船舶阻力与推进课程设计
船舶阻力与推进
船舶阻力与推进主要复习粘性阻力理论，要求大家掌握一个基本概念和减小粘性阻力的方法，包括减小摩擦阻力和减小粘压阻力。
基本概念比如说什么是边界层？大家要知道理想流体中它的运动粘压系数是0对吧，那么它的雷诺数就是无穷大，所以呢它的边界层支撑厚度也是0。
在这样一些极端的情况下要知道。
雷诺数的定义，公式一定要掌握住，考试是不会给大家的，还有牛顿内摩擦定律。
船体边界层与平板边界层的区别。
第一个呢船体边界层外缘的流速不同，船体有一个曲面，所以呢它和平板的差别就在于各点的速度不同，速度不同压力就不同。
船中的压力较低，船尾的较高，所以呢它有一个纵向的压力梯度。
正因为有了压力梯度产生了摩擦倾力，还有界层内的纵向压力分布不同。
然后要求大家掌握几个平板摩擦阻力公式，一共4个。
第一个桑海公式，第二个柏兰特-许立汀公式，第三个休斯公式，第四个1957ITTC公式。
这四个公式有什么特点呢，基本形式是一样的，分母都包含一个雷诺数，所以在计算时首先要计算雷诺数，那么雷诺数怎么计算呢？一个是速度，一个是特征尺寸，还有一个是运动粘压系数。
还要求大家掌握相当平板假定，实体船或模型船的摩擦阻力等于其同长度、同速度、同矢表面积的光滑平板摩擦阻力，叫做相当平板假定。
接着我们讲船体表面曲度对摩擦阻力的影响。
分别有横向曲度和纵向曲度，船体首部和尾部曲度，它们是如何影响摩擦阻力的。
接着是船体表面粗糙度对摩擦阻力影响，这是要求掌握的。
粗糙度补贴系数，国内的是多少？中国的粗糙度补贴系数是....有了这个系数后，摩擦阻力的计算公式就变成了....下面还要掌握一个概念，什么是污底？船体长时间浸泡在水中，除钢板被腐蚀外，水中的生物附着在船体表面生长，使船体表面凹凸不平，大大增加了其表面粗糙度，阻力增大，这种现象称为污底。
那么如何有效的降低污底的影响呢，措施如下：一是涂两遍防锈漆，二是海船在淡水中停泊数日后出海。
那么如何减小摩擦阻力呢，当时讲了八种，考试时至少写出六种。
船舶阻力与推动课程设计2021
船舶阻力与推动课程设计?教学要求
一、课程设计的性质、任务和根本要求
本课程设计的任务是：使学生能够按照船型主要要素肯定有效功率曲线，选定主机功率及转速，按照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构造的理解，培育理论联系实际的能力，为未来走上工作职位打下必然的根底。
本课程设计的根本要求是：
1、掌握油船阻力估算方式。
2、掌握√B P-δ图谱的应用。
3、掌握螺旋桨根本要素的计算和标准校核的方式。
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
一、螺旋桨设计图谱，初步肯定主机功率及转速
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、推动因子的决定
2、可抵达最大航速的计算
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、敞水性征曲线确实定
8、系柱特性计算
九、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、船舶阻力与推动课程设计安排在小学期集中3或4周进展。
2、本课程设计的重点在阻力估算、螺旋桨根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。
船舶推进课程设计
重庆交通大学航海学院螺旋桨图谱设计课程设计说明书课题：螺旋桨图谱设计专业：船舶与海洋工程班级：二班学号：631118020211 学生姓名：何瑞峰指导教师：赵藤日期：2014.6.12目录1.船体主要参数。
32.主机参数。
43.推进因子的决定。
44.可以达到的最大航速的计算。
45.空泡校核。
76.强度校核。
107.螺距修正。
128.重量及惯性矩计算。
139.敞水性征曲线之确定。
1410.系柱特性计算。
1511.航行特性计算。
1512.螺旋桨计算总结。
1813.螺旋桨制图（见附页）。
1814.课程总结。
191.船体主要参数水线长wl L70.36 mL68.40 m垂线间长pp型宽 B 15.80 m型深 D 4.80 m设计吃水 d 3.50 m桨轴中心高z 1.30 mp排水量Δ2510 t本船的D B=3.292; d D=1.412; B L pp=4.329 ; d B=4.647本船在708所水池进行船模阻力试验，吃水3.5m时船的阻力试验结果。
即有效功率曲线数据如表1-1所示。
表1-1 模型试验提供的有效功率曲线数据2.主机主要参数型 号 8230ZC 二台 额定功率 s P =1080kw (1469hp) 额定转速 N=750r/min 减速比 2.5 传送效率 s η=0.953.推进因子伴流分数 ω=0.165； 推力减额 t=0.165 船身效率 H η=1； 相对旋转效率 R η =14.可以达到的最大航速的计算采用MAU 型叶数为4叶螺旋桨的图谱进行计算。
采用功率储备15%轴系效率。
轴系桨敞水收到的马力:R S D P ηη⨯⨯=85.01469)(22.1186195.085.01469hp =⨯⨯⨯= 计算图表的、、根据2-1704554404δ----Bp MAU MAU MAU表1-2按δ-B图谱设计的计算表p根据表1-2中的计算结果可绘制TE P 、δ、D P /、及o η对V 的曲线，如图1-1所示。
