船舶原理 下
船舶原理13章课件
稳性 抗沉性 快速性（船舶阻力、推进器推力） 摇荡性 操纵性（航向稳定性、回转性）
§1-3 船舶分类
§1-1船舶发展概况
船舶——已有3000多年发展史。经历了以下几个不同的阶段
⑴造船材料方面：①木船时代；②铁船时代；③钢船时代。
高速集装箱船。
第二章 船舶尺度及布置
§2-1 船舶外形的一般特征
船体外形，特别是它的水下部分，对其航海性能有 很大影响。
船体形状指船体的外形、大小、肥瘦和表面的光顺 程度。
船体的几何形状是一个瘦长呈多向变化的复杂几何 曲面。
船舶整体左右对称于船体中心线，船中前部分和中
后部分不对称于船长中点。
山的形状
§2-2 船舶型线图
观看:一 座山的 描述方 法。
船舶的坐标系统
§2-3 船舶型线图
1、三个基准面
中 线 面 XOZ 平 面 — — 它 将 船 体 分 为左右舷两个对称部分的纵向 垂直平面，是量度船体横向尺 度的基准面。
基 平 面 XOY 平 面 — — 过 龙 骨 线 与 中站面的交点O，并平行于设计 水线面的平面, 是量度船体垂直 方向尺度的基准面。
首垂线——通过首柱的前缘和时间水线的交点所作的垂线。
尾垂线——沿着首柱的后缘或舵杆中心线所作的垂线。 平行中体——在船中前后这段横剖面形状和中横剖面相同的
船体。中横剖面之前的船体称为前体，之后称为后体。
龙骨线——中线面与船体型表面底部的交线。
船首形状——指在中纵剖面上船首轮廓线的形状。 ⑴直立型——甲板易上浪，外形不美观，现今很少见到。 ⑵前倾型——适航性好，外形美观，制造简单，较多采用。 ⑶飞剪型——船首外飘，首部甲板面积大，适航性好，外
船舶原理( 浮性)
Aw = 2∫
L/ 2
−L / 2
ydx = 2δL ⋅ ∑' yi y0 + y20 2
• 计算内容：
w 水线面面积： A
∑' yi = y0 + y1 + L + y20 − L Moy = 2∫
L/ 2 2 −L / 2
x ⋅ ydx = 2δL ⋅ ∑' ki yi 1 ×10 × (y20 − y0 ) 2
船舶排水量=空船重量 载重量DW 船舶排水量 空船重量LW+载重量 空船重量 载重量
2-8
备注：
• 1、船体钢料重量Wh的影响因素分析
Wh含船壳板、甲板、舱壁、首尾柱、上层建筑等各部分钢板和型材的重量
（1）主尺度以及船型系数 影响最大。 a. 船长L 从构件数量和几何尺寸上看：船舶上绝大部分构件都与船长有关； 从强度条件看：L越大，船在水中所受的纵总弯曲M越大，要求 的船体构件尺寸也大。 b. 船宽B 对船体纵总强力构件尺寸的影响不大，但对构件的横向强度有较大的影 响。从构件数量来看，主要跟船底、甲板及舱壁等横向构件有关。 c. 型深D 从构件的数量来看：D对舷侧板以及骨架、舱壁有影响； 从强度来看：D大，船体梁的剖面模数W也大，对强度有利。 往往能起到抵消（或）部分抵消D增加所引起 构件数量增多的作用。
2-9
d. 吃水d d不影响构件的数量，但对强度（船底构件和船侧构架）有影响。 e.方型系数CB 对W h的影响很小，因为CB的增减对船体构件的数量和尺寸都影响甚微。 （2） 布置特征 甲板层数—— 取决于布置特点、使用要求； 舱壁数—— 规范有最小数目的规定，实际要考虑使用要求； 上层建筑的大小—— 包括长度、宽度、高度以及层数。
船舶原理
1.什么是船舶的浮性？船舶在各种装载情况下具有漂浮在水面上保持平衡位置的能力2.什么是静水力曲线？其使用条件是什么？包括哪些曲线？怎样用静水力曲线查某一吃水时的排水量和浮心位置？船舶设计单位或船厂将这些参数预先计算出并按一定比例关系绘制在同一张图中；漂心坐标曲线、排水体积曲线；当已知船舶正浮或可视为正浮状态下的吃水时，便可在静水力曲线图中查得该吃水下的船舶的排水量、漂心坐标及浮心坐标等3.什么是漂心？有何作用？平行沉浮的条件是什么？船舶水线面积的几何中心称为漂心；根据漂心的位置，可以计算船舶在小角度纵倾时的首尾吃水；船舶在原水线面漂心的铅垂线上少量装卸重量时，船舶会平行沉浮；（1）必须为少量装卸重物（2）装卸重物p的重心必须位于原水线面漂心的铅垂线上4.什么是TPC？其使用条件如何？有何用途？每厘米吃水吨数是指船在任意吃水时，船舶水线面平行下沉或上浮1cm时所引起的排水量变化的吨数；已知船舶在吃水d时的tpc数值，便可迅速地求出装卸少量重物p之后的平均吃水变化量，或根据吃水的改变量求船舶装卸重物的重量5.什么是船舶的稳性？船舶在使其倾斜的外力消除后能自行回到原来平衡位置的性能。
