船舶阻力与推进课程设计2013
船舶推进课程设计案例
船舶推进课程设计案例一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握船舶推进的基本原理、各类推进器的结构和工作原理,以及推进系统的性能评估方法。
技能目标要求学生能够运用所学知识对船舶推进系统进行分析和设计,提高实际操作能力。
情感态度价值观目标培养学生对船舶行业的热爱,增强环保意识和创新精神。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求,我们将目标分解为具体的学习成果,以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标,我们选择和了以下教学内容:船舶推进的基本原理、船舶推进器的结构和工作原理、推进系统的性能评估方法、船舶推进系统的分析和设计。
教学大纲安排如下:1.第一章:船舶推进的基本原理1.1 船舶推进系统的组成1.2 推进力产生的原理2.第二章:船舶推进器的结构和工作原理2.1 螺旋桨推进器2.2 喷水式推进器2.3 电动推进器3.第三章:推进系统的性能评估方法3.1 推进效率3.2 推进功率3.3 航行速度4.第四章:船舶推进系统的分析和设计4.1 推进系统的设计原则4.2 推进系统的优化方法4.3 推进系统的实际应用案例分析三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性,我们采用以下教学方法:1.讲授法:通过讲解船舶推进的基本原理、推进器的结构和工作原理,使学生掌握相关知识。
2.案例分析法:分析实际应用案例,使学生更好地理解推进系统的性能评估方法和分析设计方法。
3.实验法:学生进行船舶推进系统的实验,提高学生的实际操作能力。
四、教学资源我们选择和准备以下教学资源:1.教材:《船舶推进技术》2.参考书:各类船舶推进技术的专业书籍3.多媒体资料:船舶推进系统的动画演示、实际操作视频等4.实验设备:船舶推进系统模型、实验仪器等教学资源应能够支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果,我们设计了以下教学评估方式:1.平时表现:通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况,了解学生的学习态度和掌握程度。
船舶流体力学课程设计
船舶流体力学课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握船舶流体力学的基本原理,理解流体的性质、流体力学的基本方程;2. 使学生能够描述船舶在静水中的浮力、阻力、推进等流体力学现象;3. 引导学生了解船舶结构对流体力学性能的影响,掌握船舶流体力学性能优化的基本方法。
技能目标:1. 培养学生运用流体力学知识分析船舶性能的能力,能够解决实际问题;2. 提高学生利用流体力学原理进行船舶设计的技能,具备初步的设计能力;3. 培养学生运用实验、计算等手段进行船舶流体力学性能测试与评估的能力。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对船舶流体力学领域的兴趣,培养探索精神和创新意识;2. 培养学生严谨的科学态度,提高团队协作能力和沟通能力;3. 引导学生关注船舶流体力学在环境保护、节能减排等方面的社会责任,树立正确的价值观。
课程性质:本课程为专业核心课程,旨在培养学生的船舶流体力学知识、技能和创新能力。
学生特点:学生具备一定的物理、数学基础,具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求:结合课本内容,采用理论教学、实践操作、案例分析等多种教学方法,注重培养学生的实际应用能力。
通过本课程的学习,使学生能够达到上述课程目标,为后续专业课程和未来从事相关工作奠定基础。
二、教学内容1. 流体力学基础理论:包括流体的性质、流体力学基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)、流体运动的描述方法等,对应教材第一章内容。
2. 船舶浮力与稳定性:讲解船舶浮力原理、稳性条件、稳性计算方法等,对应教材第二章内容。
3. 船舶阻力与推进:介绍船舶阻力产生机理、阻力计算方法、船舶推进原理及推进器设计,对应教材第三章内容。
4. 船舶流体力学性能优化:分析船舶结构对流体力学性能的影响,介绍性能优化方法,对应教材第四章内容。