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。
船舶阻力与推进课程设计报告
船舶阻力与推进课程设计报告船舶与海洋工程船舶阻力与推进课程设计报告课程名称：船舶阻力与推进课程设计题目：航速：15.06kn 排水量:22311t院（系）：运载工程与力学学部专业：船舶与海洋工程班级：学号：学生姓名：指导教师：目录一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力 (2)1．根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率 (2) 2．阻力的估算 (2)二、螺旋桨初步设计 (2)三、螺旋桨终结设计 (3)1．船体主要参数 (3)2．主机参数 (3)3．推进因子的决定 (4)4．可以达到最大航速的计算 (4)5．空泡校核 (5)6．强度校核 (7)7．螺距修正 (8)8．重量及惯性矩计算 (9)9．敞水性征曲线之确定 (9)10．系柱特性计算 (10)11．航行特性计算 (10)12．螺旋桨设计总结 (12)0B一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力3B1．根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率母型船设计船设计船排水量22311t ，要求航速15.06kn ；母型船排水量20800t ，15.48kn 。
从换算数据中读出设计船满载有效功率为P E =4809.12hp 。
4B2．阻力的估算船身总阻力=??==514.006.154809.127575vP R Et 46594.94 kgf1B二、螺旋桨初步设计初步设计确定最佳转速初步设计确定最佳转速的计算表将表格内结果绘制成如下页所示曲线，求得最佳转速约为147.68r/min ，最后根据主机确定的转速为148 r/min。
确定转速的计算结果2B三、螺旋桨终结设计5B1．船体主要参数船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。
根据母型船参数，通过海军部系数法换算得到设计船主要参数如下：设计水线长 LWL=180.40 m垂线间长 LPP=175.14 m 型宽 B=27.27 m型深 H=15.64 m设计吃水 T=11.13 m方形系数 CB=0.7253 排水量Δ=40725 t桨轴中心距基线 ZP=3.69 m6B2．主机参数7B3．推进因子的决定根据泰洛公式估算半流分数（ω=0.5C b -0.05）ω=0.3126由于推理减额分数尺度作用很小，取值与母型船相同t =0.21 取相对旋转效率ηR =1.0 船身效率ηH =(1-t)/(1-w)=1.1494 8B4．可以达到最大航速的计算采用MAU 4叶桨图谱进行计算。
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。
第五章船模阻力试验船舶阻力与推进
第五章 船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法，目前关于船舶阻力方面的知识，特别是提供设计应用的优良船型资料及估算阻力的经验公式和图谱绝大多数是由船模试验结果得来的。
新的理论的发展和新船的设计是否能得到预期的效果都需要由船模试验来验证。
而理论分析的进一步发展，又为船型设计和船模试验提供更为丰富的内容，以及指出改进的方向。
因此船模试验是进行船舶性能研究的重要组成部分。
本章先对船模试验池和船模阻力试验作一简要介绍，然后分别从设计和研究观点来讨论表达船模阻力数据的方法。
§ 5-1 拖曳试验依据、设备和方法船模试验是研究船舶阻力性能的主要方法。
因此需要了解船模阻力试验的依据，试验设备和具体的试验方法。
一、船模阻力试验的依据由§1-2的阻力相似定律指出：如能使船模和实船实现全相似，即船模和实船同时满足Re 和Fr 数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数。
§1-4中已阐述船模和实船难以实现全相似条件。
根据现实可能性，也不能实现船模和实船单一的粘性相似，即保持Re 相等，这是因为，如要使Re m = Re s ，则必有：υm L m /v m = υs L s /v s即 υm = α υs v m / v s (5-1) 式中，α为船模缩尺比。
因为船模和实船的运动粘性系数两者数值相近，如假定v m = v s ，则(5-1)式为：υm = α υs (5-2) 由于船模均要比实船缩小几十倍以上，因而要求船模的速度较实船速度大几十倍，甚至达到超音速情况下进行试验，显然是不现实的。
因此船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上就是在满足重力相似条件下(保持Fr 数相等)进行的。
由于是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假设，诸如傅汝德假定，休斯假定等才能换算得到相应的实船总阻力。
二、船模试验池船模试验池是进行船舶性能研究和某些结构、强度试验的重要设施，因而世界各国均普遍建造了各种船模试验池。
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