6.船舶的稳性分几类？横稳性、纵稳性、初稳性、大倾角稳性、静稳性、动稳性、完整稳性、破损稳性7.船舶的平衡状态有哪几种？船舶处于稳定平衡状态、随遇平衡状态、不稳定平衡状态的条件是什么？稳定平衡、不稳定平衡、随遇平衡当外界干扰消失后，船舶能够自行恢复到初始平衡位置，该初始平衡状态称为稳定平衡当外界干扰消失后，船舶没有自行恢复到初始平衡位置的能力，该初始平衡状态称为不稳定平衡当外界干扰消失后，船舶依然保持在当前倾斜状态，该初始平衡状态称为随遇平衡8.什么是初稳性？其稳心特点是什么？浮心运动轨迹如何？指船舶倾斜角度较小时的稳性；稳心原点不动；浮心是以稳心为圆心，以稳心半径为半径做圆弧运动9.什么是稳心半径？与吃水关系如何？船舶在小角度倾斜过程中，倾斜前、后的浮力作用线的交点，与倾斜前的浮心位置的线段长，称为横稳性半径！随吃水的增加而逐渐减少10.什么是初稳性高度GM？有何意义？影响GM的因素有哪些？从出发港到目的港整个航行过程中有多少个GM？重心至稳心间的距离；吃水和重心高度；许多个11.什么是大倾角稳性？其稳心有何特点？船舶作倾角为10°-15以上倾斜或大于甲板边缘入水角时点的稳性12.什么是静稳性曲线？有哪些特征参数？描述复原力臂随横倾角变化的曲线称为静稳性曲线；初稳性高度、甲板浸水角、最大静复原力臂或力矩、静稳性曲线下的面积、稳性消失角13.什么是动稳性、静稳性？船舶在外力矩突然作用下的稳性。
船舶原理
六、储备浮力和干舷
储备浮力（Reserved buoyancy)
设计水线以上船体水密空间所具有的浮力。
干舷F（Free board)
船中处从干舷甲板上边缘向下量到载重线上边 缘的垂直距离。
F D d Dd
第四章 稳性
（一）稳性的定义 船舶受外力作用发生倾斜而不致倾 覆，外力消失后能够自动回到原来平衡 位臵的能力。
Z
X Y
O
坐标原点位于基线与尾柱交点的首向坐标系统
英美等国使用。
Z
Y
O
X
坐标原点位于基线与首柱交点的尾向坐标系统
北欧一些国家使用。
Z
X Y
O
Y x dx y
O
F
X
A
f ( x)dx
第三章 浮性
（一）船舶平衡条件 重力＝浮力，反向且共垂线。
G B
（二）船舶浮态
正浮
W V
最大宽度Bmax
包括船舶外板和永久性固定突出物在内的垂直 于纵中线面的最大水平距离。
最大吃水dmax
船中处，自龙骨下缘到夏季满载水线的垂直 距离。
水线上最大高度Hmax（连桅高度）
船舶空载吃水到船舶最高点的垂直距离。
3、登记尺度
用途：国家丈量船舶总吨位、净吨位的尺度。
登记长度LR
（图b）
G点与M点重合，GM=0，MR=0
不稳定平衡(Unstable equilibrium)（图c）
G点在M点之上，GM<0，MR<0
（四）初稳性的表示方法
初稳性方程：
M R 9.81 GZ 9.81 GM sin
初稳性的衡量标志 GM：初稳性高度（Initial metacentric height)
船舶原理
1、船舶的航海性能包括哪些性能？各自的含义分别是什么？1、浮性：船舶装载一定的载荷，仍能浮于一定水面位置而不沉没的能力。
2、稳性：船舶受外力作用离开平衡位置发生倾斜而不致于倾覆，当外力消除后仍能回复到原来平衡位置的能力。
3、抗沉性：船舶遭受海损事故舱室破损进水，仍能保持一定的浮性和稳性而不致于沉没或倾覆的能力。
4、快速性（或称速航性）：船舶在其动力装置产生一定功率的情况下能达到规定航速的能力。
快速性包括两方面：1）船舶阻力：研究船舶航行时所遭受的阻力。
目的在于掌握阻力的变化规律，从而改善船型，降低阻力。
即阻力的成因、分类、计算、影响因素和降阻措施。
2）船舶推进：研究船舶推进器，推进器克服阻力发生推力。
目的在于设计出符合要求的高效推进器。
即推进器的水动力性能、设计高效推进器。
5、操纵性：船舶在航行是按照驾驶员的意图保持既定航向的能力或改变航行方向的能力。