5. 实践教学环节:组织学生进行船舶流体力学实验,包括浮力实验、阻力实验、推进实验等,培养学生的实际操作能力。
教学进度安排:1. 第1-4周:流体力学基础理论;2. 第5-8周:船舶浮力与稳定性;3. 第9-12周:船舶阻力与推进;4. 第13-16周:船舶流体力学性能优化;5. 第17-18周:实践教学环节。
船舶阻力与推进
(a)横剖面面积曲线
图 3-20 船体形状对兴波阻力的影响
(b)剩余阻力曲线
2.造成有利的波系干扰
船首波
合成横波
球首兴波 图 3-21 球鼻船首减小兴波的原理
安装水翼后的水面
船首兴波
水翼波穴
消波水翼
图 3-22 消波水翼的"消波"原理
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
q)
3 4
这样,对应于有利干扰和不利干扰分别为: 当q = 0.5时, CpL / λ = n-1 / 4 有利干扰 当q = 0 时, CpL / λ = n-3 / 4 不利干扰 定义ⓟ为船速υ与波长为CpL的波速之比,即
ⓟ υ / gCpL g λ / gCpL λ
2π
2π 2π
Cp L
上式称为“色散”关系式。当具有不同波数 或波频的平面进行波在水中传播时,存在有 传播速度不同的“色散”现象。
6.波 能
由流体力学知,波浪的动能 Ek 和位能 Ep
两部分相等,且均等于 1 ρg ,A2 因此单位波面
的总能量为:
4
E0
1 2
ρg
A2
1 8
船舶推进课程设计
黄浦江100吨机动油驳螺旋桨设计书指导老师:***学生姓名:***学号:***********完成日期:2012/5/30黄浦江100吨机动油驳螺旋桨设计1.船型:单桨,单舵,柴油机驱动,尾机型沿海机动油驳。
总长:L=27.50m 水线长:L wl=26.00m 型宽:B=5.40m 型深:D=2.3m设计吃水:T d=1.60m 方型系数:C b=0.68排水量:Δ=152.06t 棱型系数:C P=0.695 舯剖面系数:0.980 水线面系数:0.810纵向浮心坐标:X b=+0.25m 纵向浮心位置:x c=0.96% L/Δ1/3 4.87 Δ0.64 24.92宽度吃水比数B/T:2.60艾亚法有效功率估算表:速度V S(kn) 5 6 7 8 9速度(m/s) 2.57 3.09 3.60 4.12 4.63傅汝德数V S/√gL 0.161 0.193 0.225 0.258 0.290标准C0458 430 390 360 265标准C bc0.81 0.76 0.70 0.64 0.59实际C b(肥/瘦)% 16.05 瘦9.93 瘦 2.86 瘦 6.25 肥15.25 肥C b修正% +11.60 +6.77 +1.33 -12.75 -31.11C b修正数量△1+53 +29 +5 -46 -82已修正C b之C1511 459 395 314 183B/T修正% -9.35 -9.35 -9.35 -9.35 -9.35B/T修正数量△2-48 -43 -37 -29 -17已修正B/T之C2463 416 358 285 165标准X C,%L 1.92 前 1.58 前0.8 前0.9 后 1.86 后实际X C,%L 0.96 前0.96 前0.96 前0.96 前0.96 前相差%L 0.96 0.62 0.16 1.86 2.82 速长比V S /√L 0.504 0.605 0.706 0.807 0.908 X C 修正 -3.26 -2.00 -0.48 -9.60 -19.74 X C 修正数△3 -15 -8 -2 -27 -33 已修正X C 之C 3 448 408 356 257 133 长度修正% +0.615 +0.615 +0.615 +0.615 +0.615 长度修正数量△4 +3 +3 +2 +2 +1 已修正长度之C 4 451 410 358 259 134 V S 3125216 343 512 729 Pe=△0.64×V S 3/C 4(kw)6.9113.1223.8349.27135.94有效功率6.9113.1223.8349.27135.940.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.000246810航速(kn)有效功率(k w )有效功率2.主机参数: 型号:6135Ca 型柴油机 标定功率:N e =120马力 标定转速: 1500r/min3.推进因子的确定: (1)伴流分数ω本船为单桨内河船,故使用汉克歇尔公式估算:..=⨯-p ω070C 018=0.70×C p -0.18=0.70×0.695-0.18=0.3065(2)推力减额分数t使用汉克歇尔公式估算:..=⨯-P t 050C 012=0.50×C P -0.12=0.50×0.695-0.12=0.2275(3)相对旋转效率近似地取为ηR =1.0 (4)船身效率11t ω-=-H η =..--102275103065=1.11; 4.桨叶数Z 的选取根据一般情况,单桨船多用四叶,加之四叶图谱资料较为详尽、方便查找,故选用四叶。
