船舶阻力第5章-船型对阻力的影响剖析
船型对阻力的影响解读
高等教育自学考试毕业设计（论文）学院专业学生姓名班级学号指导教师目录摘要 (3)第一章绪论 (4)第二章船型对阻力影响的基本概念 (5)2.1 船型、航速与阻力性能之间的关系2.2 确定影响阻力的船型参数2.3 船型对阻力影响问题的研究方法第三章船体主尺度的影响 (6)3.1 排水量长度系数对阻力的影响3.2 宽度吃水比的影响第四章主要船型系数的影响 (11)4.1 棱形系数的影响4.2 船中横剖面系数的影响4.3 方形系数的影响第五章横剖面面积曲线形状的影响 (16)5.1 浮心纵向位置的影响5.2 平行中体长度和位置的影响5.3 横剖面面积曲线两端形状的影响第六章首尾端形状的影响 (19)6.1 首尾横剖面形状6.2 船首柱、尾柱形状6.3 球鼻艏对阻力的影响6.4 特殊船尾形状结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)摘要船舶设计中一个重要步骤是确定船型参数，就是确定表征船体水线以下部分的一些特征参数的数值和几何形状。
但应该指出，船舶设计是一个必须考虑各种因素的综合性问题，船型参数的选择应顾及总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等诸多方面既有联系又有矛盾的各种要求。
关键词：船体主尺度、主要船型系数、横剖面面积曲线、首尾端形状第一章绪论船舶设计建造部门总希望所设计建造的船舶具有优良的航行性能，用船部门理所当然要求所属的各类船舶都具有优良的航行性能。
概括来说，所谓优良的航行性能大体包括：船舶是否具有合理的浮态和足够的稳性，是否属低阻力的优良船型，推进器的效率是否最佳，推进器与船体及主机是否匹配，是否具有良好的航向稳定性和回转性，在风浪中航行时是否会产生剧烈的摇摆运动以及砰击、甲板上浪及失速等，但在实际造船工作中，判断船舶是否具有优良的航行性能是有一定衡量指标的，有些指标因素考虑到航海安全而由船籍社乃至国际组织规定必须满足的硬指标，有些指标则是与长期积累的优秀船型资料相比较而判定的。
船舶阻力介绍
船舶阻力定义船舶运动过程中，流体作用于船体上，阻止其运动的力。
种类当船舶在水面上航行时，船体处于空气和水两种流体介质中运动，必然通受空气和水对船体的阻力。
为研究方便起见，船体总阻力按流体种类分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作川力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
进一步把水阻力分成船体在静水中航行时的静水阻力和波限中的阻力增加值（亦称为汹涛阻力）两部分。
静水阻力通常分成裸船体阻力和附体阻力两部分。
所谓附体阻力是指突出于裸船体之外的附属体如舵、舭龙骨、轴支架等所增加的阻力值。
根据这种处理力法，船舶在水中航行时所受到的阻力通常分为两大部分：一是裸船体在静水中所受到的裸船体阻力，另一部分是附加阻力，包括空气阻力、汹涛阻力和附体阳力。
对于常规船型，附体阻力通常仅占船舶阻力的很小部分，故常常通过船模阻力试验确定总阻力后，按经验公式乘以某个适当系数以获得附体阻力的值。
对于特殊船型，如有较大附体的非常规船型（特殊作业船、潜水器、救生船、探测船、水下采矿船等），附加阻力可能较大，需对带有附体的船模进行试验予以确定。
试验中需注意因缩尺船模的附体较小所产生的尺度效应，要求船模尽可能大。
工程中初步估算时常用经验统计数据，结合具体情况作适当修正。
目前尚无有效的理论算法。
在船舶设计中，常用附体阻力系数估计附体阻力。
为减小附体阻力，附体形状应尽可能采用流线型。
船长对阻力的影响船长对阻力的影响在保持排水量不变时，改变船长必然引起L/B及L/▽1/3的变化，当排水量一定时，选用较大的船长L，则B，d，C b必然要作适当的减小及L/B，L/▽1/3随之增加。
随着L/B或L/▽1/3乃的增加，船体变得瘦长，船体型线的纵向曲率变小，船体兴波区域的型线变得平直，兴波作用趋于和缓，波高变低，兴波作用所消耗的能量减少，所以兴波阻力随着变小。
同时由于船长增加以后，尾部型线变平顺减少了旋涡的产生，从而降低了旋涡阻力。
6 船型影响
的Cp值。
2．最佳棱形系数曲线
Cp 0.80 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 Fr
0.70
理论最佳 实践最佳