包括：1）航向稳定性：保持原有航向的能力。
2）转首性：应舵转首的能力。
3）回转性：应舵作圆弧运动的能力。
6、耐波性（或称适航性）：船舶在风浪海况下航行时的运动性能，即船舶在风浪中遭外力干扰而产生各种摇摆运动，以及砰击、上浪、失速和飞车等时，仍能维持一定航速在水面上安全航行的能力。
主要研究内容为船舶摇摆。
目的在于：掌握船舶摇摆规律，采取措施以减缓船舶摇摆。
船舶摇摆的含义：1）船舶转动：横摇、纵摇和首摇―――摇；2）船舶直线运动：横荡、纵荡和垂荡―――摆。
2、船型系数有哪些？各自的含义是什么？会进行船体系数的相关计算。
1）水线面系数的大小表示水线面的肥瘦程度。
2）中横剖面系数的大小表示水线以下的中横剖面的肥瘦程度。
3）方形系数的大小表示船体水下体积的肥瘦程度。
4）棱形系数的大小表示船体水下排水体积沿船长方向的分布情况。
5）纵向棱形系数的大小表示船体水下排水体积沿吃水方向的分布情况。
3、了解梯形法的基本原理，掌握用梯形法列表进行船体计算的方法，掌握“成对和”和“自上而下和”的含义。
船舶原理下册
船舶原理下册全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：船舶原理下册是航海技术专业必修课程的一部分，主要涵盖了船舶设计、船舶结构、船舶稳性、船舶运动学等内容。
通过学习这门课程，学生可以全面了解船舶的原理和运行机制，为日后从事航海工作打下坚实的理论基础。
船舶设计是船舶原理下册的重要内容之一。
在设计一艘船舶时，航海工程师需考虑诸多因素，如船的载重能力、航速、燃油消耗等。
船舶设计需要综合考虑各种因素，使得船舶在海上航行时能够保持稳定性和安全性。
而船舶结构则是指船舶的各个部件组成，包括船壳、甲板、舱室等。
船舶结构的设计需要符合一定的规范和标准，以确保船舶在航行中不会发生结构性问题。
船舶稳性也是船舶原理下册的重点内容之一。
船舶稳性是指船舶在航行过程中保持平衡的能力，包括静态稳性和动态稳性。
静态稳性是指船舶在平静的海面上的稳定性，而动态稳性则是指船舶在海浪和风浪等外部环境因素下的稳定性。
船舶的稳性与船体的设计、货物的装载位置等因素密切相关，船舶稳性的计算和分析是航海工程师日常工作中不可或缺的部分。
船舶运动学也是船舶原理下册的一项重要内容。
船舶在海上航行时会受到海浪、风力、潮流等外部环境因素的影响，从而产生各种运动学现象，如纵摇、横摇、俯仰等。
船舶运动学的理论分析和计算对船舶的安全操作和航行至关重要，航海工程师需要通过学习掌握相关知识和技能，以应对各种复杂的海上环境。
船舶原理下册是航海技术专业学生必修的重要课程，通过学习这门课程，学生可以全面了解船舶的设计、结构、稳性和运动学等方面的知识。
掌握这些知识将有助于学生将理论知识应用于实际工作中，为日后成为优秀的航海工程师奠定坚实的基础。
希望学生们在学习船舶原理下册的过程中不断努力，不断提升自己的专业水平，为航海事业的发展贡献出自己的力量。
【篇幅超过2000字】。
第二篇示例：船舶原理下册是一部涉及船舶设计和运行原理的教材，通过对船舶的结构、性能、稳性、推进和操纵等方面进行系统而全面的讲解，帮助读者深入理解船舶工程领域的知识。
船舶原理(下)阻力换算
一、实验目的1.对于某一具体的设计船舶，通过模型阻力试验，确定实船的阻力和有效功率，为推进器的设计提供可靠数据。
因此，试验和分析工作包括：（a）船模的阻力曲线；（b）船模数据换算为实船的阻力和有效功率。
2. 船模的系列试验曾作为寻求各类船舶优良船型的主要研究手段。
3. 作为教学试验，其目的是使同学对船模阻力试验的过程有比较全面的了解，掌握模型试验结果换算至实船阻力及有效功率的具体方法，加深对课程相关内容的理解，培养进行科学试验研究的实践能力。
二、试验设备及器材1、船模根据实船提供的船型参数及型线图，选取适当的缩尺比按几何相似要求，制作船模。
2、测试设备阻力试验主要测量的数据是船模在直线等速度V m前进时对应的水阻力R tm。
通常由测速装置测定船模速度V m，阻力仪测定船模阻力R tm。
船模的拖曳速度V m就是拖车的速度，由记录所得的拖车行驶距离和相应的时间求得。
