第9章 高速船型的阻力特性汇总
2012年高速艇设计--复习内容
一、绪论高速船定义：按照IMO《2000年国际高速船安全规则》1.4.30的定义，高速船是指最大航速等于或大于下述数值的船舶：V≥3.7▽0.1667m/s（式中：▽为满载排水量Δ对应的排水体积，单位m3；V为船舶满载排水量时以额定的最大持续推进功率在静水中航行所能达到的航速），可以看出：对于排水量不同的船，需要达到不同的航速才能称之为高速船。
高速船的分类：高性能船的分类方法有两种：一是按照船的流体力学支承原理来划分，可以分为水浮力型、水动升力型、气垫压力型、空气动升力型和复合型等五类高性能船；二是按照船身布局来划分，可以分为单体船、双体船和多体船等三类高性能船。
现按照第一种分类方法，对各类高性能船作一概括。
各类高性能船的分类见下图：(1)水浮力型高性能船这种高性能船虽与常规排水量船相似，利用水的浮力支承船的重量，但为减少水的阻力和波浪的干扰，其船体形状(因而浮力分布)不同于甚至大大不同于常规船。
属于这种高性能船的有圆舭型过渡型船、深V型船、高速双体船、穿浪双体船和小水线面双体船等。
(2)水动升力型高性能船利用高速运动的滑行面或水翼所产生的水动升力支承船的重量，其优点是升阻比高。
滑行艇和水翼船就是这种类型的船。
(3)气垫压力型高性能船依靠船底下封闭气垫的静压力，把船体抬离水面以减少水的阻力。
这种高性能船称为气垫船，主要分全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种。
(4)空气动升力型高性能船这种高性能船就是地效翼船，它凭借其翼化船身贴近水面高速运动时产生的水面效应，获得很高的气动力升阻比，能作超高速贴水(但不触水)航行。
(5)复合型高性能船将上述两种(或多种)流体力学支承原理加以复合而形成的新型高性能船，它兼有原型之长，而无原型之短，如水翼双体船、气垫双体船等。
二、单体高速船普通单体船与高速单体船的航行状态的差别：在《船舶阻力》课程中，已知一般排水型船，尽管按航速可以划分为低速船、中速船和高速船，但总的来说，所对应的速度范围较低，即使所谓高速船，其傅汝德数F N亦在0.35左右居多。
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。
第01章 总论概述
g(m/s2): 重力加速度。
与重力有关的现象都是由Fr决定的。例如，波浪运动， 船舶的兴波阻力等。Fr数大，表示重力的影响较小；反之 则大。
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傅汝德定律
根据相似定理船体兴波引起的兴波阻力系数：
Cw Rw f ( Fr ) 1 2S v 2
(1-10)
一定船型的兴波阻力系数仅是傅汝德数Fr的函数，当 两形似船的Fr相等时，兴波阻力系数Cw必相等，这称为傅 汝德定律。 如用下标s和m分别表示实船和船模参数，α=Ls/Lm是 实船与船模间的缩尺比。为保持傅汝德数Fr相同，则它们 的速度必须满足关系: v v vs v 由 s m 得到v m s 可以实现 gLs gLm Ls / Lm Ls=100m, Vs=20kn=10.28m/s;
等。
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实船试验
实船试验的目的是鉴定船舶的快速性是否达到设计要
求，同时最后验证理论研究、试验研究成果的准确性。而 实船长期使用的结果则是衡量快速性的最后标准。
实船试验的环境不容易控制，试验结果处理非常复杂， 耗费大量人力，试验费用昂贵。
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3.数值模拟方法
近年来，由于高速计算机的发展和数值方法的进步，
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雷诺定律
根据相似定理物体受到的粘性阻力系数：
Cv Rv f ( Re ) 1 2 v S 2
(1-7)
可见一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关。 当雷诺数Re=Lv/υ相同时，两个形状相似物体的粘性阻力 系数必相等。 作为特例，深水中顺着平面本身运动的极薄平板受到 的阻力仅为摩擦阻力Rf，平板的无量纲阻力系数表示为：
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2.试验方法
试验方法包括船模试验和实船试验。
船模试验是按照相似理论(因次分析)制做小尺度的船 模和桨模，在拖拽水池中进行试验，用试验数据预报实船 阻力。许多优良船型或重要船舶几乎都要进行船模试验。 在船舶快速性研究史上，船模试验一直是最主要的方
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二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二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
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。
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。
高速艇性能2
船舶性能
1.