0.60
0.50 0.50 1.00 V/ L 1.50 2.00
图6-12 最佳棱形系数曲线
3．经验公式确定棱形系数
验统计资料认为可近似估计这种影响，对于
低中速船，在常用的 B/d 范围内，当 B/d 值
增加0.1时，将使总阻力增加0.50%～0.75%，
而高速船相应增加要大些。
§ 6-3 主要船型系数的影响
一、棱形系数的影响
Cp＝/ L Am
C p 0.80 C p 0.50
Δ/(0.01L ) = 常数
3
C p (小 ) R′ 2 C p(大 )
P′ 2
棱形系数对剩余阻 力的影响，随航速而 发生变化的原因是与 不同航速时的兴波情 况有关。
P2 R2 P1
P′ 1 R′ 1 R1
低速时，Cp对阻力 的影响甚微；
中速时，选择较小 的Cp值有利。 高速时，取适当大
高速波峰区
中速波峰区
图6-11 Cp值与船首形状、水压力的关系
对于高速船，由图6-5(b)知 增加。
Δ 0.01L 3
的影响
相当敏感，随着该系数增大，Rr/Δ将有明显 (3) 对总阻力的影响
低速船：当增大
Δ 0.01L 3
时，Rf/Δ将减小，
但Rr/Δ却几乎保持为常数。
高速船：由于 Rr /Δ在总阻力中占重要比重，
一般说来，当
Δ 值减小时，Rr/Δ将下降， 0.01L 3
C p = Cb / C m
船舶阻力总结[最终定稿]
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船舶阻力总结[最终定稿]第一篇：船舶阻力总结船舶阻力总结——By Mr.Torpedo 说明：1、本资料仅供20120114班内部分享。
2、题目纯属个人编写，与考试形式关系不大，仅仿照老师上课所述考试内容，将书上的重要知识点加以总结，仅供参考。
第一章绪论1、简述船舶阻力的概念。
2、什么是船舶快速性？船舶具有良好快速性应满足什么条件？3、什么是船舶阻力曲线？什么是有效功率曲线？分别如何表示阻力性能？4、船舶阻力研究中常用的速度单位有哪些？他们之间换算关系如何？5、船舶阻力中常用的相似准数有哪些？6、船舶的航态如何划分？7、排水型船舶的航态如何划分？8、船舶阻力有哪些研究方法？9、船舶阻力中的坐标系如何选取？10、船舶阻力的成分如何划分？11、船体阻力的成分如何划分？第二章粘性阻力1、什么是粘性阻力？它包括哪两部分成分？2、简述粘性阻力的成因（力学观点、能量观点）3、相当平板理论的内容4、1957年国际船模试验池实船—船模换算公式的表达式？5、简述船体表面弯曲对摩擦阻力的影响6、什么是形状效应？在阻力计算中如何计入形状效应的影响？7、船体表面粗糙度包括哪两方面内容？如何修正？8、船体湿表面积如何计算？9、简述污底的形成、影响及其防治方法。
10、如何减小船体的摩擦阻力？11、粘压阻力的影响因素有哪些？设计中如何避免？12、螺旋桨对粘压阻力有何影响？第三章船舶兴波兴波阻力1、船舶在水面航行如何兴起波浪？2、兴波阻力的成因？3、船舶兴波包括哪两部分？各有什么特点？4、兴波阻力的成分？5、写出与x轴夹角为 的基元波波数的表达式。
6、船行波的范围？7、深水域和浅水域的压力点兴波范围有何特点？8、什么是兴波长度？如何用兴波长度衡量兴波干扰？9、什么是兴波干扰？何为有利干扰、不利干扰？10、简述○P理论的内容。
11、薄船理论有哪些基本假定？写出流场速度势的表达式、基本方程和边界条件。
12、Michell积分反映了船型对兴波阻力的哪些影响？13、减小兴波阻力有哪些方法？14、破波阻力出现时，波浪运动分哪几个发展阶段？15、波浪破碎方式？16、破波阻力的特性有哪些？第四章船舶阻力的确定方法1、确定船舶阻力的方法有哪些？2、写出二因次换算法的假设和计算方法。
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。
船舶阻力第5章船型对阻力影响
船舶阻力第5章船型对阻力影响
1
§5-1 船型对阻力影响的基本概念
一、船型分类及其主要阻力成分
1、低速船：Fr<0.20，兴波阻力很小，设计时 主要考虑减小粘性阻力，形状比较肥大。
2、中速船：0.20<Fr<0.30，兴波阻力较小， 设计时既考虑减小兴波阻力，又要防止其它阻 力成分增大，船型适当趋于瘦削。
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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§5-2 船体主尺度的影响