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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
Lm Ls
Crs
1 2
s s 2
SsLm Ls
Sm
Crs
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Lm Ls
Sm Ss
m s
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
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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。
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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。
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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
4
§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
18
江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞
11
§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。
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。
“船舶阻力与推进”教学模式的实践与研究
【 Ｊ 】 ． 浙江海洋学院学报（ 自然 科 学 版 ） ，
２ ０ ０ ８ （ １ ２ ） ． 的 发 展前 景 【 Ｊ ］ ． 广东造船 ， ２ ０ ０ ７ （ １ ） ．
４ ］胡 乃辉 ． 浅析“ 十一 五 ” 船 舶 与 海 洋 工 程 法和手 段。 采 用多媒体课件 、 影 像 资料 、 课 生 对 后 续 专 业 课 程 的 投 入 和 学 习态 度 及 方 ［
使 学生 对船 舶 设 计 、 如 何 实 现 出船 舶 平台 ， 建立 了与学生教学互动的机制 ， 为学 学 习 ，
（ 上接 １ ５ Ｏ页 ）
多种形式进行 考核评价 。 在总成绩 考核 中 ３． ３ 教 师工 作量方 面
这种 改革 增加 了教 师工作量 ： 授 课 前
生 对 文 明生 产 及 安 全 操 作规 程 的理 解掌 握 占２ Ｏ ％。 （ ５ ） 学 习任 务 一 ～四 ： 这 部 分 主要 把
［ ５ 】张 会 霞 ， 郭 廷 良． 船 舶 与 海 洋 工 程 导 论
教 学 模 式 创新 实 践 与 研 究 ［ Ｊ ］ ． 科 技 资 讯， ２ ０ ｌ ３ （ ４ ） ．
的讲 授 过 程 变 得 形 象 而 生 动 ， 不 仅 降 低 教 师 教 学 强 度 与难 度 ， 而 且 简 化 了 学 生 的 学 ３ 结 语
理 论 联 系实 际 的 能 力 ， 还 提 升 了 解 决 工 程 学 生的 学 习效 果 。 注 重过 程 教 育 与 管理 ， 让 【 ２ 】魏 莉 洁 ， 张磊． 海 洋 工 程 船 的 发 展 对 船 舶 工程 专 业 教 学 的 要 求 ［ Ｊ ］ ． 科技信息 ：
学术 研 究 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ５ ） ． 工 程 专 业 人 才 培 养 模 式 的 研 究 与 探 索
第六章 船型对阻力影响 船舶阻力 与推进
第六章船型对阻力的影响船舶设计中的一个重要步骤是确定船型参数，就是确定表征船体水线以下部分的一些特征参数的数值和几何形状。
但是应该指出的是：船舶设计是一个必须考虑各种因素的综合性问题。
船型参数的选择应顾及总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等诸方面既有联系又有矛盾的各种要求。
本章主要应用船舶阻力的基本知识在分析船模试验和实船试航的基础上来讨论船型对阻力的影响，以使在船舶设计过程中考虑选择阻力较低的船型参数：同时亦可对某些给定船舶的阻力性能进行分析，以期供设计或改型时考虑。
§6-1 船型对阻力影响的基本概念为了便于叙述和理解船型对阻力的影响问题，有几个概念先予以阐述。
一、船型、航速与阻力性能之间的关系1．优良船型的含义船型对阻力性能的影响是与船速密切联系的，在不同速度范围内，船型参数对阻力的影响不仅程度上不同，甚至还有本质上的差别，因此，所谓阻力性能优良的船型是对某一定速度范围而言。
换句话说，优良的船型将随速度而异，低速时阻力性能良好的船型，在高速时可能反而不佳。
由此可以推断：对于不同速度范围内的船舶说来，影响船体阻力的主要船型参数应该是不同的。
为此，在船舶设计过程中考虑参数选择的出发点不应完全相同。
由此知，讨论船型对阻力性能的影响问题，必须与设计船的速度范围联系在一起。
但是应该看到，对于同一设计船的航速也有不同的要求，如民用船舶，速度有服务速度和试航速度之分。
前者是在平均海面情况中所能保持的速度，后者是在试航时使用全部功率所能达到的速度。
