阻力估算及Cp法

第1章阻力估算

船体型线确定以后，计算船体在不同航速下所收到的阻力是预估船舶快速性的基础，本文采用系类实验图谱估算发和统计和回归资料估算法对船舶阻力进行估算，获得不同航行速度下的阻力并绘制有效马力曲线，为螺旋桨的设计提供理论依据。

1.1相关参数计算

1.1.1排水体积计算

运用CAD自带的面积测量功能，获取每条半宽水线与基线所围成的面积，则可得到每条水线所围成的面积

表3- 1水线面面积数据

采用梯形法计算排水体积。由于0~1000wl，1000~10000wl、10000wl~10820wl的间距不相同，分三部分进行计算。梯形法计算的表格如表4-2

表3- 2梯形法计算排水体积

在海水中的设计排水量 =36943t ∇

海水密度

3

1025.91(/)kg m ρ= 设计排水体积 /36009.9

ρ∆=∇= 绝对误差

-100%=0.21

7∆∆⨯∆设计计算

设计

误差主要来源：各水线面面积的计算误差

采用梯形法计算的误差

1.1.2 浮心纵向坐标计算

运用CAD 自带的曲线面积测量工具，获取每站位上横剖线围成的横剖面积，由梯形法可计算排水体积以及浮心纵向坐标

表3- 3梯形法计算和浮心纵向坐标

在海水中设计排水量 =36943

t ∆ 海水密度

3

1025.91(/)

k g m ρ= 设计排水体积 /ρ∇=∆ 绝对误差

-100%=0.642∇∇⨯∇设计计算

设计

浮心纵向坐标 0.07yoz

b M X ∑=

=-∇

浮心纵向坐标距船中（L%）

100%0.04b

BP

X L ⨯=- 1.1.3 湿表面积计算

运用CAD 自带的曲线长度测量工具，获取每个站位上水线以下部分横剖面曲线所围成长度。利用梯形法计算湿表面积。具体计算见表3-4

表3- 4梯形法计算湿表面积

总和 677.795

计算湿表面积 2

=6377.795S m 计算 设计船湿表面积 2

=6448S m 设计

绝对误差（100%）

-S 100%=1.09S S 设计计算

设计

1.2 阻力估算

船舶在水中航行所受的水阻力可分为船舶在静水中航行时的静水阻力和波

浪中的汹涛阻力两部分。船舶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：

（1）兴波阻力：船体在运动过程中兴起波浪，简称兴波阻力。兴波阻力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，船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷是尾部压力降低，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。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，一般用Rw表示。

（2）摩擦阻力：当船舶运动时，由于水的粘性，在船体周围形成“边界层”，从使船体运动过程中受到粘性切应力，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.

（3）粘压阻力：在船体曲度骤变出，特别是较丰满船的尾部常会产生旋涡。旋涡产生的根本原因也是由于水具有粘性。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。这种有粘性引起船体前后压力不平稳产生的阻力称为粘压阻力，用Rpv表示。从能量观点看，克服粘压阻力所做的功耗散为旋涡能量。粘压阻力习惯也叫旋涡阻力。

在阻力计算方面，对于各类阻力的计算已有很多相关的研究。对于摩擦阻力，一般分为相当平板摩擦阻力和计及船型椅子的阻力增加系数kRf，并有了很多的经验公式可供阻力估算；粘压阻力和兴波阻力的计算通常采用尾流测量法，随着边界层非线性理论研究的深入和流体力学理论（CFD）的发展，粘压阻力和兴波阻力的理论计算得到了很多发展，并在实际中得以运用，但目前的理论方法还不能正确地计算船舶阻力。

现有的阻力估算通常按傅汝德分类方法将船体静水阻力分为相当平板摩擦阻力和剩余阻力。本文进行阻力估算均采用了傅汝德分类方法。

根据现有资料和设计的船型参数，选择泰勒系列图谱法、艾亚(Ayre)法、兰泼-凯勒(Lap-Keller)法进行阻力估算。

1.2.1航速预设

船舶在不同的航速下航行具有不同的雷偌数和傅汝德数，因此不同的航行速度具有遭受的阻力不同。在进行阻力估算前，必须先预设一组航速。

集装箱船的航速一般为22~25kn，经济航速为17kn，本船设计航速为17.5kn 预设航速为15~22kn，则Fr=0.190~0.282。根据船型分类，属于中速船范围。

1.2.2泰勒法阻力估算

C图谱插值求出不同预设航速下的剩余阻（1）运用泰勒系列剩余阻力系数

r

力系数，如表3-5，具体插值计算示例见附录

表3- 5插值后的剩余系数

（2）按桑海公式计算相当平板摩擦阻力系数 2.6

0.4631

(lg Re)

f C =

（3）粗糙度附加值 30.410f C -∆=⨯ （4）总阻力系数 t f f r C C C C =+∆+ （5）总阻力（N ） 21

2

t t

R C S ρν= （6）取附体系数0.03ap k =，空气阻力系数30.110aa C -=⨯，总阻力

'(1)ts t ap aa R R k R =++

计算得到的总阻力如表3-6

表3- 6泰勒法估算总阻力

1.2.3 艾亚法阻力估算

艾亚法阻力估算步骤

（1）由设计船舶的Fr 和/V 1/3/L ∆值在艾亚法标准船型系数0C 值查得相应于标准船型的0C 值；

（2）根据Fr 或/

V bc C 及标准浮心纵向位置c x 表插值该集装箱船对

应的标准准方形系数bc C 及标准浮心纵向位置c x ；

（3）对实船进行修正，包括方形系数bc C 的修正，宽度吃水比

B

T

的修正、浮心纵向位置c x 的修正、水线长度wl L 的修正。