一、排水量长度系数对阻力的影响
排水量长度系数
又称பைடு நூலகம்长系数，
表示船舶的瘦长程度。该系数大，意味着
同样船长范围内分布着更多的排水量。它
包含排水量和船长两个变量。
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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1、排水量一定，修长系数减小对阻力的影响 1）对摩擦阻力的影响
微凹 • 高速肥：两端宜取直线或微凸。
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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§5-5 满载水线形状的影响
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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§5-6 首尾端性形状的影响
一、船首柱尾柱形状 二、船尾柱尾柱形状
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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1）垂直式船首
当航行过程中产生尾倾时，首柱将向
后倾倒。目前不采用。
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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船舶阻力第5章船型对阻力影响
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三 方 形 系 数 对 阻 力 的 影 响
船舶阻力第5章船型对阻力影响
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§5-4 横剖面面积曲线形状的影响
一、浮心纵向位置的影响
• 浮心纵向位置即横剖面面积曲线所围面积的 形心纵向位置。
• 它表示排水体积对于船中分布不对称的程度 。浮心离船中越后，表示船尾部越肥，船首 部越瘦；反之，浮心离船中超前则表示尾部 越瘦，首部越肥。
第06章 船型对阻力的影响
第六章 船型对阻力的影响
6.1 船型对阻力影响的概念 6.2 船体主尺度的影响 6.3 主要船型系数的影响 6.4 横剖面面积曲线形状的影响 6.5 满载水线形状的影响 6.6 首尾端形状的影响
2/5
6.1 船型对阻力影响的概念
本章在船模试验和实船试航的基础上讨论船型对阻力 的影响。便于设计出阻力较低的船型参数；同时也可对某 些给定参数船舶的阻力性能进行分析。
80 250085
90
95
15 14
2000
2500水线 3000水线 3400水线
13
121110 500水线
1000水线
1500 1500水线 2000水线 1000
4000水线
基线
500
10
11(3.25)
1300
12(6.5)
2600
13(9.75)
14(13)
3900
15(16.25)
16(19.5)
4/5 4
确定影响阻力的船型参数
综上所述，考虑船型影响，船舶总阻力系数可表示为： Ct＝f (▽/L3, B/T, Cp, Cm, 船体形状, Fr) 式中没有考虑Re的影响，因为在一定范围内改变船型 对摩擦阻力影响甚小，且摩擦阻力可以通过计算得到；而 Fr对剩余阻力有较大影响。
载水线平行中段，满载水线首尾端的形状以及满载水线
4000水线 3400水线 3000水线 2500水线 2000水线 1500水线 1000水线 500水线 基线
主甲板边线 3900纵剖线
2600纵剖线
1300纵剖线
首端半进角等因素表征。
舷墙顶线
1000
艏楼甲板边线
艏楼外板顶线
船舶原理PPT讲义-船型对阻力的影响
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四. 满载水线首端半进角
ie随Fn上升而下降，但要考虑到水线首端形状。 ① 低速船 ② 高速船 ③ 水线首端凸，ie大些；凹时，ie小些。
方形系数的选取
① 经验公式