船舶技术性能分成：营运性能和航海性能；
营运性能只是表征给定类型船舶的性能，如用途、航区、 航程、装载能力和空间地位等，主要反映在使用效能 （运输质量、营运组织的方便性、灵活性）及经济性 （建造、营运）方面； 航海性能通常表征所有船舶，不论其用途如何， 为如下性能的总和：浮性、快速性、稳性、抗沉性、适 航性、操纵性等。
断级滑行艇是指艇底中部有一个断级，由两 个滑行面支撑。流体动力性好，适合更高的 速度范围。但是耐波性不如无断级滑行艇。
无断级滑行艇的设计
无断级滑行艇
无断级滑行艇的设计
滑行艇艇体形状： 底面平坦型、高速圆舭型、高速折角型
无断级滑行艇的设计
无断级滑行艇的设计
最常见的不带断级的V型艇
艇体形状和载荷参数
遮蔽航区： 沿海海岸与岛屿，岛屿与岛屿围成的遮蔽 条件较好、波浪较小的海域。在该海域内岛 屿之间、岛屿与海岸之间距离不超过10n mile；或在距岸不超过10n mile的水域，并 限制在风级不超过6 级（蒲氏风级）且目测 波高不超过2m 的海况下航行。
内河航区： 内河A级航区、内河B级航区、内河C级 航区。航区级别规定的浪高h的范围为： A级：1.5m<h≤2.5m；蒲氏风级5级 B级：0.5m<h≤1.5m；蒲氏风级4级 C级：h≤0.5m。
面积系数、长宽比、LCG对阻力影响
高速阻力随着长 宽比减少而显著 降低，V型艇在 《2.3采用瘦长型， LCG位置过分靠 后会纵向不稳定， 适用范围在面积A 型心后0%-10%L 区间。
斜升角变化对阻力影响
斜升角增加，湿表面增加； 斜升角增加，阻力增量45%为兴波阻力， 55%为摩擦阻力 斜升角增加，阻力增大，航向稳定性增加， 转弯内倾斜，减少颠簸和拍击。 海船深V尾板斜升角10°， 内河普V尾板斜升角1°~4°。
船海本科船舶原理主要知识点
《船舶阻力》和《船舶推进》主要知识点1、掌握快速性的概念。
2、掌握船舶阻力和船体阻力的成因和分类。
3、掌握雷诺数和傅汝德数的概念。
4、了解雷诺定律和全相似定律，掌握傅汝德定律（含比较定律）和傅汝德假定。
5、掌握形似船和相应速度的概念。
6、掌握船行波的组成和兴波阻力的成因。
船行波分为为：首横波和首散波；尾横波和尾散波。
兴波阻力的成因：体在静水中运动过程中兴起波浪，由于波浪产生，改变了船体周围的压力分布情况7、掌握兴波阻力的特征。
8、了解兴波干扰的预测方法。
9、掌握减小常规船型兴波阻力的方法。
1、选择合理的船型参数2、造成有利的波系干扰，常见的是采用球鼻首。
3、设计良好的首尾形状。
10、理解摩擦阻力的成因。
当船体运动时，由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从而使船本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的摩擦阻力13、掌握船体表面弯曲度和表面粗糙度对摩擦阻力的影响（含形状效应和表面粗糙度补贴系数的概念）。
14、理解减小摩擦阻力的方法。
1、减小船体表面湿面积：从船体设计本身考虑，选择合理的船型参数，特别是主尺度的确定要恰当；减少不必要的附体等，或尽量采用表面积较小的附体。
2、减少表面粗糙度：在可能范围内使船体表面尽可能光滑。
15、理解粘压阻力的成因和特征、了解降低粘压阻力的船型要求。
成因：引起船体前后压力分布不平衡而产生。
1、应注意船的后体形状。
2、应避免船体曲率变化过大。
3、前体线型应适当注意。
对于低速肥大型船，采用球鼻首有可能减小舭涡所形成的粘压阻力，另外球鼻球这此类船有一定的降阻作用。
18、理解三因次法与傅汝德法的主要差别。
19、掌握附体阻力的主要成分和附体系数的概念。
20、掌握空气阻力的主要成分和空气阻力百分数的概念。
21、掌握汹涛阻力、储备功率和储备功率百分数的概念。
22、掌握优良船型含义及船舶分类（按傅汝数分类），及其主要的阻力成分。
23、理解排水量长度系数对阻力的影响规律，掌握最佳船长的概念。
船舶阻力与船舶推进
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给。
这种由于船体运动不断兴波而耗散能量所产生的阻力称为兴波阻力。
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。
首部水压力尾部水压力补充：牛顿内摩擦定律dv dyτμ=。
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，使首压力大于尾压力。
高速双体船的总体性能
高速双体船的总体性能摘要：顾名思义，我们一般把由两个单船体横向固联在一起而构成的船称为双体船。
高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；双体船不仅具有良好的操纵性，而且还具有阻力峰不明显、装载量大等特点，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。
以船舶结构力学、静力学、流体力学为基础，运用计算方法，简单分析高速双体船的结构性能，从而证明双体船在未来的实用性。
关键字：高速双体船；结构力学；结构性能；结构材料随着科学技术的发展和生活水平的提高，以及军事应用方面的要求，高性能船在世界上获得了蓬勃的发展。
在50至60年代，水翼船优先得到了发展；在60年代中后期，气垫船进入使用领域，占领了部分水上高速客运市场；在70年代后期，高速双体船迅速崛起，并在北欧地区首先得到发展，澳大利亚后来居上。
据并不完全统计，目前全世界已有40多个国家和地区的200多家公司经营水上高速客运业务。
双体船作为高性能船舶的重要成员之一，其发展尤其令人瞩目。
高速双体船是一种集优良的耐波性、快速性、稳性和回转等各种航海性能于一身的高性能船型。
