船舶设计原理4-3性能预报
船舶实验
船舶与海洋工程实验技术实验报告班级：姓名：学号：指导老师：华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室2016年6月1日螺旋桨敞水试验一、实验目的(1)对于某一具体的螺旋桨，通过模型试验可以确定实际螺旋桨的水动力性能。
(2)通过多方案的试验研究，可以分析螺旋桨的各种几何要素对水动力性能的影响。
(3)检验理论设计的正确性，不断完善理论设计的方法。
(4)通过对螺旋桨模型的系列试验，可以绘制成专用图谱，供设计螺旋桨使用。
现时广泛使用的楚思德B 系列图谱和MAU 系列图谱等都是螺旋桨模型系列敞水试验的结果。
二、实验原理满足以下条件：几何相似； 螺旋桨模型有足够的深度； 试验时雷诺数应大于临界雷诺数。
进度系数相等。
22412252(,)(,)A A V nD T n D f nD V nD Q n D f nD ρνρν==螺旋桨雷诺数采用ITTC 推荐表达式：νπ2275.0)75.0(Re nD v c a +=临界雷诺数一般大于3×105为消除自由液面影响，桨模的沉深深度：m s D h )0.1-625.0(≥三、实验设备主要设备是螺旋桨动力仪 。
四、实验内容敞水试验通常是保持螺旋桨转速不变，改变拖车前进速度。
速度范围应从Va ＝0至推力小于零的进速之间，在该范围内测点取15个左右。
1、敞水箱安装敞水箱为流线型，螺旋桨的轴从敞水箱的前端伸出箱外，外伸长度必须使桨模位于箱前的距离大于螺旋桨直径的3倍，以避免箱体的影响。
敞水箱样式如下图所示。
动力仪和电机安装在敞水箱内。
2、仪器安装及操作进入数据采集界面，如图所示。
在拖车开动之前，要对采集系统进行调零。
即在水池水面平稳状态下，点击系统设定里面的“调零保存”，使该通道的工程值基本在0附近飘动。
在拖车开动之前，我们要给螺旋桨一定的转速。
具体转速的确定，要根据具体情况确定。
由进速系数公式 可知，螺旋桨直径D已定，如果螺旋桨转速n太低，我们需要提高进速V，才能是J达到足够到。
螺旋桨非定常性能的面元法预报
螺旋桨非定常性能的面元法预报
谭廷寿
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】2005(27)5
【摘要】采用扰动速度势面元法预报螺旋桨非定常性能,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定.预报结果与测试结果或其它数值结果比较是令人满意的.
【总页数】5页(P13-17)
【关键词】船舶;螺旋桨;面元法;非定常性能;库塔条件
【作者】谭廷寿
【作者单位】武汉理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】U661.313
【相关文献】
1.带定子导管螺旋桨定常和非定常性能预估的基于速度势的面元法 [J], 王国强;刘小龙
2.全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法 [J], 常欣;黄胜;贡毅敏
3.面元法预报螺旋桨表面非定常压力分布 [J], 谭廷寿;熊鹰;王德恂
4.用非定常面元法预报拖式吊舱螺旋桨水动力性能 [J], 叶金铭;熊鹰;张伟康;韩宝
玉
5.非定常螺旋桨表面压力面元法计算 [J], 陈家栋;董世汤
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船舶操纵性能预报及改善
船舶操纵性能预报及改善简介：船舶操纵性是指船舶按照设计者的意图保持或者改变其运动状态的性能，即船舶保持或改变其航速、航向和位置的性能。
船舶的操纵性包括：航向稳定性、回转性、转首性、跟从性和停船性能。
船舶操纵性预报的主要内容：船舶操纵运动的水动力预报，船舶回转运动时回转轨迹及主要特征参数的预报，Z形操舵试验中的Z形曲线的预报和停船性能有关参数的预报重要性：船舶操纵性是船舶航行的重要性能之一,和船舶的航行安全性密切相关现状：1.由于操纵性问题本身的复杂性和船东从营运效率考虑,对操纵性的关心远不如对快速性等性能的关心,因而操纵性没有得到应有的重视2.近十多年来,国内外造船界对船舶操纵性越来越重视,国际上船舶操纵性研究突飞猛进,取得了惊人的进展。
发展：1.国际海事组织(Intemational Maritime Organization,IMO)在船舶操纵性评估和制定船舶操纵性标准方面的工作引起了人们对船舶操纵性的重视2．船舶水动力学学科及其相关数值和实验技术的进步使研究船舶操纵性这种复杂的问题成为了可能操纵性能预报的方法：1、数据库方法----限制较大；使用方便2、自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；3、利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用4、基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性5、神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统改善操纵性能的措施：1、舵的设计正确----合适的种类和外形尺寸2、船体主要尺度和型线的正确选择（船长，主尺度比，方形系数，纵中剖面面积，首尾部形状对水动力导数的影响）----协调航向稳定性和回转性之间的矛盾3、设计特种操纵装置----推进、操纵合一装置；主动式转向装置；特种舵数据库方法自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统。
