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。

剩余阻力等于兴
波阻力与旋涡阻力之和，所以剩余阻力随船长的增加而减少。

与此相反，摩擦阻力却随船长的增加而增大。

这是因为，摩擦阻力与船的湿表面面积成正比，在排水量不变时，随船长L的增加，Ω随√L增加，虽然船长增加时雷诺数也增加而使得摩擦阻力系数稍有下降，但下降很小，抵消不了Ω的增加。

所以当船长增加时，摩擦阻力随着加大。

由于不同航速时，摩擦阻力和剩余阻力占总阻力的比例是不同的，所以船长对阻力的影响随船速不同而不同。

对低速船(通常Fn＜0.18的船)来说，摩擦阻力占总阻力比例很大，所以总阻力随船长增大而增加，较短的船长可以获得较低的摩擦阻力，其最低阻力船长较短，如图(b)所示。

高速船(Fn＞0.3的船)因剩余阻力占总阻力的比例很大，所以总阻力随船长的增加而减少，较长的船长可获得较低的剩余阻力，其最低阻力船长较长，如图(a)所示。

基于上述原因，通常低速船都设计得短而肥，而高速船设计得较为瘦长。

对中高速船(Fn不十分低的运输船)，在排水量不变的情况下，随着船长的变化，对应一定航速可以得到总阻力最低的船L opt，同时也可找到使总阻力开始显著增加的最短船长(称临界船长)。

由于增大船长，船体钢料重量将显著增加，从而引起船的造价及与造价相关的营运开支增加，对经济性不利。

因此民用运输船从营运经济角度出发，常选用阻力稍有增加的较短船长，称其为经济船长L e。

不言而喻，船长不能缩小到总阻力开始显著增加的临界船长，否则为保证航速将使主机功率增加，耗油量及燃料开支增加，对经济性也是不利的。

经济船长通常受到各方面因素的影响，包括不同国家在不同时期的船舶造价、燃料价格、运费、船体型线研究、船舶动力装置的发展等。

从国外造船的发展过程看，在1973年石油危机前，运输船设计时，L e比L opt小得较多，以使造价大幅度下降，平时耗油量及燃料费用有所增加，但总的经济性还是有利的。

自石油危机以后，船价的影响没有油价上涨的影响大，因此减少阻力，降低燃油消耗量就成了主要矛盾，L e又有加大趋势。

船宽对阻力的影响
最小浸水面积关系图
船宽对阻力的影响没有船长那么大，通常在实用范围内改变船宽对阻力不会造成重大影响。

就摩擦阻力来说，在L，C b，△不变的情况下，改变船宽B也就是改变B/d。

试验研究表明，B/d在实用范围内改变，船的湿表面面积变化较小，对摩擦阻力不会产生太大的影响。

如图表明B/d变化对湿表面面积的影响，可见B/d可在一个相当大的范围内变动，
而湿表面面积变化并不大。

对剩余阻力来说，在L，C b，△不变的情况下，增加B/d，会使设计水线变肥，进流角及去流角均增大，一般情况下会加大兴波阻力和旋涡阻力。

所以对剩余阻力来说，B/d 小一些较为有利。

对Fn＞0.30的高速船，在△, L基本不变的情况下，减小C b以增加B，对阻力是有利的。

特别是对中高速船舶，当C b与Fn配合偏大的情况下，宜增大B减小C b，以改善快速性。