过去惯例在任务书中规定试航速度，但对实际服务情况未必经济合理，对军舰，其巡航速度与最大速度相差甚大，对船型的要求常相矛盾。
所有这些不同的航速要求，在设计中应根据具体情况予以注意。
2．船舶分类及其主要阻力成分目前研究一般水面排水型船的阻力问题，较普遍的是按照傅汝德数将各类船舶分为低速船(Fr＜0.18)、中速船(0.18＜Fr＜0.30)和高速船(Fr＞0.30)。
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（一）设计要求及船体主要参数设计要求：航速：V=14.24 kn；排水量：Δ=16694 t船体主参数：船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。
利用海军系数法，根据母型船主参数估算设计船体，如下：单位母型船设计船排水量Δt 20800 16694设计水线长LWLm 144.20 134.01垂线间长LPPm 140.00 130.01型宽B m 21.80 20.26型深H m 12.50 11.62设计吃水T m 8.90 8.27桨轴中心距基线ZPm 2.95 2.74方形系数CB0.743 0.725（二）船舶阻力估算及有效马力预报2.1 有效马力预报母型船的有效功率数据如下：航速Vm/kn 12 13 14 15 16 17有效功率P Em /hp满载2036 2655 3406 4368 5533 7017压载1779 2351 3007 3642 4369 5236110%满载22392921 3747 4805 6086 7719根据海军系数法对航速以及有效功率进行变换： 公式：VVm =(∆∆m )16； P EP E m=(∆∆m )76变换如下： V m (kn)121314151617V(kn)11.57 12.53 13.50 14.46 15.42 16.39 P Em (hp)满载2036 2655 3406 4368 5533 7017 压载 1779 2351 3007 3642 4369 5236 110%满载 2239 2921 3747 4805 6086 7719 P E (hp)满载1575.28 2054.21 2635.27 3379.58 4280.95 5429.14 压载1376.441819.00 2326.56 2817.86 3380.35 4051.16 110%满载 1732.342260.022899.103717.694708.825972.29根据以上数据可作出设计船的有效功率曲线如下：从曲线上可读取，当V=14.24kn 时，对应的有效马力为=3194.82hp 。
2.2 阻力估算根据公式P E=R v/75，进行船舶阻力估算。
设计船在航速为14.24kn时的总阻力为32711.22kgf。
（三）螺旋桨图谱初步设计3.1 初步设计确定最佳转速螺旋桨直径初步由缩尺比关系确定设计船直径D=4.78×α=4.44m，取MAU4-55的δ-PB图谱计算如下：名称单位数据1 螺旋桨直径D m 4.442 ηH1.183 VAkn 9.834 PEhp 3194.825 假定一组转速N r/min 140 145 150 1556 直径系数δ63.29 65.55 67.82 70.087由MAU4-55图谱插值得P/D 0.741 0.728 0.709 0.704 η00.591 0.579 0.570 0.559 √BP 5.43 5.67 5.87 6.118 PDhp 4050.69 4515.34 4844.56 5306.019 主机马力PShp 4175.97 4654.99 4994.39 5470.11 10螺旋桨能克服的有效马力PTEhp 2823.39 3085.18 3257.19 3497.51将上表结果绘制成曲线图，由图中Ps 与Pe 曲线交点可知，设计船的最佳转速N=148.25r/min ，最佳主机功率为4873.1hp 。
3.2 主机功率的确定依据初定的转速与功率，查MAN B&W 主机大全，选择主机参数如下：型号 MAN B&W 5L50MC最大持续功率hp 5850 最大持续功率kw 4300 转速(r/min) 148 旋向右旋（四）螺旋桨图谱终结设计4.1 推进因子的决定伴流分数 31.005.05.0=-=B C ω 推力减额分数 19.0==ωk t相对旋转效率 0.1=R η 船身效率 18.111=--=ωηtH4.2 可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， 螺旋桨敞水收到马力：P D =5850×0.9×ηS ×ηR =5107 (hp)根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的δ-P B 的图谱列表计算。