某集装箱船推进性能的数值预报
√ 。
（） ５
２ 自航 因子 计 算模 型 的分 析
运用数 值 自航 船 模 对 实 船 推 进 性 能 进 行 预
收 稿 日期 ： ０ ｌ０ － ０ ２ １ 一 ４２
熊
鹰 （ ９ ８ ： ， 授 ， 士生 导 师 ， 要 研究 领 域 为 事 船 舶 流体 力 学 １ ５ 一） 男 教 博 主
上 海 交 通 大 学 船舶 与海 洋 工 程 国 家 重点 实 验 室 基 金 项 目资 助 （ 准 号 ： ０ ０ ０ ３ 批 ２ １１ ０ ）
第 ４期
熊
鹰 ， ： 集 装 箱 船 推 进 性 能 的数 值 预 报 等 某
・ ７ ・ ６ １
报 ， 先要 开展 自航船 模 的 流场计 算 ． 首 完整 的 自航 船 模流 场是 一个 包含 船体 和 螺旋 桨 的粘性 兴 波流
场 ， 果 要直 接 运 用 Ｒ 如 ＡＮＳ 方 法 进 行 求 解 ， 要 需
对 于 给 定 的航 速 ， （ ） 数 值 自航 船 模 的 粘 式 ８中
性 阻力 Ｒ 和 螺 旋 桨 推力 丁 ｍ都 是 只与 螺 旋 桨 转 数 相关 的函数 ； 由于螺旋 桨 的工况 对兴 波阻 力
的 影 响 甚 小 ， 以 可 认 为 Ｒ 随 螺 旋 桨 转 数 的 变 所 一
由于雷诺 数 相似 条 件 无法 满 足 ， 以一 般 只 所
要求船 模及桨 模 的雷诺数 大于临 界雷诺 数 即可． 根 据式 （ ） （ ） （ ） 可得 到 数 值 白航 船模 １ 、２ 和 ３ ， 计 算 的基 本输 入条件 为
Ｖ 一 Ｖ／ 。√
：＝ ＝
桨综 合流 场计算 模 型 ， 对实 船 自航点 及 自航 因 并
第六章船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进
第六章 船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，mm ss g g L V L V =上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，mm Am s s As D n VD n V = 在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有：λD DL L ==ms m s 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1)满足进速系数相等时有：λn V n V mAms As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故()()λn Vωn Vωmmmsss11-=-或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=s ms m 11ωω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：λn n s m = (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===5.3ms Dm Ds 4ms m s 3ms ms λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
船舶设计原理4-2性能预报
3．其他因素 ．
一定时， 在 GM 一定时，从总布置上增大质量惯性半 径，可以增大Tφ ，对减小横摇有利。其他如舭龙骨、 对减小横摇有利。其他如舭龙骨、 舵等附体，双螺旋桨及附加的轴，轴包架 或轴支架 或轴支架)、 舵等附体，双螺旋桨及附加的轴，轴包架(或轴支架 、 双尾鳍、双涡尾等都对增加横摇阻尼， 双尾鳍、双涡尾等都对增加横摇阻尼，降低φa有作 用。
(4)主尺度及船型特征 主尺度及船型特征
对缓和纵摇有利；增加Cw Cw对缓和 增加L和T 对缓和纵摇有利；增加Cw对缓和 纵摇、升沉均有利，将重量向中部集中布置， 纵摇、升沉均有利，将重量向中部集中布置， 以减小纵向质量惯性半径，有利于降低纵摇。 以减小纵向质量惯性半径，有利于降低纵摇。
(二)设计时要考虑的因素 一般来说，改变主尺度的可行范围是不大的， (1)一般来说，改变主尺度的可行范围是不大的， 故通常从线型上进行考虑。对大型船舶来说， 故通常从线型上进行考虑。对大型船舶来说，首横剖 面形状采用U 型均可。 面形状采用U型、V型均可。而对于航区波长相对于船 长较大的中小型船舶，宜采用V型首横剖面形状。 长较大的中小型船舶，宜采用V型首横剖面形状。 应保证船在空载时有必要的首、尾吃水， (2)应保证船在空载时有必要的首、尾吃水，满载 时有充分的首部干舷，以改善首底砰击、 时有充分的首部干舷，以改善首底砰击、撂旋桨飞车 、甲板上浪等。 甲板上浪等。
3)调谐因素 调谐因素A 调谐因素
迎浪时调谐因素关系式为: 迎浪时调谐因素关系式为