船舶阻力1(修改稿)
兴波阻力:由兴波引起的压力分布改变所产生的阻力。 摩擦阻力:由于水存在粘性在船体周围形成边界层,使船体运动过程中
受到粘性切应力作用,表现为船体表面产生了摩擦力,其在运动方向的 合力为摩擦阻力。 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。
船舶阻力——第一章绪论 ——船舶快速性及研究方法
三、研究方法
1、理论方法 理论分析 CFD :STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT 2、试验方法 船模试验和实船试验
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
3
§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
一、概述
静水阻力 水阻力
船舶阻力
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
裸船体阻力 附体阻力 汹涛阻力 空气阻力
船体阻力
附加阻力
二、船体阻力的成因及分类
1、船体阻力的成因 现象
波浪 边界层(粘性) 旋涡(曲度骤变处)
兴波阻力 Rw 摩擦阻力 Rf 粘压阻力(旋涡阻力)Rpv
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
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§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
作业和思考题: (1)船舶阻力和船体阻力的划分图; (2)船体阻力中各阻力成分定义; (3)船体阻力的各相似定律; (4)傅汝德假定及其作用和存在的问题。
船舶阻力——第一章绪论 ——傅汝德假定
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
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江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞
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§1.3阻力相似定律
船舶阻力——第一章绪论 ——阻力相似定律
快速性概述 船舶阻力 与推进
快速性概述一、船舶快速性概念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。
为了使船舶维持一定的速度航行,必须对船舶提供推力以克服阻力。
一般船舶航行过程中由主机供给能量,通过推进器(常用的是螺旋桨)转换为推动船舶前进的动力。
显然,船舶所具有的推力大小取决于主机功率的大小和推进器将主机功率转换成推力的效率,即推进效率的高低。
因此船舶能达到航速的高低分别取决于它所受阻力的大小、主机功率大小和推进效率高低这三个因素。
船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航行速度的能力,或者说,船舶快速性是在给定主机功率时,表征船舶航行速度快慢的一种性能。
因此,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。
几乎每一艘船舶,在设计初始阶段就给定明确的快速性指标。
当船舶建成后,测定是否达到原快速性设计指标是交船试航的一个重要内容。
船舶克服阻力做功与主机提供能量的守恒关系是:RηηN υD s s ⋅⋅= 式中, υ —— 船速;R —— 船舶水阻力;N s —— 主机发出的功率;η s 和η D —— 分别为轴系传送效率和推进效率。