拖车行驶的距离由记录测速轮转动一定距离的脉冲得到，时间由继电器记录每秒钟时间间隔的脉冲得到。
三、实验步骤1. 船模制作：根据船模的主尺度和型线图按选定的缩尺比ᆋ绘制船模加工图，经过木板的下料、胶合、切削、加工和油漆等各种工序，制作成表面光滑，符合精度要求的船模。
并在船模外表面两侧首、中、尾画出吃水标志。
2. 加装激流丝：在船模的首垂线L/20 处沿船体外表面安装直径1mm 铜丝。
3. 称重：根据实船的排水量按缩尺比计算相应的船模排水量，并进行称重。
在空船模内部加压铁，使称得的重量恰为试验所要求的船模排水量。
4. 调整船模的浮态：将船模吊放在水池中，在船模内横向和纵向移动压铁，使船模两侧的首、中、尾吃水符合要求。
5. 检查测试仪器是否正常，擦干净水池两侧的轨道表面，用挂水板池水表面的浮尘。
6. 安装：使船模的纵中剖面与前进方向一致。
将阻力仪与船模内底部的金属板用螺丝刚性连接，同时要注意测力点应位于船模纵中剖面内。
然后将拖车上的导航杆与船模相连。
船舶原理下册复习
计算题
5.用傅汝德方法将船模试验结果换算成实船阻力的步骤。
对船模：Vm(m/s) Rtm Ctm Rem Cfm Crm Fr
对实船: Vs(m/s) Vs(kn) Res CfsΔCf =0.0004 Cts=Cfs+Crm+ΔCf Rts Pe
实船的根据Frm=Frs求得
由于实际船体存在船首波系和船尾波系，且两波系中的横波在船尾处相遇而叠加，这种现象称为兴波干扰。
船首横波的第一个波峰和船尾横波的第一个波峰之间的距离称为兴波长度。
判断兴波干扰结果的公式：mL=nλ+qλn为整数，q为分数
当q=0时，不利干扰q=0.5时，有利干扰q为其他分数，一般干扰
兴波阻力与波高的平方和波宽成正比关系
降低粘性阻力的方法1、后体形状收缩要缓和2、避免船体曲率变化过大3、适当注意前体形状。
船行波的形成，水流流经弯曲的船体时，沿船体表面的压力不一样，导致船体周围的水面升高或下降，在重力和惯性的作用下，在船后形成实际的船波。
凯尔文波系是一个压力点在水面上做匀速直线运动时形成的波系，一为横波，一为散波。横波与散波相交处成尖角，尖角线与运动方向夹角为19度28分。称为凯尔文角
综上，推进系数P.C=
24.证明题
段圆环面积 吸收的功率为 ，它消耗于三部分：完成有效功 ,水流轴向运动所耗损的动能 和水流轴向运动所耗损的动能 ，因此： = + + （1）
将 带入（1）式并整理得： （2），若将盘面处，远前方及远后方三项的水流速度作成如图所示的速度三角形，则根据（2）式可知，由矢量（ ）、（ ）和 组成的直角三角形与 组成的直角三角形相似，从而得到结论：诱导速度 垂直于合速 。本题完结。
船舶原理课后简答题答案
船舶原理课后简答题答案第二章1.船舶营运中的船舶重力与重心，浮力与浮心如何确定？2.船舶的静水力性能资料包括哪几类？各自包含哪些参数和曲线？查用时应注意哪些问题？船舶的静水力性能资料包括：静水力曲线图、载重标尺、静水力参数表三种。
静水力曲线图包括：排水量曲线、型排水体积曲线、浮心距船中距离、浮心距基线高度、水线面面积、浮心距船中距离、厘米吃水吨数、每厘米纵倾力矩曲线等。
载重标尺包括：船舶实际吃水、排水量、厘米吃水吨数、每厘米纵倾力矩、横稳心距基线高度等。
静水力参数表包括：排水量、厘米吃水吨数、每厘米纵倾力矩、横稳心距基线高度、浮心距基线高度、浮心距船中距离等查用时应注意：浮心纵向距中距，漂心纵向距中距离这两条曲线查取的横坐标厘米值是从船中起算的。
3.平均吃水的含义是什么？其大小受哪些因数的影响？船舶处于实际纵横倾或者存在船体变形状况下船舶的排水体积与某吃水下船舶正浮且无船体变形状况下的船舶的排水体积一样时，那么该吃水值就为船舶的平均吃水。
跟不同船舶的浮态对应的首尾和船中吃水以及吃水差有关，同时还和漂心距中距离有关。
4、邦戎曲线与费尔索夫图谱有哪些用途？〔P38-4〕答：借助邦戎曲线可以计算出船舶在较大纵倾浮态〔无横倾〕下的型排水体积及其浮心的垂向和纵向位置。
费尔索夫图谱是用来计算船舶大纵倾浮态下的型排水体积和浮心纵向坐标。