Cbc 1.05 1.68Fr (服务航速) 1.08 1.68Fr (试航速度)
② 根据Cp、Cm和Cb三者关系确定
（见下图6-13，6-14）
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6-4 横剖面面积曲线形状的影响
横剖面面积曲线A(x)可表现三个量的特征 1. 浮心纵向位置 xc 2. 平行中体长度 Lp Lbp 和位置 3. A(x)两端形状
原则：总阻力角度而言，L总略小于Lopt，阻力增 加不多，造价可望下降。
（5）确定船长的经验公式 a) 巴士久宁公式 b) 艾亚公式 c) 杰克公式 d) 诺吉德公式
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Case 2. L : 一定 改变
(1) 对 R f
Rf
C fp
1 2
2S
Cs
L
一定
Rf 1 1
船都有Lp。 ② 高速船，兴波首峰后移，不利，由前肩兴波源
影响明显，不设Lp 。
③ Lp Lbp 随航速上升而下降， Fn>0.24,0.25时， Lp Lbp 0
④ 位置与 xc 配合，低速.中心在前，随速度上
升而后移。 进流段
Le L min 9.474Fn2
去流段
Lr
L
min
4.08
B L
,
)
2
(1) 主尺度比
L,B L L B
B T T BT
(2) 船型系数
Cb
《船舶阻力》思考题与习题(5页)
《船舶阻力》思考题与习题思 考 题1、船舶阻力与船舶快速性有什么关系？2、船舶阻力研究的内容和目的是什么？有哪些研究方法？3、船舶阻力(水阻力)分类的方法有哪几种？4、产生船舶阻力的主要原因是什么？5、航速与各阻力成分有什么关系？掌握这些关系有什么实际意义？6、潜艇与水面船舶所受到的阻力有何同异？7、无限流场中的实船与水池中的船模是否满足力学相似条件？ 8、在理想流体中作匀速运动的前后非对称的物体是否受到阻力作用？ 9、船的压阻力为(,)P SR P C O S P X ds =⎰⎰。
当物体为前后左右对称时，试问该物体在水中作匀速直线运动时是否受到压阻力作用？若换成前后对称的回转物体，在水下和水面上作匀速直线运动所受到的阻力又有什么不同？10、什么是傅汝德数、雷诺数、相应速度？试说明之（写出表达式即可）。
11、什么叫傅汝德比较定律？在船舶阻力中有什么作用？ 12、如何导出全相似？为什么说船模与实船不能满足全相似？ 13、傅汝德假定的内容是什么？它有哪些优缺点？14、产生边界层的原因是什么？边界层的边界线为什么不是流线？15、边界层内有哪几种流动状态？各种流态有什么特点？边界层内流速分布 规律如何？16、船体表面弯曲对摩擦阻力产生形状效应，为什么船的摩擦阻力仍可以用相 当平板公式计算？17、Froude 平板摩擦阻力公式，ATTC Line ，柏一许公式及ITTC —57摩擦线公 式是什么？四个摩擦阻力系数公式各是根据什么得出的？18、船模发生界层分离时，相应速度下的实船也会发生界层分离，你认为对吗？ 在船模—实船阻力换算中是怎样考虑这一问题的？ 19、球鼻首对降低兴波阻力有什么作用？试说明之。
20、兴波阻力的成因是什么？什么叫船波？它与平面进行波有什么相互联系？ 21、经典兴波理论与波形分析法求R w 的基本思路及其区别是什么？ 22、Michell 公式是怎样将R w 与船体几何形状相联系的？23、船波系由哪几个波系组成？Kelvin 波型图能反映出船行波的哪些特点？ 24、兴波阻力表达式6[cos(2/)]W S R A B mL V πλ=+能说明兴波阻力的哪些现象？ 25、何谓船波的有利干扰和不利干扰？用什么方法来预测？26、增加船的平行中体对兴波阻力有无好处？应怎样选择合适的平行中体？ 27、减小兴波阻力的方法有哪些？球鼻首能降低兴波阻力吗？为什么？ 28、兴波阻力有哪些特性？它与汹涛阻力有什么不同？29、何谓自由表面？兴波阻力、波形阻力、破波阻力与之有关吗？ 30、破波阻力是如何产生的？球鼻首有减少破波阻力的作用吗？ 31、船模阻力试验的内容是什么？它有什么作用？ 32、怎样确定船模尺度，过大或过小行不行，为什么？ 33、有哪几种激流方法，激流装置应装在什么位置？为什么？34、二因次和三因次换算法的依据是什么？怎样将船模阻力换算到实船？35、什么叫“尺度效应”、“阻塞效应”？“三因次”这个名称说明了什么？36、常用的阻力试验数据表达方法有哪几种？37、海军系数C的表达式及其含义？38、什么叫船型？