它既保留了小水线面双体船的低阻，高耐波性及常规双体甲板面积宽敞的优点，同时融会变通了深V船型的特点，克服了小水线面双体的片体无储备浮力、空间狭小和要求复杂的航态控制系统和传动系统等缺点克服了常规双体船的片体干舷高储备浮力过大，对波浪响应敏感，船体纵摇和摇周期接近，易出现“螺旋状”摇摆而引起乘客不适等缺点。
1.高速双体船的性能特点[1]双体船，即由两条船型一样，尺度相同的船体又名片体，中间采用连结桥将它们连结起来的一种船型。
这类船舶的一大特点是甲板宽敞、平坦。
在每个片体尾部各装一台主机和推进器石直线航行时，左右两只螺旋桨可同时运转发出推力。
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
《高速艇性能》课件
稳定性与舒适性
稳定性
表示高速艇在各种航行条件下保持稳定的能 力。
稳定性与舒适性影响因素
艇体设计、材料选择、减震降噪技术等。
舒适性
表示高速艇在航行过程中乘员的舒适感受。
稳定性与舒适性要求
根据使用场景和乘员需求，选择具有良好稳 定性和舒适性的高速艇。
04
高速艇的推进系统
发动机类型与选择
汽油发动机
具有较高的功率和转速 ，适用于高速航行。
高速艇的应用场景
01
02
03
高速运输
高速艇在短途运输中具有 明显优势，能够快速地将 人员和货物送达目的地。
旅游观光
高速艇外观美观、速度快 ，适合用于旅游观光，提 供给游客更好的观赏体验 。
水上运动
高速艇也常用于水上运动 ，如冲浪、滑水、摩托艇 等，提供给运动爱好者更 好的体验。
02
高速艇的设计与制造
为了减轻重量，提高速度，高速艇的 材料选择还需考虑轻质化，如碳纤维 复合材料等。
耐腐蚀材料
由于高速艇长时间处于水环境中，因 此需要选择耐腐蚀的材料，如防锈铝 合金、防腐蚀涂料等。
高速艇的制造工艺
精密铸造
精密铸造是制造高速艇的重要工 艺之一，能够制造出高精度、高
质量的艇身部件。
焊接工艺
焊接工艺是连接艇身各部件的重 要手段，要求焊接质量高、强度
航程
航程
表示高速艇在满载情况下能够连续航行的最大距离。
影响因素
艇的油耗、推进系统效率、艇体阻力等。
航程考虑
在选择高速艇时，需根据使用需求和航线考虑合适的航程，确保满 足实际需求。
载客量
载客量
表示高速艇设计的最大乘员数量。
船舶阻力——精选推荐
船舶阻力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。
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。
6. 船舶总阻力Rt：摩擦阻力Rf，压阻力Rp。
压阻力Rp：粘压阻力Rpv，兴波阻力Rw。
粘性阻力Rv：摩擦阻力Rf，粘压阻力Rpv。
船体总阻力Rt：粘性阻力Rv，兴波阻力Rw。
7. Rt=Rw+Rf+Rpv8. 对于Rpv的处理：（1）Rpv+Rw=Rr剩余阻力（2）Rpv+Rf=Rv （粘性阻力），则有Rt=（1+k）Rf+Rw9. 阻力相似定律：（1）粘性阻力相似定律----雷诺定律-------Cr=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-----Cw=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。
Rws?s=Rwm?mFr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------Ct=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4×106~3×108，其对应的流动状态是湍流边界层。
4. 光滑平板层流摩擦阻力系数公式（速度为对数分布的计算方法）（1）桑海公式：Re∈106~109时，Cf=(lgRe)美国（2）柏兰特-许立汀公式：Cf=(lgRe)2.58 ---------欧洲（3）ITTC：Cf=0.075(lgRe?2)20.4550.4631 --------我国5．船体表面弯曲度+表面粗糙度对Rf的影响6. 船体表面粗糙度：（1）普遍粗糙度（又称漆面粗糙度），主要是油漆面的粗糙度，壳板表面凹凸不平等。
高性能船水动力原理与设计总结
高性能船水动力原理与设计”思考题及部分答案整理1.何谓高性能船,其特点是什么答：具有高水平的综合航海性能,以及具有完善的满足其使用要求的船舶功能,这样的船统称为高性能船舶;特点：航速高；优良的耐波性能；载运能力较大；经济性好；优美的造型和舒适的舱室空间环境;2.高性能船的种类有哪些,其中哪些是排水型船哪些是水动力支撑哪些是空气动力支撑答：小水线面双体船；滑行船；水翼艇；气垫船；地效翼船;排水型：小水线面双体船；穿浪双体船;水动力支持：水翼艇;空气动力支持：气垫船；地效翼船;3.船型和兴波阻力的关系P9理论分析和实验表明,在固定的船体参数条件下,舶型的改变对兴波阻力的影响很显着,其中影响最大的是横剖面面积曲线形状,其次是肋骨线型;船型设计的主要着眼点之一就在于寻求使兴波阻力最小的船型;对于高性能船,兴波阻力与船体的线型密切相关,其线型设计需要能精确的计算其兴波阻力;4.线性兴波阻力理论在船型设计中的作用当船型参数中船宽B与长度L之比和船宽B与吃水T之比都很小时,就称此船型为薄船,由薄船建立的兴波阻力理论称为薄船理论;吃水与船长和吃水与船宽的比值都很小的船型称为扁船,由扁船所建立起来的兴波阻力理论称为扁船理论;对普通的船来说,宽度和吃水与长度相比都很小的,可近似看成细长船；用细长船建立起来的兴波阻力理论称为细长船理论;米切尔积分计算兴波阻力;5.船型的概念,船型包含那些内容P9所谓船型它包括两个方面的内容：一是表征船体形状的特征参数即尺度和系数二是船体形状即线型横剖面面积曲线形状沿船长方向变化肋骨线型首尾端轮廓线形状;6.