式中， 纵摇周期。 式中，Tθ ——纵摇周期。 纵摇周期 最大纵摇和升沉运动一般发生在A＝ 最大纵摇和升沉运动一般发生在 ＝0.75－1.25 － 范围。 范围。一般采用降速措施减小Fr 使A<0.75，或改 ， 变航向以缓和船舶的运动。 变航向以缓和船舶的运动。
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)解读共25页文档
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)解 读
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢！
多用途货船的操纵性预报计算
多用途货船的操纵性预报计算多用途货船是一种具有多种装载能力和灵活性的船舶，广泛应用于全球贸易和物流运输中。
在多用途货船的设计和运营过程中，操纵性预报计算显得尤为重要。
本文将探讨多用途货船的操纵性预报计算方法，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
随着全球贸易和物流业的快速发展，多用途货船在运输行业中的地位日益提升。
为了提高运输效率和降低成本，许多航运公司开始投入更多资源进行多用途货船的研发和升级。
在此背景下，对多用途货船操纵性预报计算的研究也成为了一个关键的课题。
多用途货船的操纵性预报计算主要包括以下几个步骤：船舶操纵性因素分析：首先需要确定影响船舶操纵性的因素，如船舶尺寸、船速、航向等。
通过对这些因素的分析，可以初步了解船舶的操纵性能。
船舶运动方程组的建立：结合船舶操纵性因素，建立船舶运动方程组。
该方程组可以描述船舶在各种环境条件下的运动行为，为后续的预报计算提供基础。
数字滤波算法：由于船舶在实际运营中会受到各种扰动因素的影响，因此需要对船舶运动方程组进行滤波处理，以减小扰动对预报结果的影响。
数字滤波算法可以采用卡尔曼滤波或其他的数值滤波方法。
为了验证上述计算方法的性能和准确性，我们进行了一系列实验。
实验中采用了实际航行数据和模拟数据进行对比分析。
结果表明，该计算方法能够较为准确地预报多用途货船的操纵性能，并且对不同航道和环境条件具有较好的适应性。
本文探讨了多用途货船的操纵性预报计算方法，通过对其计算过程和实验结果的分析，可以得出以下多用途货船的操纵性预报计算对于提高船舶运输效率和降低运营成本具有重要意义。
通过分析船舶操纵性因素、建立船舶运动方程组以及采用数字滤波算法，可以较为准确地预报多用途货船的操纵性能。
实验结果表明，该计算方法在实际航行和模拟环境中均具有较好的适应性和准确性，可以为多用途货船的操纵性能评估和航行安全提供有效的支持。
展望未来，多用途货船的操纵性预报计算研究仍有广阔的发展空间。
船舶设计原理4-4性能预报(13-14)
管理岗位
管理能力的培养-----与人打交道
技术岗位
积累技术经验与资料 逐步提高
对外联络
各种船厂、船检、船类大专院校
大、中、小型船厂 CCS、地方船检
技术联络 深造与提高
1、消化设计技术任务书 2、对新船的总体构思 设计特征与船型构思 3、初始排水量及主尺度确定 主尺度选取 船舶重量计算 4、性能校核 稳性 横摇周期（总布置草图） 航速 阻力 主机功率 5、型线设计 6、总布置设计 7、结构设计
当设计积载因数较大的货船时，按载重线求得最
小干舷Fx所决定的型深D，往往不能满足货舱容积的 要求。型 深D需根据舱容确定，即D> Fx +T，船的
实际干舷大于最小干舷，这种船称为富裕干舷船。
油船因其油舱不再兼作压载舱，所以一般也是富 裕干舷船。
3．变吃水船
对于Hale Waihona Puke 裕干舷船，在设计时可根据规范核算最小
§2—3 操 纵 性
航向稳定性、回转性和转首性。 常规船型，船舶操纵从舵面积的选取 及在舵、螺旋桨和船体型线的配合上 加以注意即可。
一、舵面积的确定 舵面积是船舶操纵性的一个重要要素。
舵面积 ----------舵的回转力矩 操纵性要求 舵面积 舵机功率、舵设备的重量和水阻力， 舵面积有一个适当的数值范围。
国内航行船舶的最小干舷
《 内河载重线规范》2004
载重线标志当船吃水超过相应的载重线标志，
港口监督部门将不准船出航。
三、设计中实际考虑的因素
船的干舷F=D－T+t。对于货船来说，干舷的
大小主要考虑两个方面的要求：一是载重线规范要
求的最小干舷值，二是货舱容积要求所确定的型深D 对应的干舷值。规范要求的Fx是从安全出发提出的
船舶设计原理4-1性能预报讲解
GM值大于0.1
即可。一般而言，只是对小油
船才需进行这种核算；中型油船的初稳性易于保证； 对于大型油船，从横摇角度看，则常嫌初稳性值过大。
(4)拖船
从论述拖轮初稳性的许多文献中，列举几种衡 准方法于表4-2中，以供比较。 港作拖轮的 GM ／ B 值通常大些，国内这类船的
GM／B在0.12～0.13范围。
船身效率、相对旋转效率和齿轮箱Байду номын сангаас率、轴系效率。
(1) 敞水效率o
在初选了主机、螺旋桨直径、转速及叶数以后，
为求得较高的敞水效率，须选用合适的螺旋桨设计图
谱。对于中低速运输船舶，常用MAU系列(日本运输
省船舶技术研究所)；B系列(荷兰瓦根宁根船模试验
水池)等图谱。对于空泡要求较高的军用舰船和民用 船舶，可选用高恩阔叶螺旋桨设计图谱。
