船舶阻力阻力分析

➢ 平板摩擦阻力 ➢ 船体摩擦阻力
Rf
0
Cf
0
1 2
Sv2
2. 与速度之间关系
Rf v1.83
Rf
Cf
1 Sv2
2
3. 占总阻力百分比 Rf / R0 20% 80% 4. 影响因素
粘性；速度梯度；
W
船形；速度；表面粗糙度 T
湿表面积（吃水）；
vs
R X
1. 平板
一、摩擦阻力计算
du
v 水深傅汝德数： Fh gh
摩擦，涡流，兴波
§8.8 浅水航行对吃水的影响
一． 船舶在深水中航行的沉浮量inf 二． 船舶在浅水中航行的沉浮量inf
一、船舶在深水中航行的沉浮量
体积傅汝德数： Fnv
v gV 1/ 3
Fnv 1 排水状态 1 Fnv 3 过渡状态 Fn 3 滑行状态
KC
f
0
1 2
Sv
2
4. 根据相似定律求实船的剩余阻力
Rrs Rrm
(
1 2
Sv2
)
s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl3
应用
§8.4 基本阻力的估算
一． 摩擦阻力估算p143
R f a f S a f f (v, L)
二． 剩余阻力估算
Rr
Cr
1 Sv2
2
Cr
1 v 2V 2/ 3
2
例题p145
§8.5 基本阻力百分数
1. 基本阻力曲线inf
2. 基本阻力百分数 inf
3. 利用傅汝德大小表征船速
Fn 0.2
低速船
0.2 Fn 0.35 中速船
Fn 0.35
高速船
基本阻力曲线
某低速货船基本阻力曲线
基本阻力百分数
0.2
0.35
l L/3 V
50
低速船 中速船 0.35
高速船
§8.7 附加阻力
第八章 船舶阻力
§8.1 概述 inf
§8.2 基本阻力的机理 inf
§8.3 相似定律 inf
§8.4 基本阻力的估算 inf
§8.5 基本阻力百分数 inf
§8.6 营运载态和浮态对快速性的影
§8.7 附加阻力 inf
§8.8 浅水航行对吃水的影响 inf
习题
§8.1概述
一． 快速性 二． 船舶运动所消耗的功率inf 三． 总阻力分类inf 四． 基本阻力的分类inf
4. 影响大小、程度：
R空
kC x
1 2
Sv2
2-30%*基本阻力，P152
四、汹涛阻力
1. 耐波性定义：P152
船舶在各种海况下营运船速不致显著降低的性能。
2. 失速 v / vc 3. 汹涛阻力组成
摩擦，涡流，兴波
4. 储备功率 25% 40%
五、浅水附加阻力
1. 浅水航行特点：
a. 吃水； b. 浮态； c. 阻力变化；
Rf cos( ; x)ds
S
Rr p cos( p; x)ds
S
vA
W
vs
v
T
R
p
基本阻力分类
基本阻力R0
摩擦阻力R f
压差阻力
Rr
涡流阻力 Re
(粘性压差阻力)
兴波阻力 Rw
粘
性 R
阻
力
vA v
p
§8.2 基本阻力的机理
一、摩擦阻力inf 二、涡流阻力inf 三、兴波阻力inf
一、摩擦阻力 d u dn 1. 摩擦阻力计算 inf
dn
2. 船体
Rf 0
du ds
S dn n0
Rf
S
du dn
n0
cos( ;
x)ds
KR f
0
Rf
0
Cf
0
1 2
Sv2
Rf
Cf
1 Sv2
2
KR f 0
法线方向 n
······
速度的分布
速度
法线方向 速度的分布
船速
Vs
二、涡流阻力（粘性压差阻力）
1. 涡流阻力成因inf
➢ 理想流体 Re理 0 ➢ 粘性流体
1. 兴波阻力成因inf
➢ 理想流体 ➢ 粘性流体
Rw
Cw
1 2
Sv2
2. 船行波inf
3. 与速度之间关系 Rw v46 4. 占总阻力百分比 Rw / R0 10% 80%左右 5. 影响因素
船形（首部形状-水线面附近）；速度；
1. 兴波阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
基本量纲： L, M,T
F
ma
kL3
L T2
kL2 ( L )2
T
F C 1 Sv2
2
C 牛顿数
1 v2 流体的动压强
2
1 Sv2 流体的动力量纲
2
三、雷诺相似定律
Rf
Cf
1 Sv2
2
Cf
f ( vL)
雷诺数：Rn
vL
R fs
C fs
(1 2
Sv2 )s
R fm
C
fm
(1 2
Sv2 )m
Re
Ce
1 2
Sv 2
2. 与速度之间关系 Re v2
3. 占总阻力百分比 4. 影响因素
Re / R0 5 10%左右
船形（尾部形状）inf；
速度；粘性；
涡流阻力成因
1. 理想流体
W
Re 理 0
T
2. 粘性流体
Re