随体积傅氏数变化,船舶的航态如何变化,如何划分三种典型航态答：用体积傅氏数表征船舶的相对速度,船在航行时在垂直方向上的平衡关系为：1排水航行状态:当0<Fr<1,流体动力占的比重极小,航态与静浮时变化不大,这一状态的船统称为排水型船;2）过渡状态:当1<Fr<3,船首上抬较大,船尾下沉明显,船体明显尾倾,流体动力明显增大,垂向动力不可忽视,排水体积较静浮力时明显减小;3）滑行状态:当3>Fr,船体被托在水面上航行,仅有一小部分船体和水面接触,吃水减小,静浮力减小,艇体几乎完全由流体动升力支持;瘦长船舶：船的长宽比较大的船舶,尤其是高速排水式的船和瘦长船型最为接近;船型：包括船的外观形状,尺度,特征参数以及型线;7修长度对高速排水型船的影响对体积付氏数大于3的情况如何8.影响耐波性的船型参数有哪些图2-4P101贝尔的耐波性品级指标中影响耐波性的船型参数有哪些2莫尔在研究船型与耐波性的关系中,影响纵向运动的船型参数有哪些答：1有6个参数：中前水面面积系数CWF ；中后水面面积系数CWA；吃水船长比T/L；C/L,其中C为龙骨截至点至首垂线距离；中前竖向棱形系数CVPF ；中后竖向棱形系数CVPA;2由纵摇角有义值公式可知有如下几个参数：水线面系数Cw,方形系数Cb,浮心在中横剖面前的纵向位置相对船长的百分比LCB,船长比船宽L/B,船长比吃水L/T,实船纵向质量惯性半径Ryy;9.常用高速方艉圆舭排水型船阻力计算方法有哪些图谱方法有哪些P16图谱运用范围答：有图谱法和回归分析法;图谱法有:英国皇家物理实验室的高速圆舭NPL系列图谱法；原苏联的方尾图谱法,瑞典SSPA高速小型排水型艇系列;10.单体圆舭高速船的船型特点答：书13页1船的长度较长;长度系数ψ＝L/ v1/3的增大对于快速性还是耐波性来说都会有好处,增大船体的瘦长比使静水阻力和波浪阻力都能减小;瘦长比为10的极瘦的船即使是在高海情下,速度损失也不会超过5%;2船底横向斜升角较大,向深V发展. 船底升高越大,冲击加速度越小;3船的排水体积和重量后移;4干舷适当;首部较尖水线进角较小的艇,因储备浮力比较小,首部干舷往往需要加大;这有利于保证避免甲板的上浪和淹湿;11.方艉船型的水动力特点答：随着航速的不断提高,方艉船的尾部水流的流动情况也在不断地变化;在低速时,因为方尾尾部水流不能沿着船体的底部和两侧向后迅速脱离开船体,所以在尾后形成大量的漩涡;在Fr>的高速时,船尾部的水流具有足够的动能以克服粘性的影响而迅速脱离船的尾部;方尾尾板之后不再出现漩涡,而是船侧和船底的水流在船后某个位置发生交汇,形成“空穴”;这段长度称为“虚长度”,相当于增加了船体长度,使船体的修长度系数加大;同时,又使船长Fr数减小;可以减小兴波阻力,从而降低兴波阻力;12.方艉船型的特征参数b/B,β及其对水动力性能的影响P24答：相对尾板宽度b/B和尾封板底部横向斜升角β都是表达方尾特征的船型参数,反映方艉船后体收缩程度的无因次量;b/B越小,β越大,则方尾的尾板面积越小,说明船的后体相对尖瘦,这在低速时对减小船体的粘压阻力有利；反之,即收缩程度越大,则在高速时对减小船体的兴波阻力有利;低速时后体的收缩程度直接影响到漩涡水流区域的大小,高速时,会影响到“虚长度”的大小;13.方尾船虚长作用14.为什么深V船型的耐波性好P32答：深V型船的砰击概率要比与它相当的圆舭型船低得多,这主要是因为深V型船吃水深,尖舭的折角线无论是对横摇运动还是纵摇运动都有更大的阻尼作用,因此在同等情况下横摇幅度和纵摇幅度均比一般圆舭船小;同时,由于横向斜升角越大,吃水较深,对减小纵摇运动幅度有利;深V型船的后体均保持有较大的底部横向斜升角,这使得其纵摇轴更接近于艇的重心纵向位置;因此纵摇固有周期应当比常规的圆舭型艇要短,在风浪中更容易引起谐振;但由于纵摇轴移到舯部件,则不仅转动惯性半径减小而且转动力矩减小;可以认为这是深V 型船首部冲击加速明显减小的主要原因;15.单体深V高速船的船型特点P25答：①横剖面呈V字型,舭部呈折角尖舭形状,底部横向斜升角β≥20°,横剖线呈直线或近乎直线②首部附近的龙骨下沉到基线以下即反向龙骨坡度,甚至形成类似于球首的形状,横剖面更加升V③整个后体横剖面底部斜升角β设计成不变或几乎不变,以增加尾板附近的升沉和横剖面积④后体设有短舭龙骨和尾鳍⑤船体形状简单,易建造;14.试比较深V船型与常规圆舭船型的水动力特点P30答：①阻力：随着航速的升高,深V船型的尾倾比圆舭型要好,且低速时浅水阻力要好,说明升V船型在浅水中达到的航速比圆舭型船要高②耐波性：与圆舭型船相比,深V船型斜升角大于20度,发生的纵摇较小,垂向加速度较低,顺浪时显着减小了首摇,因而具有非常好的航向稳定性③稳性：由于横剖面呈V型,在舭中型深相同的时,深V型船比圆舭型船重心要高,但深V型船有较大的型宽和丰满的水线面,因此稳性好得多;15.画出典型圆舭和深v船型横剖面图;16.SSB的作用P33答：①SSB首增大了船舶的阻尼力和静回复力,减小了纵摇运动②SSB船型在短波时对升沉幅值的响应低于常规船型,在长波时则相反③SSB带有固定的减纵摇鳍,明显减小纵摇和升沉17.据试验结果,书P34~37分析不同参数的SSB首对阻力和耐波性的影响;答：形状变化对其运动影响：随着剖面宽度的依次增大,纵摇的的幅值和加速逐渐减小;深度的影响：改变SSB的浸水深度对减小船的剩余阻力有明显的效果,但对运动性能影响不大;18.高速双体船的船型特征及其优缺点P38答：普通双体船是由两个对称的,具有相同线型且平行布置的水下部分片体组成;两片体在水面以上由连接桥牢固的连接在一起,连接桥的底部距水面有一定高度,用特殊形状的外板来封底;优点：①片体的长度系数和长宽比较大,航速较高时仍能保持低兴波状态,明显减小兴波阻力和形状阻力,因此具有良好的快速性②良好的居住条件和宽敞的甲板面积,能有效降低自重和造价③稳性好静水中横摇衰减快,则在不规则波上摇摆消失得快④两螺旋桨轴线和片体间距较大,因而双体船具有良好的操纵性和机动性⑤受侧风时比单体船产生的横漂小⑥双体船推进器位于片体的中纵剖面上,处于船体的伴流中,浆效更高⑦双体船稳性好,卸货时不必严格按配载表进行;缺点：①片体间存在兴波干扰,增加了阻力②湿面积大,片体间绕流速度高,因此摩擦阻力较大③船壳面积大,相同载重时排水量较大,从而增加了阻力;19.