2．初稳性的上限值GMmax
初稳性上限值是从横摇缓和性上考虑的，若船在
波浪中的摇摆周期短、摆幅大，则不仅影响船舶的安 全性，船上作业也很困难，货物会移动受损，乘员会 晕船或感到不舒服。因此设计时，在保证初稳性下限 的前提下，应力求使船的横摇缓和些。
船在波浪中的横摇周期T ，与初稳性高GM直接有 关，从下面近似估算公式可以看出，它们之间的关系。
(4)NPL系列 英国国家物理研究所提供的高速圆舭
排水型艇的系列资料。
(5)长江客货船系列 上海船舶运输科研所提供的长
江客货船裸体有效功率估算资料，适用于我国内河船舶，
尤其是受航道限制、船宽大、吃水浅的双桨内河客货船。
以上资料，凡与船舶设计有关的单位，都可方便地
查阅。
2、推进系数估算
式中，o、H、R 、G、S－螺旋桨敞水效率、
式中，C－依船的具体特征而变的系数，在 0.75～0.85之间选取。 我国沿海常见的大的波浪，波长λ=60~70m， 波浪周期Tw =0.8 ，为避免谐摇，则希望
船舶设计原理4-1性能预报
船身效率、相对旋转效率和齿轮箱效率、轴系效率。
(1) 敞水效率o
在初选了主机、螺旋桨直径、转速及叶数以后，
为求得较高的敞水效率，须选用合适的螺旋桨设计图
谱。对于中低速运输船舶，常用MAU系列(日本运输
省船舶技术研究所)；B系列(荷兰瓦根宁根船模试验
水池)等图谱。对于空泡要求较高的军用舰船和民用 船舶，可选用高恩阔叶螺旋桨设计图谱。
一、 快速性的初步估算 (一)海军系数法
当选用的母型船的主尺度比、船型系数、△及 相对速度等与设计船比较接近时，可用母型船的海 军系数C预估新船的主机功率或航速。
式中，P－主机功率(kW)； V－设计航速(kn)； △－设计排水量(t)； C一海军系数。 海军系数C是一艘船的阻力与推进性能 正。
本章就船舶海上性能，就船舶设计初始阶段如何分 析和估算船舶的快速性，稳性、耐波性、抗沉性予以说 明。由于这些性能大多数与船舶主尺度，船型系数有密 切关系，并且有些性能彼此间要求相互矛盾的，这就要 求设计者必须弄清楚： 1）根据设计船的具体使用任务要求和特点，哪些性 能是必须保证的。哪些性能是力求提高的，哪些性通常 易于满足的，以及这些性能的各自指标是什么，又怎么 确定； 2)各项性能指标与船舶技术要索间有什么关系，设 计时应采取哪些技术措施才有可能达到预期的效果。 因此在新船设计时，在处理船舶技术性能时要有 明确的意图和思路，要做到初步预测并为深化设计做好 前期准备工作。
不同速长比时，式(4-6)中系数列于表4－1。应注 意的是，用该式算得的CR适用于垂线间长L为400' 的船。 若上不等于400'，要对摩擦阻力的尺度作用加以修正。
二、设计中保证快速性的措施
船舶快速性是影响使用要求和经济效益的重要因
船舶设计原理
船舶设计原理船舶设计原理是指在设计一艘船舶时所需要考虑的各种因素和原则。
船舶设计的目的是为了使船舶在航行中能够具有良好的稳定性、操纵性和航行性能，同时还要考虑船舶的结构强度、船体形状、动力系统等方面的设计。
船舶设计原理涉及到船舶的各个方面，是船舶设计的基础和核心。
首先，船舶设计原理中最重要的一点是船舶的稳定性。
船舶的稳定性是指船舶在航行中受到外部力作用时能够保持平衡的能力。
船舶的稳定性设计包括静态稳性和动态稳性两个方面。
静态稳性是指船舶在静止状态下的平衡能力，而动态稳性则是指船舶在航行中受到外部扰动时的平衡能力。
在船舶设计中，需要根据船舶的使用环境和功能要求来进行稳性计算和设计，以确保船舶具有良好的稳定性。
其次，船舶的流线型设计也是船舶设计原理中的重要内容。
船舶的流线型设计是指通过对船体形状的设计，使船舶在航行中能够减小阻力、提高航行速度和燃油效率。
流线型设计需要考虑船舶的船体形状、船尾设计、船舶的水动力性能等方面。
通过合理的流线型设计，可以使船舶在航行中具有更好的航行性能和经济性。
另外，船舶的结构强度设计也是船舶设计原理中的重要内容之一。
船舶在航行中会受到各种外部力的作用，如波浪载荷、风载荷等，因此需要对船舶的结构强度进行设计和计算。
结构强度设计需要考虑船舶的材料选择、结构设计、荷载计算等方面，以确保船舶具有足够的结构强度和安全性。
最后，船舶的动力系统设计也是船舶设计原理中不可忽视的部分。
船舶的动力系统设计包括船舶的主机选择、推进器设计、船舶的动力性能计算等方面。
通过合理的动力系统设计，可以使船舶具有良好的航行性能和经济性能。
综上所述，船舶设计原理涉及到船舶的稳定性、流线型设计、结构强度设计和动力系统设计等方面。
在船舶的设计过程中，需要综合考虑这些因素，以确保船舶具有良好的航行性能和安全性能。
船舶设计原理是船舶设计的基础，对于船舶的设计和建造具有重要的指导意义。
船舶阻力试题
Frude定理是指形似船在具有相同的Fr数（即相应速度）时，单位排水量兴波阻力必相等。作用：由此定理，在实验求得船模的兴波阻力之后，就可以得到相应速度时的实船兴波阻力。
10、什么是全相似？
为什么说实船与船模不能全相似？实船和船模的雷洛数和付汝德数同时相等，就称为全相似。
随着侵深增加，潜艇产生的兴波阻力减小，到一定深度，几乎无兴波阻力，因此潜艇几乎不受到兴波阻力。
8、什么是Re，Fr和相应速度？