从快速性的含义中可知,在主机功率确定的情况下,快速性的优劣不仅与船舶的航行阻力有关,而且还与船的推进效率等有关。
显然,船舶快速性包括两部分内容,即“船舶阻力”和“船舶推进”两门课程:船舶阻力 —— 研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题;船舶推进 —— 研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互干扰及船、机、桨的匹配问题。
二、本课程的研究内容和任务快速性是船舶诸性能中(如浮性,稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性等)的重要性能之一。
快速性的优劣,对民用船舶来说将在一定程度上影响船舶的使用性和经济性,对军用舰艇而言,快速性与提高舰艇的作战性能密切相关。
船舶原理下册课程设计
船舶原理下册课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握船舶的基本原理,包括浮力、稳定性、阻力等关键概念。
2. 使学生了解不同类型船舶的设计特点及其适用场景。
3. 帮助学生理解船舶动力系统的工作原理及其对性能的影响。
技能目标:1. 培养学生运用物理知识分析船舶性能的能力,包括进行简单的浮力计算和阻力分析。
2. 提高学生设计简单船舶模型的技能,通过实践活动加深对船舶原理的理解。
3. 让学生学会使用科技工具和软件进行船舶设计和性能预测。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对船舶设计和航海事业的兴趣,培养探索精神和创新意识。
2. 强化学生的团队合作意识,通过小组合作活动培养学生的沟通能力和协作能力。
3. 增强学生的环保意识,了解船舶对海洋环境的影响,培养其负责任的工程伦理观。
本课程针对高年级学生设计,旨在通过理论与实验相结合的方式,提高学生对船舶科学深层次的理解和应用能力。
课程考虑到了学生的认知水平、好奇心和即将面临的高考要求,以确保教学内容既具有挑战性,又能够激发学生的兴趣。
通过具体的学习成果分解,本课程旨在为船舶原理的深入学习打下坚实的基础,并为相关领域的学习和职业生涯规划提供支持。
二、教学内容1. 浮力与稳定性:包括阿基米德原理、船舶的浮力计算、船舶稳定性的影响因素及稳性判定。
- 教材章节:第二章 船舶的浮力与稳定性2. 船舶阻力:介绍阻力概念、分类及减小阻力的方法。
- 教材章节:第三章 船舶阻力与推进3. 船舶动力系统:讲解船舶动力系统的组成、工作原理及对性能的影响。
- 教材章节:第四章 船舶动力系统4. 船舶设计原理:分析不同类型船舶的设计特点、适用范围及设计过程中考虑的因素。
- 教材章节:第五章 船舶设计原理5. 实践活动:设计并制作简单船舶模型,进行浮力与阻力实验。
- 教材章节:实践活动部分教学内容按照以上五大模块进行安排,每模块配以相应的实践环节,确保学生能够将理论知识与实际操作相结合。
船舶阻力与推进
∇/L 、 Cm 、Cp 或 Cb
3
船体形状: (3) 船体形状: 表征船体形状的因素很多, 表征船体形状的因素很多,可归纳为三个 主要方面: 主要方面: 横剖面面积曲线的形状: ① 横剖面面积曲线的形状:可由浮心纵向位 平行中体长度L 置xc,平行中体长度 p和位置,以及曲线两端 的形状来表征。 的形状来表征。 满载水线面的形状: ② 满载水线面的形状:可以由满载水线面的 面积,满载水线平行中段, 面积,满载水线平行中段,满载水线首尾端 的形状以及满载水线首端半进角等因素表征。 首尾形状: ③ 首尾形状:包括首尾横剖面形状和纵剖面 形状。 形状。
∆ (0.01L ) 3
对 Rr /∆的 的
▽/(0.1L)
3
2 9
4
6
8
1
2
▽/(0.1L) 3 4
3
5
Cp = 0.86
0.75 7 0.70 Rr/Δ (N/t) 0.65 5 0.60 Rr/Δ (N/t)
300
Cp = 0.80
0.75 250 0.55 0.70 200 0.60
Cp = 0.55
2.船舶分类及其主要阻力成分
低速船航速较低,兴波阻力很小, 低速船航速较低,兴波阻力很小,其总阻力中 航速较低 摩擦阻力与粘压阻力占主要成分, 摩擦阻力与粘压阻力占主要成分, 中速船的航速较低速船有所增大, 中速船的航速较低速船有所增大,兴波阻力成 的航速较低速船有所增大 分随之增大, 分随之增大,故在设计过程中既要注意减小兴波阻 又要防止其他阻力成分的增长。 力,又要防止其他阻力成分的增长。 高速船的兴波阻力是总阻力中的主要成分, 高速船的兴波阻力是总阻力中的主要成分,有 的兴波阻力是总阻力中的主要成分 时可达50%以上。为此, 时可达50%以上。为此,设计中应力求减少兴波阻 50%以上 力。