讨论船型对阻力影响时应注意些什么？39、影响阻力的主要船型参数有哪些？为什么有的参数又不考虑呢？40、Fn或/V在研究船型阻力影响时有什么作用？为什么不直接采用船速V s来研究这一问题？41、排水型船舶如何分类？它们的阻力成分怎样？设计中怎样考虑？42、横剖面面积(分布)曲线包含有哪些特征参数？43、高速船、中速船C P值的选取原则？为什么？44、试说出L、B／T、C b、C p、C m对阻力的影响，浮心纵向位置X c在低、中、高速三种船型中应如何取方对阻力有利？45、试说出球鼻首在低，中、高速船型中减少阻力的作用？46、简述平行中体长度，进、去流段长度及横剖面面积曲线两端形状、设计水线两端形状、横剖面形状对阻力有什么影响？47、什么叫双尾船型、蜗尾船型、双尾鳍船型，它们各有什么优缺点？48、双体船、三体船的主要优缺点有哪些？习 题一、名词解释层流底层 理想流体 相应速度 相当平板 理论 形状因子 形状效应 形状系数 摩擦阻力 粘压阻力 旋涡阻力 形状阻力 分离阻力 空气阻力 附体阻力 兴波阻力 破波阻力 自然波阻 波形阻力粘性阻力尾流阻力汹涛阻力兴波长度粗糙度补贴（系数）△C F 换算补贴C A 局部粗糙度 普遍粗糙度 方形系数棱形系数 最佳船长L opt 相对长度污底；激流修长系数d虚长度（假尾）二、填 空1. 船的裸体阻力按应力观点可分为① 阻力和② 阻力；其中的②可分为③阻力和④阻力。
第二篇第5章船模阻力试验
式中：ks为船体表面粗糙度，取
(m).
Lwl为水线长度(m)。
A；TS为2为水- 2湿线5 面以积上船体及上层建筑在横中剖面上的投影面积
船模和实船的阻力换算
由上述讨论可知．在用傅汝德的二因次换算时，由船模阻 力试验测量的是总阻力Rtm，在扣除相当平板摩擦阻力Rfm 后得到剩余阻力Rrm，其中Rfm由平板公式计算所得，模型 试验所要求解决的只是Rrm。但在三因次换算中，需要靠 船模试验解决的是兴波阻力Rwm及形状因子（1 十k）。 于1932 年创立了国际船模试验池会议．三因次换算方法 在原来傅汝德方法假定的基础上更为完善，但由于雷诺数 无法相似所带来的尺度作用以及粘性与兴波相互干扰等问 题尚需作进一步的研究。
3.709103
(Cr )2m- 15(Ct )m (C f )m (3.709 3.120) 103 0.589103
计算实例
根据式(5-11)有（不计 ） (Ct )s (Cf )s (Ctm Cfm ) (1.550 0.589) 2.139103
Ls=7.229Χ24=173.5m 由傅汝德数相等之条件可得：
Vm
1
Vs
1 6.173 1.26m / s 24
2 - 14
Rem
vl
(
)m
1.26 7.229 1.139106
7.997106
计算实例
Res
(
vl
)s
6.173173.5 1.188106
，代人上式有： 由式2(-51-211)求得实船总阻力系数Cts后，可算出总阻力。
Frm Frs
第5章船模阻力试验
第五章船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法，目前关于船舶阻力方面的知识，特别是提供设计应用的优良船型资料及估算阻力的经验公式和图谱绝大多数是由船模试验结果得来的。
新的理论的发展和新船的设计是否能得到预期的效果都需要由船模试验来验证。
而理论分析的进一步发展，又为船型设计和船模试验提供更为丰富的内容，以及指出改进的方向。
因此船模试验是进行船舶性能研究的重要组成部分。
本章先对船模试验池和船模阻力试验作一简要介绍，然后分别从设计和研究观点来讨论表达船模阻力数据的方法。
§ 5-1 拖曳试验依据、设备和方法船模试验是研究船舶阻力性能的主要方法。
因此需要了解船模阻力试验的依据，试验设备和具体的试验方法。
一、船模阻力试验的依据由§1-2的阻力相似定律指出：如能使船模和实船实现全相似，即船模和实船同时满足Re和Fr数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数。
§1-4中已阐述船模和实船难以实现全相似条件。
根据现实可能性，也不能实现船模和实船单一的粘性相似，即保持Re相等，这是因为，如要使Re m= Re s，则必有：υm L m/v m= υs L s/v s即υm= αυs v m/ v s(5-1)式中，α为船模缩尺比。