Re=Lv/μ[谬]，称为雷洛数，表征流体惯性力与粘性力之比。Fr=v/^(gL)称为付汝徳数，表征流体流动时迁移速度与重力加速度之比。相应速度是指几何相似的船之间为了保持Fr相同，则它们的速度必须满足一定的对应关系。即Vm=Vs/^(Ls/Lm)=Vs/^入。
6、产生船舶阻力的主要原因：水，空气的粘性，船舶曲度的变化，水的惯性。船舶航行的环境和载体是有粘性、惯性、易流动的水，船在水中的位置移动必定导致水的位置的改变即流动，使水流动需要消耗能量，而消耗的能量以阻力的形式表现，故产生阻力的根本原因是水的粘性、惯性和易流性。
7、潜艇和水面船舶所受到的阻力有哪些区别？
c、选择合理的船型系数
d、采用球鼻首、消波水翼等造成有利干扰
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、船舶阻力分类方法、优缺点
按照产生阻力的物理现象分类：Rt=Rw+Rf+Rpv即兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力
按照作用方向分类：分为由兴波和漩涡引起的垂直于船体表面的压力和船体比安眠切向力作用的水质点的摩擦阻力Rt=Rf+Rp
3、船舶阻力分类方法、优缺点
4、船舶周围流场的主要物理现象是什么？对阻力有哪些影响？
船舶设计原理-性能预报.
§4-2稳性
2.大倾角稳性 大倾角稳性是指船在外力作用(如较大的风和浪作用)下，横倾角 超过10~15度时的稳性，它涉及到船在航行中能抗多大风浪或横倾 力矩而不倾覆。 2.1规范主要内容 规范以大倾角稳佳作为船舶稳性的基本衡准．并依船舶的使用 任务待点对最小初稳性和需要核算的使用情况作了规定。 2.2核算步骤 (1)根据排水量从稳性横截曲线中找出各倾角处对假定重心的复原力 臂，修正重心高度的差别后就可其出实际复原力臂。绘出静稳性曲 线，检验静稳性曲线各要累是否符合要求。绘制动稳性曲线。 (2) 计算自摇周期，进而计算出横摇角。 (3)用作图法找出最小倾覆力臂或最小倾覆力矩。 (4)由总布置图的侧视图计算受风面积人及其形心距水面高度。 (5)由Z及船的航区查出计算风压。 (6)计算风压倾侧力臂或风压倾侧力矩。 (7)计算稳性衡准数是否大于1.0。
§4-2稳性
(4)拖船 国内这类船的GM/B在0.12~0.13范围。 (5)军舰GM/B GM 大体在0.06~0.10的范围。 1.2初稳性估算及影响因素分析 由船舶静力学知，初稳性高可由初稳性方程计算。 影响因素： (1)型宽及 B/T (2)水线面系数CW (3)型深D 1.3初稳性值的核算 在设计深入开展，完成型线图、总布置图、结构图等及技术文 件后，要核算船具有的初稳性精确值．往往是与核算浮态一起进行 的。根据规范对基本核算载况的规定，按设计船的使用特点，选取 核算载况。然后进行各载况的排水量与重心位置的计算，按表格核 算船的浮态与初稳性。
船 舶 设 计 原 理(Ch4)
第四章 船舶性能预报
§4-1 快速性 §4-2 稳性
§4-3 分舱及破舱稳性源自§4-4 耐波性 §4-5 船舶最小干舷
§4-6 操纵性
§4-1快 速 性
船舶综合性能预报系统
船舶综合性能预报系统陈昌运;董国祥;陈霞萍;金强;马向能【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2007(030)002【摘要】从船舶航速预报、耐波性能和操纵性能预报的市场需求出发,分析了国内外船舶综合性能预报的现状,详细介绍了由上海船舶运输科学研究所承担,中国船舶工业集团第708所、中国船舶重工集团第702所参加开发的船舶综合性能预报系统(SPPS 1.0).该预报系统首次将计算机网络技术、母型船航速预报技术和优良船型水动力试验动态数据库有机结合起来,并应用耐波性理论、操纵性理论,建立起依托互联网,面向船舶行业,实时远程预报船舶性能的共性技术平台;开发的系统软件有效解决了数据库中核心技术资源的保密性和全行业共享应用的矛盾,具有良好实用性和预报指标的先进性.【总页数】7页(P81-87)【作者】陈昌运;董国祥;陈霞萍;金强;马向能【作者单位】上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;上海船舶运输科学研究所运输事业部,上海,200135;中国船舶工业集团公司第708研究所,上海,200011;中国船舶重工集团第702研究所,无锡,214082【正文语种】中文【中图分类】U66【相关文献】1.船舶实海域耐波性预报系统研究开发 [J], 封培元;马宁;顾解忡2.基于扩展卡尔曼滤波算法的船舶姿态监测预报系统设计 [J], 宋蕙慧;于国星;曲延滨3.物联网环境下船舶舱室噪声的快速预报系统设计 [J], 熊守丽4.基于动态GIS的救援船舶海上航行路线精准预报系统 [J], 孙茂金;吕靖5.“船舶综合性能快速预报系统”获2008年“中国航海学会科学技术奖”二等奖[J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
船舶设计原理4-1性能预报(11-12)
对于不同用途、不同大小和不同航 区的船舶，抗沉性的要求不同。它分 “一舱制”船、“二舱制”船、“三舱 制”船等。“一舱制”船是指该船上任 何一舱破损进水而不致造成沉没的船舶。 一般远洋货船属于“一舱制”船。“二 舱制”船是指该船任何相邻的两个舱破 损进水而不致造成沉没的船舶。“三舱 制”船以此类推。一般化学品船和液体 散装船属于“二舱制”船或“三舱制” 船。