Ce
1 2
Sv 2
vs
R
vs
尾部形状对涡流阻力的影响
流线体
圆球
圆柱
圆盘
三、兴波阻力
深水中航行时的沉浮量
38
二、船舶在浅水中航行的沉浮量
变化规律：
水深傅汝德数： Fnv
v gh
Fnh 0.4 变化小
水深傅汝德数：
0.4 Fnh 1 尾倾
Fn 1 尾倾最大值
Fnv v / gh
一． 污底阻力inf 二． 附体阻力inf 三． 空气阻力inf 四． 汹涛阻力inf 五． 浅水附加阻力inf
一、污底阻力p149
1. 污底定义 2. 污底阻力成因： 摩擦 3. 影响因素 a f f (污底附着量，船速）
出坞日期，航行时间，停泊时间， 航行区域，季节，水温表面，油漆状况。
4. 影响程度
当Rns Rnm时：C fs C fm
即 ： Rfs R fm
(1 2
Sv2 )s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl 2Cv2
几何相似的船模和实船，当二者雷诺数相
等时，其摩擦阻力或涡流阻力相似。
四、傅汝德相似定律
Rw
Cw
1 2
Sv2
Cw
f(
v) gL
傅汝德数：Fr
v gL
Rws
C ws
(1 2
Sv2 )s
vs
R
Rw
Cw
1 2
Sv2
vs
2. 船行波
1. 首波系
– 横波 – 散波
2. 尾波系
– 横波 – 散波
球鼻首作用
§8.3 相似定律
一． 相似准则inf 二． 流体力的一般表达式inf 三． 雷诺相似定律inf 四． 傅汝德相似定律inf 五． 基本阻力全相似条件inf 六． 傅汝德假设inf
一、相似准则
推进功率
PT T vA
W T
vA
vs
R X
有效功率 PT
T
PE R vs
PD n
T
P'D
n 主轴
PM
R PE
推力 轴承
主机
传送效率
主机功率PM
传递效率
S
船后桨收到功率P‘D
PD
M
Q
相对旋转
R
敞水桨收到功率PD
敞水桨
P
PD MQ
推进功率PT
PT T vA
船身效率
H
有效功率PE
PE R vs
几何相似 1.
Cl
Ls Lm
Bs Bm
ds dm
Leabharlann Baidu
x sA xmA
ysA ymA
2. 运动相似 3. 动力相似
Cv
vs vm
v sA vmA
v sB vmB
CP
psA pmA
sA mA
psB pmB
sB mB
Rs rm
长：Ls 宽：Bs
·A V
· B
长：Lm
宽：Bm
·A V
· B
二、流体力的一般表达式
vs vm
gLs
gLm
vs Ls vm Lm
s
m
即：
s m
C
3 l
结论： 全相似的条件不存在：
六、傅汝德假设 R0 Rf Re Rw
1. 基本阻力组成 Rr Re Rw R0 R f Rr 2. 剩余阻力相似条件
Rr
Cr
1 2
Sv 2
Fns Fnm
3. 摩擦阻力按平板阻力估算
Rf
Cp
PE PM
H P R S
s
PD PM
MQ
PM
R
PD PD
MQ MQ
p
PT PD
TvA
MQ
H
PE PT
Rvs Tv A
船舶阻力R分类1-特征分类
R
空气①
附
R
汹涛②
加
阻
水
浅水附加③
力
静水 污底阻力④
附体⑤
新造船深水
基本阻力=裸船体阻力
W
vs
T
R
船舶阻力R分类2-力学性质分类
1、摩擦阻力
2、压差阻力
Rwm
Cwm
(1 2
Sv2 )m
当Frs Frm时：Rws Rwm
即 ： Rws Rwm
(
1 2
Sv
2
)
s
(
1 2
Sv
2
)m
Cl 2Cv2
几何相似的船模和实船，当二者傅汝德数
相等时，其兴波阻力相似。
五、基本阻力全相似条件
R0 R f Re Rw
摩擦阻力和涡流阻力相似条件： Rns Rnm 兴波阻力相似条件： Fns Fnm
W
vs
T
R
X
船舶在给定主机功率条件下等速直航的速度性能。
Y
二、船舶运动所消耗的功率
功率传递inf、传送效率inf
PE R vs
W
T
推进系数Cp
vs
R
P X
PEE
CP
PE PM
R vs PM
T
主轴 PM
推力
R
轴承
主机
推进功率的传递
主机功率PM
船后桨收到功率
PD
M
Q
敞水桨收到功率 PD MQ
污底附着量∝出坞后时间：P150 下水后，摩擦阻力每天增加2.5%
二、附体阻力
1. 附体定义, 2. 附体阻力成因： 摩擦，涡流 3. 影响因素
尾部数量，尺寸，形状，相对位置，船速 4. 影响程度： 7-8%*基本阻力
三、空气阻力
1. 空气阻力定义 2. 空气阻力成因 3. 影响因素
摩擦，涡流
水面以上船体形状；相对风速；风向；