5、载重线标志由哪几局部组成？勘划载重线标志的目的是什么？如何使用？〔P38-5〕答：载重线标志的组成：1、国际航行的船舶的载重线标志：1〕甲板线，2〕载重线圈及水平横线，3〕各载重线，4〕冰极标志；目的：用以限制最大船中吃水和确保船舶最小干舷；如何使用：不会。
第三章1、船舶稳性的分类有哪些？〔P81-1〕答：1、横稳性和纵稳性，2、初稳性和大倾角稳性，3、静稳性和动稳性，4、完整稳性和破舱稳性2、船舶有哪几种平衡状态？简述其特点。
〔P43〕三种，稳定平衡不稳定平衡中性平衡稳定平衡：重心G0点在稳心M点之下，复原力矩M R的作用方向与倾侧力矩M h的作用方向相反，当外力消失后，它能使船舶回复到原平衡状态。
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。
船舶基本原理
1、型尺度——型船体的尺度，用以船体设计和性能计 算。
型船体——船体外板内表面和甲板下表面所围成的体积。
2、最大尺度——包括船体附件在内的从一端量到另一 端的最大距离，作为船舶建造营运中考虑外界条件限 制的依据。 3、登记尺度——根据《国际船舶吨位丈量公约》的各 项规定丈量确定的船体尺度，用以 确定船舶的登记吨 位。
2、辛浦生第一法
y y0 o h y1 h y2 h y3 h y4 h y5 h
y6
x
S h ( y0 4 y1 y2 ) h ( y2 4 y3 y4 ) h ( y4 4 y5 y6 ) 3 3 3 h ( y0 4 y1 2 y2 4 y3 2 y4 4 y5 y6 ) 3
4、（纵向）棱形系数（Prismatic coefficient）
Cp——设计水线或夏季满载水线以下的型排水体积Vm与 船体中横剖面在相同水线下的面积Am、垂线间长Lbp两者 的乘积的比值。
Vm Cp Am Lbp
第一节 船舶主尺度、主尺度比和船型系数
四、船型系数
5、（垂向）棱形系数 （Vertical Prismatic coefficient）
1）水线面面积Aw：
半宽值(m)
站号
AW
Lbp 20
2 y ( x) dx
0
型吃水(m) 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0.00
20
2）水线下的横剖面面积Am：
Am 2 y( z ) dz
0
船舶原理下册
船舶原理下册
《船舶原理（下册）》主要讨论船舶在航行过程中的推进、操纵和耐波性等问题。
具体来说，下册内容包括螺旋桨推进、船舶操纵和船舶耐波性等。
其中，螺旋桨推进部分详细介绍了螺旋桨的基本原理、几何特征、水动力性能、船体与螺旋桨的相互影响、空泡现象及桨叶强度等，并着重讨论了螺旋桨的图谱设计及船-机-桨的配合问题。
船舶操纵部分则主要涉及船舶的操纵性能和操纵原理，包括船舶的航向稳定性、回转运动、停船和倒车等。
船舶耐波性部分则主要讨论船舶在风浪中的摇荡运动，包括横摇、纵摇和垂荡等。
此外，《船舶原理（下册）》还以流体力学为基础，探讨了船舶航行性能的问题。
该书分上下两册，上册包括船舶静力学和船舶阻力，下册则包括船舶推进、船舶操纵和船舶耐波性。
以上信息仅供参考，建议查阅《船舶原理（下册）》获取更准确的信息。
船舶原理PPT课件
半径也为迹是以
始水线面积对其
稳心M为圆心，以 r为半径的一段圆弧。
过漂心倾斜轴的 面积惯矩与排水
稳心的几何意义：浮心移动轨迹的曲率中心；
体积之商。END 稳心的物理意义：两相邻浮力作用线的交点。
稳心半径表达式的使用范围：θ<10°～1514°
船舶原理
船舶原理
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
第四章 稳性
§4-1 稳性及其分类 §4-2水面船舶的平衡状态 §4-3 初稳性方程式 §4-4 稳心半径及其与船形的关系 §4-5 初稳性方程的应用---船内问题 §4-6 初稳性方程的应用---少量、大量装卸问题 §4-7 静稳性图、横倾力矩 §4-8 静平衡和动平衡 §4-7动稳性图 §4-8 稳性衡准
M S DgGZ
W1
Z
MS＝DgGMsin
L
式中：GM——初横稳性高度，简称初稳性高度。
GZ——稳性力臂，是重力W和浮力D两作用线之间的垂距。