由复原力矩公式我们可以知道，复原力 矩的大小是与成正比的，通常认为 GM 值越大稳定性就越好。但是事实上并不 是值越大越好，如果值过大，则船舶的 复原能力很强，稍有倾侧，很快复原， 这样就使的船舶左右摇摆频繁，即横摇 的周期短，这在客船中更是要不得，剧 烈的摇摆会使乘客感觉很不舒服。
提高船舶稳性的几条措施
从上述两种情况可以看出：在图中， M点（船舶倾斜后新的浮力作用线与船 舶中心线的交点）是在重心G点之上， 船舶具有稳性，M点叫做稳心。若M点 是在G点之下，船舶不具有稳性。经分 析研究，船舶是否具有稳性以及稳性好 坏，决定于G点与M点的相对位置和G和 M间距离的大小，即GM值是衡量船舶稳 性好坏的标准，称GM值为初稳性高度。 它与稳性的关系是：
1）降低船舶重心是改善稳性的根本措施； 2）提高横稳心M点的高度，使值增大； 3）尽量减小上层建筑的受风面积，即 减少倾覆力矩。
三、船舶抗沉性
抗沉性（insubmersibility）是指船舶在一个舱 或几个舱进水的情况下，仍能保持不致于沉没 和倾覆的能力。
中国宋代造船时就首先发明了用水密隔舱来保 证船舶的抗沉性。船舶主体部分的水密分舱的 合理性、分舱甲板的干舷值和完整船舶稳性的 好坏等，是影响抗沉性的主要因素。
§4—2 、船舶稳性
船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进
第六章 船模自航试验及实船性能预估为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。
船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。
对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题：① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。
② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。
此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。
§ 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值一、相似定律在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。
因此，上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。
在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此，在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有： 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1) 满足进速系数相等时有：λn V n V mAms As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故()()λn Vωn Vωmmmsss11-=-或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=s ms m 11ωω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得：λn n s m = (6-2)(6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===5.3ms Dm Ds 4ms m s 3ms ms λρρP P λρρQ Q λρρT T (6-3)(6-3)式只对螺旋桨说来是正确的，但自航试验是把螺旋桨与船体联系起来统盘考虑的。
螺旋桨水动力性能的数值预报方法
螺旋桨水动力性能的数值预报方法胡健;黄胜;王培生【摘要】基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能.选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出.在面元上布置等强度源汇和偶极子.采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子.利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致.利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(022)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】螺旋桨;面元法;水动力性能【作者】胡健;黄胜;王培生【作者单位】哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U661.3130 引言在船舶推进研究领域,如何准确预报螺旋桨的水动力性能一直是引人关注的研究课题,迄今为止已有多种理论和方法被用于计算螺旋桨的水动力性能。