因为船模和实船的运动粘性系数两者数值相近，如假定v m= v s，则(5-1)式为：υm= αυs(5-2)由于船模均要比实船缩小几十倍以上，因而要求船模的速度较实船速度大几十倍，甚至达到超音速情况下进行试验，显然是不现实的。
因此船模阻力试验，对水面船舶来说，实际上就是在满足重力相似条件下(保持Fr数相等)进行的。
由于是在部分相似条件下所得的船模阻力值，因此必需借助于某些假设，诸如傅汝德假定，休斯假定等才能换算得到相应的实船总阻力。
二、船模试验池船模试验池是进行船舶性能研究和某些结构、强度试验的重要设施，因而世界各国均普遍建造了各种船模试验池。
普通的船模试验池，其主要任务是进行船舶模型的拖曳、自航及适航性等试验。
船舶阻力
上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力13上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 15∫∫−=sf dsx R ),cos(ττcos(,)p sR p p x ds=−∫∫按物理现象分类水的粘性而产生的，在理想流体中并不存在。
按流体性质分类t v R R =（粘性阻力）wR +（兴波阻力）相（因为全相似难以实现，通过Froude假定可从船模平板表面上流速为零，随着距平板表面的距离y增加，流速也增大，当y增至时，起处流湍流10>3×Rex上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide9上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 14平板上受到的摩擦阻力局部摩擦阻力系数：f s R dsτ=∫0002222111112222xx xf f b dxR C dx C dx x x v S v bx v τττρρρ====∫∫∫212C v ττρ=上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力18公式（船模与实船的阻力换算）2m上海交通大学《船舶原理》之船体表面弯曲度对摩擦阻力的影响上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力1.不分离的情形2-D分离上海交通大学《船舶原理》动量损失（压差阻力、能量损失）从能量观点来看，在尾部形成漩涡，另一部分漩涡则被冲向船的后方，同船尾处又继续不断产生的漩涡，这样船体就要不断地提供能量。
这部分能量损上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide56象。
上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力59上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力5.船模与实船的Re相差103左右，边界层分离不相似，往往船模分离而实船不分离，低速时尤须注意。
上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide66上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 72C v ：尾流测量与的比较a)尾流测量b)平均值接近()1fpk C +()v n C F F =()1fpk C +海浪、船行波等任何一种复杂的波系，都是由简单的平面进行波或基元波组成的。
船舶阻力()船型对阻力的影响
6.1 船型对阻力影响的基本概念
高速船 Fr>0.30 Rw成为主要成分,力求减小Rw。 办法：减小船首波系的波高—船体（前体）瘦长 高速船波浪长度大—首波在船尾难以实现有 利干扰
3
4
6.1 船型对阻力影响的基本概念
二、确定影响阻力的船型参数
1、主尺度比：L/B、B/T 2、船形系数： C p Cb / Cm
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6.2 船体主尺度影响
（3）对总阻力的影响 低速船 高速船
Δ
0.01L
Δ
3
Rt Rt
Δ
0.01L
Δ
3
可取大些 可取小些
0.01L 0.01L 3、不同船舶的 △/(0.01L)3选取
3
3
（1）低、中速船△/(0.01L)3取大些， 随着V增加，降低△/(0.01L)3，船型肥短 （2）高速船△/(0.01L)3比低速船小得多，船型瘦长 （3） △/(0.01L)3对Rf与Rr影响相反，存在 Lopt