高速双体船的阻力特性,分析两片体间干扰阻力产生原因P39答：Rt=R+Rr+△R,其中△R是两片体间的附加干扰阻力,它是由兴波干扰和粘性干扰组成,f是双体船特有的阻力成分;其中波系干扰既发生于首、尾横波系间,也发生于不同片体的散波系;双体船两片体的散波在中心线处发生交汇而产生干扰;双体船的片体绕流与孤立的片体的绕流之差别是前者为非对称的,由于内侧的绕流受到两片体的挤压,流速明显增大,只是片体内侧的边界层厚度发生变化,甚至导致漩涡而产生粘性干扰;20.亚浪板和阻流板intecepter的作用21.临界速度和无效干扰速度概念,画出典型普通高速双体船的兴波阻力曲线并分析其特点P42答：临界速度：对两个并列的片体研究表明,Fr=是区分低速双体船和高速双体船的临界航速Frc;无效干扰速度：船模试验表明,存在一个傅汝德数Fr0,当Fr>Fr0时,则高速双体船片体间的兴波处于无干扰或有利干扰状态;阻力曲线略曲线分析如下：对于Fr<Frc=的低临界速度区域,双体船在低兴波状态下航行,兴波阻力虽然较小,但兴波干扰现象严重,在剩余阻力曲线上呈现有剧烈振荡的峰谷点；当Fr>Frc=时,双体船的兴波阻力随着航速的增加而降低,此时兴波阻力曲线上的微小波动主要是由于片体间的散波干扰所引起,横波的干扰始终处于有利的状态;22.分析修长度系数及片体间距对双体船阻力影响P43~45答：1、修长度系数增加使片体间的阻力干扰减弱,特别是使片体间的兴波阻力附加干扰减弱;可见双体船型适合于高速航行;当设计的双体船必须采用较小的片体间距时,其片体尺度和船型系数的确定应利用行波干扰特性以获得最小的兴波阻力是完全可能的;2、双体船的兴波附加干扰阻力与片体间距有关,片体间距决定了两个片体间散波交汇点的位置及横波的重合程度;片体间距越大,则散波交汇点的位置越推向船后,横波的重合度越小,片体间的兴波干扰越小;23.如何估算双体船阻力有哪些方法P51答：1、阿尔费里耶夫高速双体船剩余阻力图谱2、利用双体母型资料和影响系数估算双体船的阻力3、利用单体母型船资料和图谱估算双体船的阻力;23.试分析双体船航行升沉与纵倾变化的特点,设计中如何计及其影响在Fr=~的范围,由于片体干扰的结果使双体船的纵倾角比单体船明显增大.而片体间距越大,干扰效应影响越小,双体船的纵倾越接近单体船的情况. 在这个航速以外,干扰影响很小.同时还发现: 干扰对纵倾影响最严重的速度范围也正是在相对应于阻力干扰最不利的航速范围.在的速度范围,双体Fr<船的下沉值比单体船要大,而且随着航速增大而增大, 在Fr= 附近达到极大值.在Fr<的低速和中速范围, 对于双体船必须要考虑由于船体过大的下沉所需要增加的干舷值和连接桥底部与水面的最小间隙值, 这是与单体船所不同的.当Fr>时随着片体长宽比的增大,无论是双体船还是单体船它们的航行纵倾角将随着Fr的增大而减小,而在Fr=附近船体的下沉也将有所减小.24.为什么双体船会发生螺旋运动双体的存在使小水线面双体船的横向尺度增大、横向尺度与纵向尺度很接近, 所以使双体船的横摇固有周期与纵摇固有周期也很接近;这样, 船舶就容易发生横摇与纵摇的耦合运动, 使乘客感觉仿佛船舶在作“螺旋”运动;人们生理上对这种运动感觉极不舒服, 极易产生晕船;25.小水线面双体船的船型特点答：SWATH的主船体是由两个相同的片体和一个横向连接桥组成;连接桥不与睡眠接触,但它可以提供全部的使用空间和较宽的水线面积;SWATH的片体可以分为上下两部分;上部分为支柱,它穿过水表面,其水平剖面为一窄长的对称翼剖面,下部称为下体或潜体,它是一个细长体,其横剖面一般是圆形,或椭圆形,或由不同半径的圆弧和直线组成的横截面;26.小水线面船优缺点盘5答：一、主要优点：1、在高航速时,静水阻力性能和波浪中阻力性能好;2、推进效率高;3、耐波性能好,能在恶劣的海况下平稳的航行;4、具有宽广的甲板面积和充裕而规整的使用空间,有利于总体布置;5、低速时船的回转性较好;6、建造成本低,建造周期短;7、静稳性好,具有较强的生存能力二、主要缺点：1、湿面积大,摩擦阻力较大;2、船体结构重量比相同排水量的单体船要大;3、SWATH的吃水和船宽要大于相当排水量的单体船;4、由于要保证较高航速时的纵向运动的稳定性,SWATH均需要安装前后稳定鳍及其控制系统;5、回转半径较大;6、对小型SWATH来说,由于下体横向尺寸的限制,推进系统的安装比较复杂;7、舾装、辅机设备数量较多,要求高,重量大;的性能特点P77答：1、快速性方面：首先是双体之间的兴波干扰以及由此而引起的对兴波阻力大小和变化规律的影响；其次是由于双体对片体间的水流产生“阻塞”效应,不但增加了水流的速度,而且也引起了横向流动,使水流复杂化;2、耐波性方面：双体的的存在使小水线面双体船的横向尺度增大、横向尺度与纵向尺度很接近,所以使双体船的横摇固有周期与纵摇固有周期也很接近;这样一来,船舶就容易发生横摇与纵摇的耦合运动,使乘客感觉仿佛船舶是在作“螺旋”运动,极易晕船;但采用稳定鳍等减摇设备后,这种耦合运动并不严重;3、片体细长引起的问题：由于片体排水体积的主要部分被分布在距水面较远的主体中,所以船作摇摆运动时的兴波阻尼较小;这样粘性引起的阻尼将与兴波阻尼属于同一个数量级而在运动特性计算时必须计入;在运动性能分析计算时考虑粘性阻尼的影响是SWATH性能研究的一个特点;而单体船运动性能计算时一般都忽略粘性的影响;4、纵向运动稳定性问题：SWATH由于其水线面面积很小,与单体船相比,其纵向静复原力矩也很小,不足以平衡高速航行时作用在船上的水动力纵倾力矩和其他干扰力,所以其纵向运动是不稳定的;5、横向波浪诱导载荷问题：对于SWATH来说,其横向强度是结构强度问题的首要内容;这是因为片体形状窄长,而侧向面积又相对较大,故横向波浪诱导载荷较大;这样,保证横向连接桥本身的结构强度和它与支柱连接处的结构强度应该是SWATH结构设计首先要考虑的内容;的快速性特点,单支柱SWATH兴波阻力公式中包含那些部分双支柱呢答：1、单支柱SWATH兴波阻力公式中包含六种成分：左右支柱兴波、两主体兴波、同一侧支柱—主体间的干扰、两主体间的干扰、左右支柱间的干扰以及不同侧支柱—主体间的交叉干扰;2、双支柱的兴波阻力公式中,除了以上单支柱包含的成分外,还有：同一侧两支柱间的兴波干扰、首支柱—主体间的干扰、尾支柱—主体间的干扰以及不同一侧支柱—主体,支柱—支柱之间的交叉干扰等;29.