其中常用的主要有三种方法:升力线理论、升力面理论和面元法。
由于升力线理论用一根附着涡代替螺旋桨的作用,没有直接考虑桨叶的形状和物面边界条件,只适用于轻等和中等载荷螺旋桨。
文献[1]对离散化方法做出了重要改进,考虑了桨叶厚度的影响,并可以考虑螺旋桨的纵倾和侧斜。
升力面理论将螺旋桨叶片简化为厚度为零的升力面,并没有在真实物面上满足边界条件,尽管该方法可以比较准确地预报螺旋桨的水动力性能,但是对于桨叶压力分布、桨后流场等的预报不够精确。
文献[2]首先将面元法应用于无升力体的流体动力计算,文献[3]将其应用于机翼的计算,80年代,面元法被引入到螺旋桨的性能计算中,建立了基于源汇和偶极的混合分布面元法。
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纵
性
船舶操纵性包括以下三方面的内容：航向稳 定性、回转性和转首性。对于常规船型，船舶操 纵性并不难保证，只需要从舵面积的选取及在舵、 螺旋桨和船体型线的配合上加以注意即可。
一、舵面积的确定 舵面积是船舶操纵性的一个重要要素，舵面 积越大，舵的回转力矩就越大，操纵性要求越易 得到满足。但是舵面积过大，将增加舵机功率、 舵设备的重量和水阻力，同时舵面积大到一定程 度之后，对回转性的影响相对来说就不很重要了， 因此，舵面积有一个适当的数值范围。
(5—6)
式中，Mc——装卸效率(t／d)，其值取决于码头的设 备条件与劳动组织、船舶本身的装卸设备情况及货舱敞开 程度、船舶大小与货种等等因素。故各船之Mc值要根据 航线、各港资料和相近实船的实际资料经仔细分析后，加 以确定。 t22采用同航线同型船舶的近期统计资料。 t23的数值一般较小，可根据实船资料(如航次报告)统 计确定。
§5—2 基础经济数据计算
为了评价一条船舶的经济性，必须计算其基础 经济数据，即计算年运量，船价、年运输成本及年 收入。 进行船舶基础经济数据计算的前提是；
(1)依据船舶设计任务书给定了船舶设计载重量、 主机类型与功率以及设计服务航速； (2)通过调研，获得了预定航线的有关营运、经 济数据； (3)通过初步论证，拟定了船舶主尺度要素。 以下依次介绍单船基础经济数据的计算。
(4)有的船舶，如巨型油轮、散装货船、渡船， 为更好地控制船的航向和缩短靠离码头的时间， 或节约拖船费用，应根据具体情况，分析是否有 采用首部侧推装置的必要性。 (5)从航向稳定性看，L ／B小、Cb及B／T大的 船是不利的。空载吃水太浅会使船的航向不稳定 ，有的船需加呆木以解决航向稳定性问题；
(6)近年来，发现肥大型船(方形系数大)可能 存在操纵性异常现象，即在小舵角下船可能是稳 定的，也可能是不稳定的。这主要是由于船型丰 满而产生的水流分离或舭部涡流造成的。两种肥 大型船不稳定情况的典型丁，—占，曲线如图 4—4所示，图中；尸是无因次定常回转角速度， 扩为舵角，从图中可见，在 小舵角时，当舵角为正 值时，回转角速度可能 为正，也可能为负，所 以船的回转方向有可能 与预定的相反。
二、设计中要考虑的因素
(1)舵、螺旋桨、与船体尾部型线要有很好的 配合，以保证：船体、舵和螺旋桨之间保持合适的 间隙；螺旋桨有良好的来流；舵能利用螺旋桨的来 流以及螺旋桨和舵需要受到适当的保护，等等。 (2)受航道限制时，应特别注意船的回转性能 ，这时，以选取较短的船长和较大的舵面积系数为 宜。 (3)推、拖船(尤其是港口拖船)都要求船的回 转性能好，以利于作业时灵活，故也应采用较短的 船长和较大的舵面积系数。
1．年营运天数z的确定 z是船舶使用期限(船龄期或寿命期)内每年的平
均营运天数，等于365减去船舶修理及航线港口
封冻停航天数所得的差值。计算时，z根据同型船 舶的多年营运实绩统计分析后确定。一般远洋货 船为290—320d，沿海货船为280～290d，沿海客 货船为300～315d；长江拖轮为240—280d，驳船
(四)港口费S4
港口费(S4）可分为与登记吨位有关的费用及 与载货吨有关的费用。 1、与登记吨位有关的费用 包括拖轮服务、引水、码头、港务、代理等 费用，可正比于净吨位计算。年开支正比于净吨 位及年航次数，可按同航线相近的船舶换算。
2、与载货吨有关的费用
包括装卸费、理货费、代理费、税金等，此项
费用按年货运量吨数计算并依货种而变。
为310—340d。
2．每航次所需天数t的计算 t = t 1 + t2 式中，t1 , t2 － 航行时间与停泊时间(d) (1)航行时间t1的计算 t1包括以服务航速(vks ) 航行的时间t11和通过运河、进出港时减速航行的 时间t12 (d)，其中t11为 (5－5)
式中，R1以服务航速运行的里程； vks －一年内 各航次的平均服务航速，可取为主机额定功率的 80％～85％时的试航速度。
年收入可用下式估算：
年收入＝年运量×平均货运单价
平均货运单价(元／t或元／(t，n mile))随时间、
货种及运输里程而变，杂货船因货种众多，可取同
航线的相近船舶的平均统计值。
(二)年利润 在不计企业所得税的情况下，年度营运收入的 分配如图5—1所示。
年收益A＝年收入总额B－年营运费用Y
年营运费用Y＝年总成本S－年折旧费D
远洋取15％：85％。