θ——横倾角
由初稳性方程式可知：GM
越大
Ms
就越大，该船的稳性就越好。 10
§4－3 初稳性方程式一、初稳性方程式
在微倾条件下，稳 性力矩可表示为：
M S DgGZ
W1
Z
MS＝DgGMsin
L
根据稳性力矩与初稳性高度的关系可知：初稳性高度增大对初 稳性的提高是有利的，但是初稳性高度过大会使船舶摇摆 激烈，对船舶的使用和航海性能带来不利的影响，故初稳 性高度要控制适中。
11
船舶原理及相关知识
1简述表示船体长度的三个参数并说明其应用场合？答：船长[L] Length船长包括：总长，垂线间长，设计水线长。
总长（Length overall）——自船首最前端至船尾最后端平行于设计水线的最大水平距离。
垂线间长 (Length Between perpendiculars)首垂线（F.P.）与尾垂线（A.P.）之间的水平距离。
首垂线：是通过设计水线与首柱前缘的交点可作的垂线（⊥设计水线面）尾垂线：一般舵柱的后缘，如无舵柱，取舵杆的中心线。
军舰：通过尾轮郭和设计水线的交点的垂线。
水线长[ ](Length on the waterline)：——平行于设计水线面的任一水线面与船体型表面首尾端交点间的距离。
设计水线长：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离。
应用场合：静水力性能计算用：分析阻力性能用：船进坞、靠码头或通过船闸时用：2、简述船型系数的表达式和物理含义。
答：船型系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数，它包括水线面系数、中横剖面系数、方形系数、棱形系数（纵向棱形系数）、垂向棱形系数。
船型系数对船舶性能影响很大。
（1）水线面系数——与基平面平行的任一水线面的面积与由船长L、型宽B 所构成的长方形面积之比。
（waterplane coefficient）表达式：物理含义：表示是水线面的肥瘦程度。
（2）中横剖面系数[ ]——中横剖面在水线以下的面积与由型宽B吃水所构成的长方形面积之比。
(Midship section coefficient)表达式：物理含义：反映中横剖面的饱满程度。
（3）方形系数[ ]——船体水线以下的型排水体积与由船长L、型宽B、吃水d所构成的长方体体积之比。
（Block coefficient）表达式：物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数(displace coefficient)。
（4）棱形系数[ ]——纵向棱形系数 (prismatic coefficient)船体水线以下的型排水体积Δ与相对应的中横剖面面积、船长L所构成的棱柱体积之比。
船舶原理 下汇总
第一部分 阻力
三、阻力的分类
1、按产生原因分
τ ds
ds τ
FP
PF
Rr
Rf
P
S
S
cos(P; x)dS 压差阻力
cos( ; x)dS 摩擦阻力
压差差异阻所力构成Rr—的—阻船力体；水下压力沿x方向分力的 摩力擦的阻差力异所Rf—构—成船的体阻水力下；摩擦应力沿x方向分
第一部分 阻 力
舵 舭龙骨 轴包架
单桨船 4.5% 3.0%
双桨船 2.0% 2.5% 2.5%
高速客船 1.5% 2.5% 4.0%
第四节 附加阻舷角q
AX
kCX
1 2
AvA2 Sy
(N)
式中：ρA——空气密度，取1.266kg/m3；1.21
Sy——船舶水线以上正投影面积00（..68 m2）；
螺旋桨
尾轴套筒
二、主机功率的消耗
1、轴系摩擦损失及轴系传送效率
轴系摩擦损耗：PM - PD
轴系传送效率：
S
PD PM
2、船身与螺旋桨损耗及船身效率 R Vs 1 t
船身与螺旋桨损耗：R·Vs - T·Va
T Va 1
船身效率:
t T R R
Vs Va
Vs
第一部分 阻力
二、主机功率的消耗
2、当0.5<Frh<1.0,浅 水阻力明显增加;
3、当Frh=1.0,因兴波 Rt 阻力达到极大值,浅水 阻力达到峰值;
4、当Frh>1.0,浅水中 横波消失,散波减弱,
浅水阻力低于深水阻
力.