为什么称小水线面双体船是全天候船舶,试分析其耐波性能小水线面双体船在高航速时,静水和波浪中阻力性能好推进效率高耐波性能好,能在恶劣的海况下平稳的航行;故称小水线面双体船是全天候船舶;①波浪中运动的幅值和加速度均大大小于相当排水量单体船②垂荡、纵摇、横摇运动的自然周期较长;这样,有可能避开了不规则海浪中出现最频的谐波的周期,从而降低了在海上的运动响应,也有助于提高船员和旅客的舒适感;③比较易于使用较小面积的鳍消减纵摇;SWATH因为水线面极小而且水线长度小,故引起纵摇的波浪扰动力矩较小,可以利用稳定鳍减其纵摇运动;30.为什么小水线面双体船纵向运动预报要考虑粘性响P86由于片体排水体积的主要部分被分布在距水面较远的主体中,所以船作摇摆运时的兴波阻尼较小;这样粘性引起的阻尼将与兴波阻尼属于同一量级而在运动特性计算必须计入;一些船模试验测量结果已证实了这样处理的必要性;31.为么小水线面船通常纵向运动不稳定如何改进P77答：因为较小的水线面及深潜的下体使SWATH得纵向恢复力和力矩远比常规单体船的小,容易产生较大的纵向运动;有效的改进办法是：在两个片体首、尾端的内侧增设主动或被动的稳定鳍;32．鳍的作用及其对耐波性影响P88答：鳍的作用主要是为了消减SWATH的纵摇运动;鳍对耐波性的影响：1设置鳍有利于提高SWATH的耐波性,尤其是有利于减小艇的运动幅度;2鳍的纵向位置对SWATH的耐波性影响不大;3鳍尺度对SWATH纵向运动的影响较大;鳍的尺度越大,鳍所提供的有利纵向恢复力和力矩也就越大;4首鳍和尾鳍的联合使用比单独使用更有利于改善SWATH的耐波性;33.为什么小水线面双体船纵向运动预要考虑粘性影响由于片体排水体积的主要部分被分布在距水面较远的主体中,所以船作摇摆运时的兴波阻尼较小;这样粘性引起的阻尼将与兴波阻尼属于同一量级而在运动特性计算必须计入;一些船模试验测量结果已证实了这样处理的必要性;34．WPC的船型特点,画出典型WPC横剖面形状答：WPC的体积弗洛德数一般在～之间,修长度系数在～之间有阻力选择;船体船的片体基本上都选用尖舭深V形式,首龙骨可下沉到基线以下;WPC的航速较高,而且通常在尾部安装喷水推荐装置,所以它的尾端必须采用方尾;浮心纵向位置与航速有关,Fr越低,则LCB的位置越靠前;连接桥有直壁式和拱形两种形式;中央船体在首部的龙骨采用下垂的形式,可缓和在大波浪中中央船体首底部所受到波浪的砰击,同时可以提供储备浮力;35．如何选择WPC的横剖面形状尾端形状及首端形状答：1、横剖面的选择：为了增大片体首底部的横向斜升角,一般采用首部龙骨下沉的方式; 双折角线适用于有较大的舱容以及较低的巡航傅汝德数要求等;单折角线适用于较小的排水量和较高的相对速度的船舶;2、尾端形状的选择：对于排水量小、高速的WPC,取大的收缩系数和较小的横向斜升角β值可获得较大的虚长度和动升力,提高快速性;对于排水量大、低速的WPC,为提高耐波性,可取较小的收缩系数和较大的β值;3、首端形状的选择：采用极深V形的横剖面形状,龙骨可下沉到基线以下;WPC的水线半进角可取为7o~11o;对高速轻型WPC水线半进角可减小到6o以下,这样可以使丰满的型线在船舯附近开始,以获得较小的方形系数;36 ．影响WPC性能的主要船型参数有哪些并分析之;答：1、片体的长度系数和长宽比;当WPC的容积傅汝德数在~之间,修长系数在~之间时可获得较好的阻力性能;2、横剖面的形状;从提高耐波性的角度来考虑,WPC的片体几乎都采用尖舭深V形式,其水面以下的横剖面的形状与单体深V船型没有什么区别;3、艉端形状;WPC的航速较高,而且通常在尾部安装喷水推进器,所以它的尾端必须采用方尾;4、首端形状;片体首端通常采用极深V形的横剖面形状,龙骨可下沉到基线以下,以增加首部横剖面的深V度或形成SSB形首;这样可增大阻尼,避免艇首底部出水,从而减小波浪的拍击;5、浮心纵向位置LCB;由于WPC航速较高,浮心纵向位置对艇的性能将产生不可忽略的影响;如果Fr越低,LCB的位置越靠前;的快速性和耐波性特点答：快速性特点：与单体船相比,低速时WPC的静水阻力波动现象较为明显而且阻力值比单体船型要高;显然WPC不适合在低速时航行;高速时,不仅静水阻力小而且波浪增阻也小,证明了WPC在风浪中具有高速航行的能力,而且航速越高越能发挥WPC的性能优势;耐波性特点：在低速时,WPC的运动性能与单体船相当,波浪增阻明显小于单体船;在高速时,WPC的阻力和运动性能明显的优于圆舭和深V型船,这证明了WPC高速和高耐波性能的优势;38．比较WPC和WPM中央船体带SSB的阻力和运动性能.