
过渡流平板摩擦阻力系数公式
Cf=0.455/(lgRe)2.58 -1700/Re
当水流流经具有纵向弯曲的船体表面时，水流的平均速度有所增加。既然纵向弯曲表面的水流之平均相对速度较平板情况为大，其平均边界层厚度必较薄。这将导致速度梯度和摩擦阻力增大。
船体表面的粗糙度，阻力增加很大，这种现象称为污
底。
减小摩擦阻力的方法
首先从船体设计本身考虑。由于摩擦阻力
的大小正比于船体浸湿面积，因此船型参数
的选择，特别是主尺度的确定要恰当。
其次，由于船体表面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
b、按作用在船体表面上的流体作用力的方向来分类
R t பைடு நூலகம் R f + R p
C、按流体性质分类
摩擦阻力 Rf …………
总阻力 Rt 粘性阻力 Rv
为傅汝德定律。
显然，对于不同船型而言，兴波阻力系数Cw除与Fr数有关
外，还将因船型变化而发生变化。
形似船是指仅大小不同，而形状完全相似(几何相似）的船舶之间的统称，如实船和船模即即为形似船
若能使实船和船模的雷诺数和傅汝德数同时相等，就称为全相似。满足全相似条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，故称为全相似定律。
粘压阻力 Rpv
压阻力 Rp Rt
兴波阻力 Rw ……………
湍流状态： Rex ＞3.0×106
层流边界层： δ = 5.2 Rex(-0.5).x 紊流边界层： δ = 0.0598x/(lgRex-3.107)
层流 勃拉齐公式 :
Cf=Rf/0.5pv2S=1.328Re(-0.5)
其对应的雷诺数范围为：Re＜(3.5~5.0)×105
巴甫米尔给出的估算粘压阻力系数Cpv的近似公式，同样可以说明粘压阻力主要受船的后体形状影响
降低粘压阻力的船型要求
具体要求是：
(1) 应注意船的后体形状
(2) 应避免船体曲率变化过大
(3) 前体线型亦应予以适当注意
长度（尺度）效应：模型与实船之间的绝对尺度不同，不可能做完全相似试验。引起力、力矩、等系数的差别称为尺度效应。
根据边界层理论中界层内部压力等于其外缘压
力的假定，平板边界以内纵向压力处处相等，而船
体边界层内则存在纵向压力梯度。即首部压力高，
中部较低而尾部又相应有所升高。由于流体的粘性
作用，在这种纵向压力分布情况下，不管尾部是否
出现界层分离，均使尾部的压力较首部压力有所下
降。因而船体不但受到摩擦阻力，而且还将受到粘
对一定船型：
Ct = f (Re，Fr)
R t = R f + R r
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。
层流状态： Rex ＜(3.5~5.0)×105
过渡流： (3.5~5.0)×105 ＜ Rex ＜3.0×106
4.高速排水型艇安装消波水翼
二、应用不同设计概念减小兴波阻力
1．双体和多体船设计概念
2．使船体抬出水面设计概念
3．船体下潜设计概念
4. 复合设计概念
．破波阻力的特性
1) 破波阻力产生的条件是必须存在自由表面。
(2) 破波阻力随Fr增大而增加。
(3) 对于同一丰满船型，在同样航速时，压载情
船体横向弯曲的影响与纵向弯曲情况相同。
船体表面弯曲度的另一个影响方面是由于弯曲表面易发生边界层分离以致产生旋涡。旋涡区的出现不但改变了外部流线，且旋涡区的水流速度较低，该处的摩擦阻力随之减小。
由此可见，船体弯曲表面的影响相当复杂，傅汝德假定具有一定的近似性。由于船体弯曲表面影响使其摩擦阻力与相当平板计算所得结果的差别称为形状效应。
粘压阻力与摩擦阻力系数之比为一常数k。K为形状系数。（k+1) 为形状因子
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。
由于船体弯曲表面影响使其摩擦阻力与相当平板计算所得结果的差别称为形状效应。
总的摩擦阻力系数可取为光滑平板摩擦阻力系数Cf再加上一个与雷诺数无关的粗糙度补贴系数ΔCf 。 我国取ΔCf = 0.4×10-3。
根据大量的试验结果，贝克指出：要避免产生大量旋涡，在设计线型时必须注意下列两条经验：
(1) 船体后体长度Lr，又称去流段长度。它应满足Lr ≥4.08 (Am)0.5。Am中横剖面积
(2) 船的后体收缩要缓和。具体要求是：对不同航速范围的船舶，其船尾水线与中线之间的夹角应随航速增大而减小。
R t ＝ f 1 (υs ) P e ＝ R t ·υs
根据分析，认为粘性阻力Rv 与水的质量密度ρ、物体长度L、速度V、水的运动粘性系数ν有关
Re = LV/ν Cave = f (Re )
对一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关，当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数必相等
压阻力。
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。这样，当已知船的水线长Lwl，航速Vs，及湿表
面积S就可以利用平板摩擦阻力公式来计算船体摩擦阻
力。Rf=0.5Cfpv2s
不少人认为，船体弯曲表面的摩擦阻力较平板时
有所增加是由于船体表面纵向曲率引起的，因此其摩
① 船舶于航行时所遭受的阻力要小，即所谓优良线型的选择问题；
② 选择推力足够，且效率高的推进器；
③ 选取合适的主机；
④ 推进器与船体和主机之间协调一致。
研究方法
1．理论研究方法
2．试验方法
3．数值模拟
1．船体绕流物理现象与阻力成因
其一，船体在运动过程中兴起波浪，简称兴波（R w）。
阻力。
此外，还有不少试验性质的先进方法
减小摩擦阻力的方法——a减小湿表面积：减小L/B，减小附体面积
B.边界层控制：喷射流体：增加层流，减小紊流c聚合物减阻力：喷射高分子化合物，成本高，污染d特殊船：气垫船，水翼艇e仿生：鱼鳞，鱼鳍
由粘性消耗水质点的动能引起的首尾压
力差而产生的阻力称为粘压阻力
况的破波阻力要比满载时为大。
快速性的含义是：对一定的船舶在给定主机功率时，能达到的航速较高者，谓之快速性好，反之为差；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，谓之快速性好，反之则否。
船舶在航行过程中会受到流体（水与空气）阻止它前进的力，这种与船体运动方向相反的作用力称为船的阻力。
在船舶设计中应当从下述四个方面来考虑对快速性的要求：
(3) 当q 为任意分数时，两波相位差为2πq，出现一般干扰。
F不利干扰：首尾横波波谷叠加，使合成波波幅增大，导致波能增大，使兴波阻力增大，产生不利干扰。
G有利干扰：首波波峰在船尾与尾波波谷叠加，使合成波波幅减小，导致波能减小，使兴波阻力减小，产生有利干扰。
E相当速度：是指形似船之间，为了保证傅汝德数Fr相等，它们的速度必须满足一定的对应关系，对船模与实船——
由(3-20)式知，兴波阻力Rw与υ6次方成比例，由此可看出，随船速增加，兴波阻力将很快增加，同时说明对低速船而言，兴波阻力在总阻力中所占比例很小，而对高速船来说，兴波阻力将占很大的比例。
减小兴波阻力的方法
一、常规船减小兴波阻力的方法
1. 选择合理的船型参数
2.设计良好的首尾形状
3.造成有利的波系干扰 采用球鼻船首
粘压阻力与摩擦阻力系数之比为一常数k。K为形状系数。（k+1) 为形状因子。