项目 单位 数值V kn 13 14 15 16 V A kn 8.97 9.66 10.35 11.04 P D 1/2 73.23 73.23 73.23 73.23 N 148 148 148 148 B P 44.98 37.37 31.45 26.76 B P 1/2 6.71 6.11 5.61 5.17 δ75.4170.1064.9560.74MAU4-40η0 0.550 0.576 0.599 0.619 P/D 0.636 0.658 0.678 0.708 P TEhp3312.13468.33608.33732.5D 4.708 4.693 4.657 4.637MAU4-550.533 0.559 0.582 0.603 ηP/D 0.687 0.704 0.730 0.752 hp 3211.2 3366.0 3506.9 3632.0PTED 4.571 4.575 4.542 4.531MAU4-70η0.514 0.536 0.558 0.578P/D 0.695 0.724 0.748 0.773 hp 3095.5 3232.9 3362.2 3485.8PTED 4.551 4.511 4.509 4.449 根据上表计算结果，可绘制对V的曲线。
从P TE -V 曲线与船体满载有效马力曲线的交点，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,如下：MAU4-40 MAU4-55 MAU4-70 Vmax/kn 14.67 14.53 14.34 D/m 4.669 4.559 4.510 P/D 0.6709 0.7171 0.7328 η0 0.591 0.571 0.544 δ74.27473.19473.3784.3 空泡校核按柏利尔空泡限界线中的商船上限线，计算不发生空泡的最小展开面积比。
桨轴沉深 h s =T-Z P =5.53 p 0-p v =15824.25计算温度 t=15° p v =174 kgf/m 2 P D =7385.58 hp ρ=104.63 kgf*s 2/m 4 项目 单位 MAU4-55 MAU4-40 MAU4-70 Vmax kn 14.53 14.67 14.34 VA kn 5.158 5.206 5.091 (0.7πND/60)2 (m/s)2 610.91 640.77 597.98 V0.7R2 (m/s)2 637.52 667.88 623.89 σ 0.474 0.453 0.485 τ 0.174 0.170 0.176 T kgf 42429 43511 40930 Apm 27.3277.3447.145AE m 2 8.116 8.040 7.946 AE/AO0.4970.4700.498根据上表中的计算结果，可作出空泡校核结果图如下：从图中可得不发生空泡的最小盘面比，以及其所对应的最佳螺旋桨要素如下： AE/AO P/D D η0 Vmax 0.486 0.7004.60.58114.654.4 强度校核计算功率 N e =5850.34×0.97=5674.83 hp 盘面比 A d =A E /A O =0.486 螺距比 P/D=0.700 纵斜角 ε=8°密度 G=7.6 g/cm 3 螺旋桨转速 N=n e =148r/min0.66R 处弦长 b 0.66R =0.226DA d /(0.1Z)=1.263 0.25R 处弦长 b 0.25R =0.7212 b 0.66R =0.911 0.6R 处弦长 b 0.6R =0.9911 b 0.66R =12.52 计算表格如下： 项目 单位 0.25R 0.6R b m 0.911 1.252 K 1 634 207 K 2 250 151 K 3 1410 635 K 4 4 34 A 1 2405.796 860.694 Y 34432.5968963.919 K 5 82 23 K 6 34 12 K 7 41 65 K 8 380 330 A 2 1213.714 1020.000 K(铝镍青铜）1.179 1.179 X 0.262 0.160 tmm193.81193.811标准t' mm 183 104.2 校核结果 不满足 满足 实取桨厚度mm194110.5实际桨叶厚度按t 1.0R =0.0035D=16.1 mm 与t 0.25R =194 mm 连直线决定，结果如下： t 0.2 t 0.3 t 0.4 t 0.5 t 0.6 t 0.7 t 0.8 t 0.9 205.93 182.07158.21134.35110.4986.6362.7738.914.5 螺距修正毂径比不同对螺距的修正由，根据教材中图8-40查得桨轴直径d t =375mm ，毂径d h =(1.8～2.1)d t =675～787.5(mm)，取为785mm 则毂径比d h /D=785÷4600=0.171，故需对此项螺距进行修正：Δ(PD )B =110d ℎD ′−d ℎD=0.0009叶厚比不同对螺距的修正由于实桨厚度大于标准桨厚度，故需对厚度差异进行螺距修正. 设计桨 t b 0.7R =0.08660.9964∗1.263=0.0688标准桨 t b0.7R=0.01710.9964∗0.31075=0.05522 (取MAU4-55为基准螺旋桨)1−s =V ANP=0.6647Δ t b 0.7R = t b 0.7设− t b 0.7标∗0.550.54∗0.75=0.00973 Δ PD t=−2 PD 0(1−s )Δ t b0.7R=-0. 009修正后的螺距比为PD = PD 0+Δ(PD )B +Δ PD t=0.7+0.0009−0.009=0.6924.6 重量及惯性矩计算螺旋桨重量=1.720m。
螺旋桨材料为铝镍青铜，重量密度γ=7800kgf/m³；桨叶最大宽度bmax(1)叶片重量(未计及填角料的重量）每片叶重量=[1/3×R/10×∑(6)+0.166×0.02R]γ=1710.8 kgf式中0.166×0.02R是考虑桨毂至0.2R切面间的重量。