0.5 0.7
深水
深水为h
1.0
1.5
v / gh
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P
F
压差阻力Rr——船体水下压力沿x方向分力的 差异所构成的阻力； 摩擦阻力Rf——船体水下摩擦应力沿x方向分 力的差异所构成的阻力；
第一部分 阻 力
三、阻力的分类
2、按分布特征分
R R0 R
R0——基本阻力，即裸船体在平静水面深水行驶所产 生的阻力。 Δ R——附加阻力，基本阻力未考虑的其它因素所产生 的阻力。 1）基本阻力的构成
第六节 相似定律
一、相似准则
1、几何相似
CL
LS B d S s LM BM d M
式中，LS、BS、ds——实船尺度； LM、BM、dM——船模尺度；
2、运动相似
u s vs Ls / t s CV um vm LM / t M
式中，Cv——速度相似比
us，um——实船和船摸某点速度；
第二节 机翼理论
z
一、机翼的几何要素
L l u e
F
1、翼展（l） 2、翼弦（b） 3、展弦比（λ=l/b） 4、厚度比（δ=e/b） 4、翼面积 5、迎角（α ）——来 流与翼弦线的夹角
α
D
x
b
2、叶根与叶梢
3、导边与随边
4、直径与盘面积
叶梢圆的直径为螺旋桨直径 叶梢圆的面积为螺旋桨的盘面积
自船尾方向观察，顺时针为右旋， 反之为左旋。
5、左旋与右旋
第一节 螺旋桨的结构与形状
三、螺距与螺距角
1、半径r小于螺旋桨的共轴 圆柱面与叶面的交线为 一螺旋线，其旋转一周 的移动距离为螺距P； 2、将圆柱面展开为一矩形， 则其节线与底线的夹角 为螺距角θ。
a 2 d b 2 d c 1 d
1 ( Lv ) d
R f kL2d v 2d 1d d kL2v 2
Rf f (
vL
) 1 v 2 S f ( Rn 定理
R f f ( Rn ) 1 v 2 S 2
PM 主机
PD
螺旋桨 尾轴套筒
二、主机功率的消耗
1、轴系摩擦损失及轴系传送效率
轴系摩擦损耗：PM - PD P 轴系传送效率： S D PM 船身与螺旋桨损耗：R· - T· Vs Va 船身效率:
T Va 1 t 1
2、船身与螺旋桨损耗及船身效率 R Vs
式中： v / gh ——傅汝德数 Fn Cw=f（Fn）——兴波阻力系数
在船模和实船几何相似的条件下,其兴波阻力和粘性 压差阻力相似的条件为傅汝德数相等:
v vM S Fn gLM gLS
第六节 相似定律
五、基本阻力相似条件
在船模与实船几何相似的前提下，基本阻力可表示为： R0 f ( Rn , Fn ) 1 v 2 S C0 1 v 2 S 2 2 C0——基本阻力系数
du ds KR f 0 dn n0
第二节 基本阻力
二、涡流阻力
1、不同物体的涡流阻力
V
V 4%Re V
Re
30%Re
2、船体涡流阻力
P
V I II III
x
第二节 基本阻力
三、兴波阻力
1、船波系
尾散波
首散波
尾横波
2、首尾横波的干扰
有利干扰 不利干扰
散波的存在及首、尾横 首横波 波不利干扰导致合成波 波高增大，消耗能量， 由此产生兴波阻力。
深水
Rt
深水为h
0.5
0.7
1.0
1.5
v / gh
第五节 浅水航行的浮态变化
一、船舶在深水中航行的沉浮量
1、体积付汝德数
Fnv vs / gV 1/ 3
1）Fnv<1.0,排水量状态; 2） 1.0<Fnv<3.0,过渡状态; 3）Fnv>3.0,滑行状态 1、当 v gh 时，船体下沉，下沉 量最大可达33%。 2、当 v gh 时，船体上浮。
2
——雷诺数 Cf=f（Rn）——摩擦阻力系数
vL
vM LM
M
vS LS
S
Rn
第六节 相似定律
四、傅汝德相似定律
Rw f ( L, v, , g ) Rw kLa v b c g d