答：1对于WPC,由于片体间的兴波相互干扰,船的阻力曲线上总存在有明显的阻力峰现象;只有当间距很大时,这种不利的干扰才会减弱;但是片体间距太大会对连接桥的强度不利Fr=附近不利干扰很强,剩余阻力达到峰值;当Fr>时以后剩余阻力进入有利干扰;所以对于WPC,设计傅汝德数Fr一般应取在以后,才能获得有利的阻力性能;2对于WPM,试验表明在相同的排水量情况下,由于半潜体的存在使双体船的阻力峰大大消减;穿浪三体船总阻力的减小主要是由于剩余阻力大幅度地减小,特别是在Fr=附近的不利干扰得到明显改善;虽然三体船的湿表面积有所增大,摩擦阻力也有增加,但是整个航速范围内的总阻力都有所减小;3有耐波性试验数据可知,与WPC相比,WPM的某些耐波性指标有明显的提高;特别是船体的纵摇有进一步的改善;试验表明,中央船体上加装半潜体能够改变船体摇荡和首尾升沉加速度峰值的相位及幅值,相位向高频方向移动而幅值有所降低;说明WPM耐波性的综合水平较优,而且阻力性能也比WPC好得多;WPM在波浪中航速越高,耐波性越好;39．高速三体船的船型特点答：三体船的修长系数要比单体船大得多,由于中央船体的水线面相当瘦长,所以横稳心半径要减少一半以上;因此三体船的两个侧船体的主要功能是用来增加横稳性的;三体船的长宽比约为14：1,这对于降低兴波阻力是特别有效的,而且船体的湿表面积增加不多,因此三体船的总阻力要比双体船还小,特别是高速时能有效地提高快速性;。
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187第九章 高速船型的阻力特性高速船，又称高性能船，是当前世界造船事业的热门课题。
这些船舶无论在军用上，还是在民用交通运输方面都占有相当重要的地位。
世界各国十分重视对各种形式高性能船开发与研制，高速船被预言是“21世纪海上主要的运输工具之一”。
本章仅简要介绍那些应用较广或颇受有关方面关注的某些船型以及它们的阻力问题。
§ 9-1 船舶航行中的航态与高速船种类由于各类船舶所处的航速范围不同，所以航行中的航态亦各不相同。
航态变化往往与阻力特性的变化联系在一起，通常的排水型船舶由于其航速处于排水航行状态，航态变化极小，所以通常不考虑航态对阻力的影响。
但对各种快艇而言，航态对阻力的影响相当重要，因此在讨论阻力特性时必须与航态联系在一起。
一、船舶航行中的航态有关研究表明，船舶航行中的航态有时会对阻力特性产生较大的影响。
一般说来，船舶在航行时的航态与静浮状态是不相同的，而且航态随航速变化而变化。
根据已有资料表明：船舶在航行过程中，船体各部位的吃水较静浮时将发生变化。
图9-1是巴甫连柯根据试验给出的船舶在不同速度下，船首、船尾和重心处的吃水变化情况，其中速度参数为：Fr ▽＝3/1s gυ∇(这里▽为排水体积，Fr ▽ 称为体积傅汝德数)。
船舶航行过程中，伴随有航态变化，即在垂直方向出现运动和位移，表明其不但受到静力作用，而且必然存在着流体动力的作用。
设Δ为船体排水量，▽为船体静浮时的排水体积，▽1为船体在航行过程中的排水体积，L 为沿垂直方向作用在船体上的流体动力或称升力。
则船体在航行时，沿垂直方向的受力关系为：L ρ+∇⋅=1g Δ (9-1)实际航行表明，根据船舶的Fr ▽值，所有水面船舶大致可以划分为三种航态：(1) 排水航行状态：当Fr ▽＜1.0，此时航速较低，流体动力所占比重极小，船体基本上由静浮力支持，船体航态与静浮时变化不大。
下沉图9-1 船舶运动中的航态与Fr ▽的关系因而可以认为L/Δ→0，▽1≈▽。
在这个速度范围内的各种船舶，它们的阻力问题可以认为与航态无关。
大多数的民用船，都是属于这种航态的船舶。
所以，在这一航速范围内的船舶，又统称为水面排水型船舶。
(2) 过渡状态：在1.0＜Fr▽＜3.0，此时随航速增高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。
在这种状态下，流体动力较排水航行状态明显地增大，船的排水体积趋于减小，即▽1＜▽。
在该速度范围内的各种船舶，它们的阻力特性与航态关系较密切，如高速炮艇、巡逻艇、交通艇都是这种航态范围的船舶。
这些船舶流体动力L占支持艇体的总浮力的比重不可忽视。
但航态基本上处于排水型状态。
故这些船称为高速排水型艇，或过渡型艇。
(3) 滑行状态：当Fr▽＞3.0 时，此时航速很高，船首、船尾的吃水变化很大，而且整个船体被上抬沿水面“滑行”，因此，处在这种航态下的船称为滑行艇。
滑行艇处在滑行阶段时，静浮力很小，艇体几乎完全由流体动力L来支持，即L≈Δ，而▽1→0。
高速摩托艇、鱼雷快艇及导弹快艇等均属滑行艇之列，滑行艇的阻力特性与航态的关系更为密切。
二、高速船的种类近年来高速船迅速发展，种类繁多，涉及面广。
特别是随着船舶航速的不断提高，航态和支持船体的流体动力以及船体相对于水表面的位置均会发生明显变化。
这些船舶除阻力性能外，对耐波性等其他航行性能均有更高的要求，因而也就相继出现了以不同原理、不同新概念发展而成的各类新型高速船，又称为高性能船舶。
1981年16届国际船模试验池会议将当时流行的主要高速船归纳为四类七种船型：(1) 单体高速艇：包括高速排水型艇和滑行艇。
(2) 水翼艇：按水翼相对于水面情况不同而分为全浸式水翼艇和表面割划式水翼艇。
(3) 气垫船：包括全浮式气垫船和侧壁式气垫船。
(4) 多体船：小水线面双体船。
由于新建高速双体客船数目逐年增加，因此，17届ITTC高速船委员会强烈推荐高速双体船应加入到高速船行列中去。
此后，由于高速船在世界范围内的迅速发展，冲翼艇(又称地效翼船)渐趋成熟，近年来甚至出现了以几种支持力互相组合的所谓复合型高性能船(Hybrid-hull)，可以断言，高速船的种类和范围，今后还将有进一步的扩展。
世界各国必将继续开发、研制新型的高速船。
§9-2 高速排水型艇的艇型和阻力性能常规水面船舶，由于所对应的航速范围较低，相应于Fr▽＜1.0，因此航行中的航态与静浮时变化不大，故这一类船舶又统称为排水型船舶。
但是，对于航速范围处于1.0＜Fr▽＜3.0的船舶，航态随航速变化显著，且阻力特性与航态关系甚密。
同时，其流体动力作用不能忽视，因此把这类船舶归于快艇范围。
然而，这类艇与处于滑行状态下的滑行艇相比存在本质的差别，其仍接近于排水型船舶，所以这类艇称为高速排水型艇或称过渡型快艇。