01226 船舶阻力与推进 自考考试大纲
湖北省高等教育自学考试课程考试大纲课程名称:船舶阻力与推进课程代码:01226第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点本课程是船舶设计原理的基础,是船舶设计与制造、船舶技术管理人员必须掌握的专业知识,是高等教育自学考试船舶设计与制造专业的一门重要专业课。
二、课程目标与基本要求课程目标:学生通过本课程的学习,掌握船舶阻力和船舶推进的基本理论和原理,并运用于船舶设计与制造中。
课程基本要求:1.掌握船舶阻力基本知识。
2.掌握船模阻力试验方法、傅汝德换算法和三因次换算法。
3.掌握船型对阻力的影响。
4.掌握船舶推进的基本概念。
5.掌握螺旋桨作用的基础理论。
6.掌握敞水试验的概念、螺旋桨敞水性征曲线及其特点。
7.掌握运用螺旋桨系列试验图谱进行设计与计算的方法。
8.掌握联动平衡的概念,主机负荷过重及过轻的原因及处理方法,拖船螺旋桨设计及有效推力计算。
三、与本专业其他课程的关系本课程是船舶与海洋工程专业的一门专业课,应在修完本专业的基础课和专业基本课后进行学习。
先修课程:流体力学,船舶静力学后续课程:船舶设计原理第二部分考核内容与考核目标船舶阻力部分第1章总论一、学习目的与要求通过对本章的学习,掌握快速性的基本概念;阻力的成因及分类;雷诺相似定理、傅汝德定律和全相似定律等;了解船舶阻力研究的基本方法。
二、考核知识点与考核目标(一)阻力成分的分类(一般)识记:各种阻力成分的成因及基本概念(二)相似条件(次重点)识记:各相似条件的基本概念理解:傅汝德相似条件、雷诺相似条件、比较律、全相似的基本理论(三)阻力系数(重点)理解:各阻力系数的定义及应用第2章粘性阻力一、学习目的与要求通过对本章的学习,掌握粘性阻力的基本概念;掌握摩擦阻力及粘压阻力的成因、特性、计算方法等;掌握船体摩擦阻力的成因、特性、计算方法;减阻措施,粗糙度的影响等。
二、考核知识点与考核目标(一)平板摩擦阻力公式(重点)识记:相当平板的概念理解:平板摩擦阻力公式的表达式应用:平板摩擦阻力公式的应用(二)平板摩擦阻力系数(次重点)理解:船体曲度对阻力的影响应用:减小摩擦阻力的措施(三)粗糙度影响(次重点)识记:船体表面粗糙的分类理解:粗糙度影响的概念应用:表面粗糙度补贴系数(四)粘压阻力(次重点)识记:粘压阻力的成因理解:影响粘性阻力的因素应用:减小粘压阻力的措施第3章兴波阻力一、学习目的与要求通过对本章的学习,掌握船体兴波阻力的成因、特性;兴波干扰的预测及减阻措施。
主推进动力装置第一章理论力学教案
主推进动⼒装置第⼀章理论⼒学教案2012-2013第⼆学期主动⼒推进装置教案⼀、授课教案课程名称: 主动⼒推进装置授课教师姓名: 职称(或学历): 授课对象:(轮机专业12年级tz1班级学⽣)授课时数: 4课题名称: 主动⼒推进装置授课类型: 理论授课教材名称及版本: 主动⼒推进装置(船员适任考试培训教材)●本单元或章节的●第⼀章理论⼒学●教学⽬的及要求:1.⼒学基础2.刚体的平衡、3.刚体的基本运动●授课主要内容及课时分配⼒学基础⼀、静⼒学基本概念1.刚体2.平衡3.⼒4.⼒偶⼆、静⼒学基本公理1、⼒的三要素⼒的⼤⼩、⽅向、作⽤点,对刚体来说可以换为作⽤线。
三要素相等,⼒就等效2、⼆⼒平衡两个⼒的⼤⼩相等,⽅向相反,⽽且在同⼀直线上3、加减平衡⼒系公理在作⽤于刚体的任何⼀个⼒系中添加或除去⼀个平衡⼒系,并不改变原⼒系对刚体的作⽤4、⼒的平衡四边形法则:⼒的合成符合的规律,两个分⼒是平⾏四边形的两个临边,合⼒必然是该平⾏四边形的对⾓线5、作⽤与反作⽤定律:作⽤⼒与反作⽤⼒总是同时存在、⼤⼩相等、⽅向相反,在同⼀条作⽤线上,分别作⽤在两个物体上⼆、刚体的平衡1、⼒的投影、⼒的合成与分解、⼒矩:1.会⽤平⾏四边形公理将⼒进⾏分解并计算⼒的投影2.能解释⼒矩、⼒偶的概念及性质3.会计算集中⼒与线分布荷载对某点的⼒矩4.能叙述平⾯⼀般⼒系的平衡条件5.能⽤平衡⽅程计算简单的平衡问题合⼒投影定理:平⾯汇交⼒系的合⼒在任⼀轴上的投影,等于⼒系中各⼒在同⼀轴上的投影的代数和。
2、⼒矩:在物理学⾥,⼒矩是⼀个向量,可以被想象为⼀个旋转⼒或⾓⼒,导致出旋转运动的改变。
这个⼒定义为线型⼒叉乘径长。
依照国际单位制,⼒矩的单位是⽜顿-⽶。
⽽依照英制单位,测量的单位则为英尺-镑。