柴油发电机常用功率，在航行与用船上起货 设备装卸货时取为其最大持续功率的80％，停泊 时则取为70％。
一般柴油机船航行时用废气锅炉，停泊时用 燃油锅炉，锅炉油耗量可按航次停泊时间的25％ －50％进行计算。客船取暖与油轮货油加温等特 殊需要所耗燃料则应另行计算。
2．润料费
润料费可按主辅机与锅炉的润滑油消耗率细 算，但一般取燃料费的一个百分比。海船低速机 约为燃料费的7％～10％，中速机取10％～15％， 长江船一般取16.7：
三、年营运成本
年营运成本(S)，是船舶一年内各种成本的总
和，亦称年总成本，包括：船员费用、与船价相关
的费用(折旧费、修理费、保险费)、燃润料费、港 口费和其他费用。 (一)船员费用S1 ， 包括船员基本工资、伙食费、航行津贴、奖金 等直接项目及劳保福利等附加项目。 S1＝船员定额人数 X 人均年度费用
运输系统，如沿海煤炭海运系统、上海宝山 钢铁总厂铁矿砂运输均属运输系统。 运输系统的经济性涉及港、航、船、厂这样 一个综合的经济性问题，船舶只属运输系统中的 一个环节，单船经济性与系统经济性要协调配合， 不仅单船经济性要好，而且系统经济效益要高。
对单船经济性的研究和掌握是从事船队分析
和运输系统经济论证的基础； 分析单船经济性时，必须涉及到船舶年运量、 船价(总投资)、年运输成本、年营运收入、评价 船舶方案的经济指标等诸方面问题。
年度港口费S4＝船次数×净吨位×与净吨有关
的费率＋年货运量×与货运吨有关的费率
另一种估算方法，是统计船舶营运航线上海吨
或每干吨海里的港口费率，进而求得港口港口费在
年总成本中所占比例大体为：远洋船为1／3，长江 船为1／5，沿海船为1／10
(五)其他费用S5
其他费用(S5)包括物料(供应品)费、企业管理费、 其他开支等，一般取为总成本的15％。
客流)的均衡性程度。对油、矿砂、煤等大宗货 专用运输船，因是单程满载，单程空载，故ac
可取为50％。对杂货船，除航线的货流情况外，
还与货种的变化(舱容限制了载货量)、营运组织，
货源组织等因素有关，需根据航线上现有船舶
的实际进行统计分析，并预测发展趋势加以选 取。
(二)年航次数m的确定
m＝z / t
t12根据运河、进出港里程及对航速限额的 规定来计算，航行部门有这类资料可查阅。对 多港停靠的船舶t11及t12的计算应分航段进行。
(2)停泊时间t2 的计算，t2包括装卸作业时间t21 、非生
产性停泊时间t22 (等泊位、移泊、候潮水等)和辅助作业(装 卸作业前的准备和开航前补充油、水、物料等)时间t23之 总天数。t21可用下式计算：
(二)与船价相关的费用S2 ： 1．折旧费 新船投入营运后逐年损耗，待到使用期满时 其价值仅剩余船舶残值。因而在使用年限内针对 这种损耗每年计入一笔折旧费。计算折旧费最常 用的是直线折旧法，按这种方法每年的折旧费相 同，即 年折旧费＝(船价一船舶残值)／船舶使用年限 船舶残值一般可取为船价的10％；船舶使用 年限(根据交通部颁布的《公路、水运主要技术政 策》(1985)规定)如表5—2所示。
一、投资不计利息时的静态经济指标
1．单位运输成本
单位运输成本是船舶完成单位运量所付出的 成本，即 bt=S/Qt
二、船价
船价是设计与建造一艘新船所花费的总投资， 包括各种材料费(钢材，木材等)、设备费(舣装设 备、机电设备等)、加工工时费及其他费用(设计
费、检验费，利润、税收等)。
(一)整船概算法 在缺少资料，且对估价的精度要求不高的情况 下，可根据载重量或排水量(客船可根据载客量、 拖船可按主机功率)等，参考有关型船资料进行估 算，如按下式估算：
一、年运量
船舶在一年内完成的运输量Qt 或运输周转量 Qtm称为年运量，其表达式：
(5—2)
式中，ac一年内往返航程载货量(或载客量)的
平均利用率，或称负载率(％)；m－年航次数(往 返算一次)；R －预定航线的航程(nmile或km)。
(一)载货量(或载客量)平均利用率ac的确定
ac的数值取决于一年内各往返航程货流(或
2、修理费 我国现行船舶修理，分为岁修与特检两种。平 均到每年的修理费可按船舶造价提成，所提取的 百分数分别为：长江船4．5％，沿海船3．5％， 远洋船2．5％。 3．保险费 航运公司向保险公司提请保险而交付的费用。 远洋船舶通常向国外保险，由航运公司提出保价。 保价不等于船价，但在论证阶段，可假定与船价 相等。为简单起见，年保险费可取为船价的一个 百分数，其年度保险费率，一般杂货船取0.55％， 油船取0.7％。
课题五
船舶经济性与船型论证
§5 －l
概
述
由表5－1可见，在同一航线上从事同样 的运输业务，采用35000t级浅吃水运煤船， 其经济性较之20000t级运煤船有明显提高，
年利润增加1.4倍，投资回收期缩短3年。由
此可见，进行船舶经济性研究并用于船舶设
计实践的重要性。
船舶经济性分为单船经济性、船队经济性和运 输系统经济性等。 船队分析包括船型、吨级、航速、船队船舶艘 数、船舶与港口航道的关联等方面的论证分析。 船队中单船经济性和船队总投资效果是评价船 队建设方案最主要的依据。
年利润AC＝年收入总额B－年总成本S
由于企业要交纳所得税，因此就产生税前年利 润和税后年利润的概念不计企业所得税的年利润即 为税前年利润；而年收入总额扣除年总成本和所得 税以后的余额为税后年利润。它们之间的关系如图 5—2所示。