正因为如此，这种过渡型快艇不但具有本身的艇型特点，而且其阻力特性既不同于常规排水型船，亦不同于滑行艇。
188189一、高速排水型艇的艇型特点高速排水型艇的航态还是比较接近于排水型船舶，试验证明：当gL υFr / ＜0.6时，艇体湿面积变化并不很显著，但由于其航速较高，存在流体动力作用的影响，因此这类艇的艇型特点主要表现为：(1) 整个艇体较瘦长，L /B 较大；排水量长度系数和方形系数均较小，这是为了减小高速情况下的剩余阻力。
(2) 艇体剖面形状取圆舭型或称为U 形剖面居多。
因此这种艇又常称为圆舭艇。
由艇首向尾方向，剖面的横向斜升角迅速减小，甚至趋于零度。
(3) 首部比较瘦削，进流段的水线几乎呈直线，水线的进角较小。
目的为了减小兴波阻力。
(4) 艇体后体的纵剖线取微凸，对于Fr ＞1.0的艇则几乎呈直线。
(5) 尾部形状均采用方尾形式。
其最突出的优点在于增加艇体的“虚长度”以降低高速时的阻力。
图9-2所示为典型的高速排水型快艇的艇体线型，上述艇型特点的诸方面在图中均可得到显示。
二、高速排水型快艇的阻力特性高速排水型艇的航速较高，其航行中的航态现象及相应的阻力特性主要有：1．影响阻力特性的两种航态现象(1) 航行纵倾随航速变化。
高速排水型快艇航行中的纵倾和艇体各部位吃水变化必然对各种阻力成分，诸如摩擦阻力、兴波阻力以及飞溅阻力产生影响作用。
(2) 兴波和飞溅现象。
随着航速增大，除兴波现象外，还出现明显的飞溅现象。
因而高速排水型快艇的阻力除具有常规排水型船相同的阻力成分之外，同时还产生飞溅阻力。
2．典型的阻力曲线形状图9-3是高速排水型快艇和排水型船舶以及其它各种水面高速艇的阻力曲线比较。
由图9-3知，在低速情况，高速排水型快艇的阻力特性可以认为与排水型船基本上相同，实际上此时未出现飞溅现象，艇底水动力无甚影响的情况下，就阻力成分而言两者亦是相同的。
在低速时，由摩擦阻力占主要成分，排水型船的排水量长度系数较高速排水型快艇为大，对减少摩擦阻力有利，因而其相应的单位排水量总阻力R t /Δ显得小些。
190 随着航速增大，由于流体动力的作用，一方面出现飞溅现象；另—方面，在流体动力作用下艇体有所上抬，使兴波阻力有所减小，因此表现在阻力曲线随航速变化比较缓和。
如图9-3所示，在一定航速范围内(约0.45＜Fr ＜1.0)，圆舭过渡型快艇的阻力性能不但较排水型船低得多，而且较其它各种快艇亦要小。
如航速继续增大，—般认为，Fr ＞1.0时，圆舭过渡型快艇由于出现严重的飞溅，因此总阻力中飞溅阻力成分急剧增大，以致其阻力曲线随航速增加而变得更陡，正因为如此，一般认为圆舭过渡型快艇的适用范围在Fr ＜1.0。
3．剩余阻力系数曲线的特点高速排水型快艇的航速较高，因此剩余阻力在总阻力中占比重较大。
图9-4是亨许克(Henschke )试验所得的剩余阻力系数曲线。
由图知，不论艇的排水量大小如何，在Fr ＝0.50附近总是存在一个明显的阻力峰值区。
三、影响高速排水型快艇阻力的艇型因素格罗特(Groot )和亨许克等认为影响高速排水型快艇阻力的主要因素是：速度、长度和排水量。
如这些要素确定后，则阻力还受其它船型要素的影响，其中包括：横剖面形状，宽度吃水比(B /d )，棱形系数，水线面系数，船中横剖面系数以及浮心纵向位置等。
一般而言，当设计艇不能达到预定速度时，设法减少艇的排水量或增加艇体长度最为有效。
当然从设计质量更高的要求而言，其它参数应尽量选择恰当。
R t /ΔV/ L图9-3 水面快艇的阻力曲线比较 62.546.179.2Δ= 95.6 k g3C r ×10Fr1.00.80.60.40.2080604020图9-4 排水量对过渡型快艇的阻力性能影响1911．排水量及排水量长度系数的影响由试验证明：排水量对高速排水型快艇阻力的影响是很敏感的，图9-4是亨许克在不同排水量下的剩余阻力系数曲线，在曲线的峰值区内，排水量的变化将引起阻力显著的变化。
柏林水池的系列试验指出：在Fr ＞0.4时，由于排水量变化而引起的剩余阻力变化成1.6次方关系：6.12121⎪⎪⎭⎫⎝⎛∇∇=R R R R 其中，R R1和R R2分别为对应排水体积为▽1和▽2时的剩余阻力。
归纳所有资料，几乎一致认为排水量长度系数()310/ΔL C =∇是影响阻力的重要参数，有人甚至称为是唯一的影响因素。
显然该系数由△、L 两参数组成的，因而可以想象其对阻力性能产生的重要影响作用。
由图9-5瑞典Nordstrom 资料知剩余阻力系数随C ▽的增加而增加，且在阻力系数曲线“峰值”区内影响最显著。
2．横剖面形状的影响高速排水型快艇的剖面形状一般有U 形(即圆舭型)和V 形(即折角型)两种。
不少研究资料表明：从阻力观点来看，在相同的C ▽情况下，在较低航速时，圆舭型的阻力性能较折角型者为佳。
一般认为U 形艇适用的速度范围为Fr ＜1.0。
3．横剖面面积曲线形状的影响横剖面面积曲线形状往往主要以棱形系数、纵向浮心位置和艉板浸湿面积比来体现。
高速排水型快艇的棱形系数的选取与设计航速有关。
泰洛建议的最小阻力的棱形系数值是以C ▽和Fr 为参数．如表9-1所列，可供实际设计时应用。
其他有关试验资料亦给出了棱形系数的选择曲线。
由于高速排水型艇航速较高，从所有变化浮心位置的模型试验结果来看，剩余阻力为最小的情况均发生在浮心位置处于船中之后，因此浮心位置适当移后往往对阻力性能是有利的。
由于相对尾板面积A t /A m (其中A t 、A m 分别为尾板和船中横剖面面积)与尾部流动有关，因2.842.982.512.173.433.914.894.243/(0.1L )= 5.54ΔV S / L3C r ×101062Fr0.20.70.50.60.40.32.42.01.61.20.80.6图9-5 Nordstrom U 型艇剩余阻力系数192 而认为是影响阻力的参数之一。