⼒矩希腊字母是tau。
3、⼒偶、⼒偶的等效条件:1)⼒偶:由两个⼤⼩相等、⽅向相反且不共线的平⾏⼒组成的⼒系,称为⼒偶。
如图所⽰,记作(F,F')。
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
第一章 绪论 船舶阻力 与推进
上篇船舶阻力第一章绪论本章作为绪论,首先分析船舶在航行中受到阻力的物理成因及其阻力成分的分类,然后讲述涉及船舶阻力共性的重要基本概念。
进而介绍阻力相似定律,并提出造船工程中应用较广的傅汝德(W.Froude)假定。
§1-1 船舶阻力划分与分类当船舶在水而上航行时,船体处于空气和水两种流体介质中运动,必然遭受空气和水对船体的反作用力。
这种与船体运动方向相反的流体作用力称为船舶阻力。
为研究方便起见,船体总阻力按流体种类可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。
水阻力又可分成船舶在静水中航行时的静水阻力和波浪中的汹涛阻力(亦称为波浪中阻力增值)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。
根据这种处理方法,船舶在水中航行时所受到的阻力通常可分为两大部分,一是静水中的裸船体阻力,这是船舶阻力中的主要部分,是要着重研究的内容,裸船体阻力往往简称为“船体阻力”;另一部是附加阻力,是空气阻力、汹涛阻力和附体阻力的总称。
裸船体阻力静水阻力船舶阻力23水阻力 附体阻力船舶阻力 汹涛阻力 附加阻力空气阻力因此,实际船体阻力可按照裸船体阻力和附加阻力两部分分别进行研究。
下面将先讨论“裸船体阻力”的成因及其组成,而附加阻力部分在后面有关章节予以讨论。
一、船体阻力成因及分类 1.船体绕流物理现象与阻力成因船体在静水中运动时所受到的阻力与船体周围的流动现象密切有关。
根据观察,船体周围的绕流运动情况相当复杂,但主要有以下三种流动现象:其一,船体在运动过程中兴起波浪,简称兴波。
兴波包括产生稳定的船行波和不稳定的破波。
由于船行波的产生,改变了船体表面的压力分布情况,如图1-1所示。
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,形成阻力。
从能量观点看,无论是船行波还是破波都具有一定的能量,这些能量必然由船体供给。
船舶阻力
平均海况航速 (服务速度)
其他设计指标:民用船舶---使用性;经济性
军用舰艇---作战性能
快速性的两个方面:阻力小;推进性能高(螺旋桨效率高)
船型仍是竞争的关键之一
1-1 船舶快速性及其在船舶设计中的地位
船舶阻力课程的主要内容:
阻力的成因及其性质 阻力随航速、船型和外界条件的变化规律 减小阻力的方法,寻找优良船型 估算船舶阻力,为推进器设计提供依据
ห้องสมุดไป่ตู้
谷
峰 兴波阻力 粘性阻力
航速 Speed (kn)
1kn=1海里/小时=1.852km/h
1-2 船舶阻力的成因及分类
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 0.3 0.4 Fr 0.5 0.6 0.7 0.8 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.00 Rf Rr
Model Tests
Effects of Hull form on Resistance Approximate Estimation Resistance in Restricted Channels Characteristics of Resistance for High-speed Ships
1-1 船舶快速性及其在船舶设计中的地位 船舶快速性研究方法:
理论研究方法:应用流体力学的理论,抓出问题的关键和
核心,建立物理或数学模型将复杂问题简单化,结合理论 推演和计算,给出一些指导性的定性结果。
试验方法:模型试验---主要手段,但有局限性
实船试验---鉴定各种性能是否达到设计要求
数值模拟(CFD):应用高速计算机,根据数学模型,采
船舶阻力与船舶推进1知识讲解
船舶阻力与船舶推进1一、船舶阻力总论第一部分:主要知识点一、船舶快速性的含义1、概念:船舶尽可能消耗较小的主机功率以维持一定航行速度的能力。
或者说,船舶快速性是在给定主机功率时,表征船舶航行速度高低的一种性能。
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。