根据因次分析原理同样可证明：
Rw f (
v 1 2 ) 2 v S Cw 1 v 2 S 2 gL
vs，vm——实船和船摸船速。
一、相似准则
第六节 相似定律
pS S R f Re Rw CF pM M rf re rw
3、动力相似
二、流体动力的一般表达式
L F ma kL2 ( ) 2 T 1 F C v 2 S 2
流体动压强； V——流体对物体的运动速度； ρ——流体动力； S——流体作用面积； C——无因次系数。
1 2 v 2
第六节 相似定律
三、雷诺相似定律
R f f ( L, v , , ) R f kLa v b c d
M :1 c d L : 1 a b 3c d T : 2 b d
ML a L b M c M d kL ( ) ( 3 ) ( ) 2 T T L LT
第一部分 阻力
第一节 概述
一、快速性
船舶在一定主机功率（收到功率）下等速直航的速 度性能。
Fx T R mx ax 0
T——推力； R——阻力。
二、主机功率的消耗
船壳板
尾轴 轴承
主轴
推力轴承
主机
螺旋桨
尾轴套筒
第一部分 阻力
第一节 概述
船壳板
尾轴 轴承
主轴
推力轴承
附体名称
舵 舭龙骨 轴包架
第四节 附加阻力
四、空气阻力
Ax
A Ay
风舷角q
AX k CX
1 2
2 Av A S y
(N )
1.2 式中：ρA——空气密度，取1.266kg/m3； 1
0.8 Sy——船舶水线以上正投影面积（m2）； 0.6 0.4 Va——相对风速（m/s）； 0.2 0 q ——风舷角； -0.2 -0.4 Cx——空气阻力系数，货船取0.7～0.9； -0.6 -0.8 -1 k——风向修正系数。
风向系数k
-1.2
20
40
60
80
100 120 风舷角q
140
160
180
第四节 附加阻力
五、汹涛阻力
1、船在风浪中的失速和失速比
v vc vR v ( vc vR ) vc vc
2、船舶顶浪航行时的失速比
900 / L 2(%) 1300 / L 6(%) v / vc 2100 / L 11(%) 3600 / L 18(%)
θ
第一节 螺旋桨的结构与形状
四、等螺距螺旋桨与变螺距螺旋桨
1、等螺距螺旋桨——桨叶各半径处螺距相等； 2、变螺距螺旋桨——桨叶各半径处螺距不等；
P tg 2r
第一节 螺旋桨的结构与形状
五、桨叶的切面形状
运输船舶桨叶的切面形状一般为机翼形； 大载荷螺旋桨桨叶的切面形状一般为、圆背形
4、实效伴流损失和相对旋转效率
R
M Q
' M Q
5、推进系数：
Cp
PE R VS H P R S PM PM
第一部分 阻力
三、阻力的分类
1、按产生原因分
τ F P ds τ
ds
Rr P cos(P; x)dS 压差阻力 S R f S cos( ; x)dS 摩擦阻力
二、船舶在浅水中航行的沉浮量
3、当 4、当 5、当 值。
时，船舶呈首倾。 v 0.6 gh 时，船舶呈尾倾。 v gh 时，尾倾达到最大
v 0.6 gh
三、浅水航行首尾下沉量的估算
水深 20m
第五节 浅水航行的浮态变化
静态 正浮
船速 14kn
船长 300m
尾沉 2.0m
尾横波
首横波
第三节 基本阻力的估算
一、基本阻力百分比
100 80 Rf/R0 60 40 20 0.1 0.2 拖船 0.3 客船
货船
0.4
Fn v / gL
0.5
0.6
第四节 附加阻力
一、附体阻力
RA K A R0
附体阻力占基本阻力的百分比KA 占基本阻力的百分比KA 单桨船 4.5% 3.0% 双桨船 2.0% 2.5% 2.5% 高速客船 1.5% 2.5% 4.0%
vS LS
S
vm Lm
m
S vS LS m vm Lm
vS vm Ls LM
vs v m gLs gLm
vs Ls 3 ( )2 vm Lm