2、船舶能达到航速的高低取决于:它所受阻力的大小、主机功率大小和推进效率高低这三个因素。
3、主要内容:船舶阻力和船舶推进两个方面。
4、推进器是指把发动机发出的功率转换为推船前进的动力的专门装置和机构。
二、船舶阻力的分类裸船体阻力静水阻力船舶阻力水阻力附体阻力船舶阻力汹涛阻力附加阻力空气阻力*汹涛阻力:波浪中的水阻力增加值。
三、船体阻力的成因和分类1、成因船体在静水中运动时所受到的阻力与船体周围的流动现象密切有关。
1)兴波一般首柱后缘为波峰,尾柱前缘为波谷,改变了船体周围的水压力分布,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(与船航行方向相反)。
这种由兴波引起的压力分布改变所产生的阻力称为兴波阻力,一般用R w 表示。
从能量观点看,船体兴起的波浪具有一定的能量,这些能量必然由船体供2)边界层当船体运动时,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R f 表示。
从能量观点看,船体携带边界层水流一起前进,边界层水流质点不断消耗能量体现为摩擦阻力。
补充:牛顿内摩擦定律dv dy τμ=。
μ:流体的动力粘性系数,2/N s m ⋅;/νμρ=:流体的运动粘性系数,2/m s 。
ν和ρ均为水温的函数。
3)边界层分离在船体曲度骤变处,特别是较丰满船的尾部由于水具有粘性常会产生旋涡,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,使首压力首部水压力尾部水压力大于尾压力。
船舶阻力与推进
一、填空题(共40分) 1. 附加阻力包括 空气阻力、附体阻力和汹涛阻力2. 在进行螺旋桨模型空泡试验时需满足哪几个参数相等 σ、J 相等3. 兴波干扰为 首横波 和 尾横波 之间的干扰4. 伴流按产生原因来分类由于船身周围的流线运动而产生的是 势伴流5. 破波阻力产生的条件是 必须存在自由表面6. 剩余阻力通常包含 兴波阻力和粘压阻力7. 粗糙度补贴系数作用在于 计及表面粗糙度对摩擦阻力的影响8. 一般来说,螺旋桨的直径 大 转速 低 则效率越高。
二、 简答题(共40分)1. 船舶阻力包括哪些。
①、摩擦阻力;②、粘压阻力;③、兴波阻力。
2. 简述减小摩擦阻力的方法。
①、船体设计本身来看。
船型参数的选择,特别是船体主尺度的确定要恰当,另外减少不必要的附件如呆木等或尽量采用表面积较小的附体亦可以减小摩擦阻力;②、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摩擦阻力;③、控制边界层。
将边界层内一部分流体进行抽吸,或自物体表面沿流动方向吹喷流体,达到减小摩擦阻力的目的;④、采用聚合物溶液降阻剂。
在物体表面不断喷注稀释的聚合物溶液来减阻; ⑤、改变与船体表面接触的流体。
如水翼艇或气垫船在航行过程中都将船体抬出水面,从而得分 得分使船体表面与空气接触;3. 计算粘性阻力的一般步骤。
①、计算船的湿表面积;②、计算雷诺数Re ;③、根据光滑平板摩擦阻力系数公式算出或由相应的表中查出摩擦阻力系数f C ;④、决定粗糙度补贴系数的数值,目前我国一般取30.410f C -∆=⨯;⑤、根据21/2()f f f R C C v S ρ=+∆算出船的摩擦阻力;⑥、将计算的摩擦阻力与粘压阻力相加得到粘性阻力。
4. 简述减小兴波阻力的方法。
①、选择合理的船型参数。
如应用P 理论根据给定的航速,合理选取船长和棱形系数避免处于波阻峰点,选取进流段长度以不致发生肩波不利干扰;②、设计良好的首尾形状。
船舶阻力与推进课程设计报告书
鲁东大学交通学院船舶阻力与推进课程设计说明书课程名称:船舶原理院(系):交通学院专业:船舶与海洋工程班级:船舶1002学号:20102814022学生姓名:陈指导老师:胡丽芬2013年7月15日目录1.船型主要参数 (2)2.主机参数 (2)3.推进因子的决定 (3)4.可以达到最大航速的计算 (3)5.空泡校核 (5)6.强度校核 (7)7.螺距校核 (9)8.敞水特性曲线的确定 (10)9.系柱特性计算 (11)10.航行特性计算 (12)11.螺旋桨计算总结 (14)1.船型主要参数船型:单桨,中机型渔船。
垂线间长Lpp = 78 m型宽 B = 14m型深H = 8.8 m平均吃水Tm = 6 m棱形系数Cp = 0.735排水体积▽= 4973m3排水量△= 5097t桨轴线中心距基线高Zp = 2 m由模型试验提供的有效功率数据如下表;航速kn 10 11 12 13 有效功率P E/hp 压载506 660 955 1453满载580 757 1094 1664110%超载638 832 1203 1830 2.主机参数型号主机功率MHP = 1618kw(2200hp)转速N = 280 r/min螺旋桨材料Cu3镍铝青铜旋向右旋3.推进因子的决定根据船型资料,单桨渔船,伴流分数w=0.77C P-0.28=0.286根据经验公式,单桨渔船,推力减额分数t=0.77C P-0.30=0.266取相对旋转效率 中机型 ηR =1.0 船身效率 η=wt--11=1.028 4.可以达到最大航速的计算采用MAU 4 叶桨图谱进行计算,取功率储备10%。
轴系效率 ηS =0.97螺旋桨敞水收到的马力:P D =P S ηS ηR ﹙1-10%﹚=2200×0.97×1×0.9=1920.6 hp根据MAU4-40,MAU4-55,MAU4-70的P B -δ列下表:表一项目 单位 数值假定速度 kn 10 11 12 13 V A =(1-w)V kn 7.14 7.854 8.568 9.282 Bp=NP 0.5D /V A 2.590.081 70.982 57.105 46.749 (Bp)0.59.491 8.425 7.557 6.837 MAU4-40δ103 94 86 79 P/D 0.57 0.58 0.6 0.62 n 0 0.46 0.488 0.518 0.545 P TE =P D n 0n sh p 908.223 963.506 1022.738 1076.047 MAU4-55δ 102.2 93 85 77.5 P/D0.5950.6150.6350.665n 0 0.44 0.47 0.50.528 P TE =P D n 0n sh p 868.735 927.967 987.199 1042.482 MAU4-75δ101.5 92 84 76.5 P/D 0.605 0.625 0.645 0.675 n 0 0.428 0.458 0.483 0.515 P TE =P D n 0n sh p845.042904.274953.6341016.815由上表一的计算结果可绘制P TE ,δ,P/D 及ηO 对V 的曲线如下从P TE -f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点,可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D ,D 及η0,数据如下表二MAU V max/kn P/D δD/m η0 4-40 11.829 0.572 87.28 2.633 0.529 4-55 11.731 0.606 87.06 2.604 0.509 4-70 11.637 0.617 86.89 2.578 0.4905.空泡校核按柏利尔空泡校核限界线中渔船下限线,计算不发生空泡之最小展开面积比。
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《船舶阻力与推进课程设计》教学要求
一、课程设计的性质、任务和基本要求
本课程设计的任务是:使学生能够根据船型主要要素确定有效功率曲线,选定主机功率及转速,根据螺旋桨设计图谱来设计螺旋桨,完成螺旋桨设计计算说明书,绘制螺旋桨总图。
通过课程设计能够加深学生对螺旋桨图谱和结构的理解,培养理论联系实际的能力,为将来走上工作岗位打下一定的基础。
本课程设计的基本要求是:
1、掌握油船阻力估算方法。
2、掌握√B P-δ图谱的应用。
3、掌握螺旋桨基本要素的计算和规范校核的方法。
4、掌握航行特性的计算
5、熟练绘制螺旋桨总图
课程设计题目类型
某船阻力估算与螺旋桨设计
二、课题和学分
本课程设计共一周,1学分。
三、课程设计内容
(一)、船舶阻力估算及有效马力预报
(二)、螺旋桨图谱初步设计问题
1、螺旋桨设计图谱,初步确定主机功率及转速
2. 选定主机额定功率及转速
(三)、螺旋桨图谱终结设计问题
1、推进因子的决定
2、可达到最大航速的计算
3、空泡校核
4、强度校核
5、螺距修正
6、重量及惯性矩计算
7、敞水性征曲线的确定
8、系柱特性计算
9、航行特性计算
10、螺旋桨计算总结
(四)、螺旋桨总图的绘制
用1号(或2号)图纸完成螺旋桨总图的绘制。
四、说明
1、船舶阻力与推进课程设计安排在小学期进行。
2、本课程设计的重点在阻力估算、螺旋桨基本要素的计算和螺旋桨总图的绘制。
3、本课程设计建议用手工或计算机绘制螺旋桨总图。