低速船 Fr < 0.20 Rw很小, Rf与Rpv 主要;所以要减小Rf 和Rpv, Rf ∝S — 减小S — 船型肥短 — 易产生旋涡—去流段 中速船 0.20<Fr < 0.30 Rw随V提高而增大, 既要减小Rw 又要考虑Rf 和Rpv, 办法:选择有利船型参数 — (兴波)有利干扰 船型趋于瘦削— 减小粘压
6.1 船型对阻力影响的基本概念
一、船型、航速与阻力性能之间的关系
1、优良船型的含义
阻力性能优良船型是对某一速度范围和航行环境而言的； 讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系 （未来将同时考虑航行环境） 1
6.1 船型对阻力影响的基本概念
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？
船舶阻力船型对阻力的影响
2、船舶分类及其主要阻力成分（水面排水型船） 低速船 Fr < 0.20
Rw很小, Rf与Rpv 主要;所以要减小Rf 和Rpv, Rf ∝S — 减小S — 船型肥短 — 易产生旋涡—去流段
中速船 0.20<Fr < 0.30
Rw随V提高而增大, 既要减小Rw 又要考虑Rf 和Rpv, 办法:选择有利船型参数 — (兴波)有利干扰
可取小些
（1）低、中速船△/(0.01L)3取大些， 随着V增加，降低△/(0.01L)3，船型肥短
（2）高速船△/(0.01L)3比低速船小得多，船型瘦长 （3） △/(0.01L)3对Rf与Rr影响相反，存在 Lopt
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6.2 船体主尺度影响
二、B/T影响
1、B/T 对 Rf 的影响 B/T=3.0附近，S最小； 改变B/T对S影响不敏感 ； B/T对Rf影响小
高速船： 增加的略多些 (设计时常选用 较大的B/T)
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6.3 主要船型系数的影响
一、Cp的影响
Cp 表征排水体积沿船长分布情况
Cp＝/ L Am
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6.3 主要船型系数的影响
1、Cp对阻力的影响 (1) Cp 对Rf 的影响 △、L不变，Cp变化 对S影响很小，— 对Rf影响可忽略。 （2） Cp对Rr的影响 影响较大,与航速有关
船型趋于瘦削— 减小粘压
3
6.1 船型对阻力影响的基本概念
高速船 Fr>0.30 Rw成为主要成分,力求减小Rw。 办法：减小船首波系的波高—船体（前体）瘦长
高速船波浪长度大—首波在船尾难以实现有 利干扰
4
5
6.1 船型对阻力影响的基本概念
第六章 船型对阻力影响 船舶阻力 与推进
第六章船型对阻力的影响船舶设计中的一个重要步骤是确定船型参数，就是确定表征船体水线以下部分的一些特征参数的数值和几何形状。
但是应该指出的是：船舶设计是一个必须考虑各种因素的综合性问题。
船型参数的选择应顾及总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、稳性、航区和经济性等诸方面既有联系又有矛盾的各种要求。
本章主要应用船舶阻力的基本知识在分析船模试验和实船试航的基础上来讨论船型对阻力的影响，以使在船舶设计过程中考虑选择阻力较低的船型参数：同时亦可对某些给定船舶的阻力性能进行分析，以期供设计或改型时考虑。
§6-1 船型对阻力影响的基本概念为了便于叙述和理解船型对阻力的影响问题，有几个概念先予以阐述。
一、船型、航速与阻力性能之间的关系1．优良船型的含义船型对阻力性能的影响是与船速密切联系的，在不同速度范围内，船型参数对阻力的影响不仅程度上不同，甚至还有本质上的差别，因此，所谓阻力性能优良的船型是对某一定速度范围而言。
换句话说，优良的船型将随速度而异，低速时阻力性能良好的船型，在高速时可能反而不佳。
由此可以推断：对于不同速度范围内的船舶说来，影响船体阻力的主要船型参数应该是不同的。
为此，在船舶设计过程中考虑参数选择的出发点不应完全相同。
由此知，讨论船型对阻力性能的影响问题，必须与设计船的速度范围联系在一起。
但是应该看到，对于同一设计船的航速也有不同的要求，如民用船舶，速度有服务速度和试航速度之分。
前者是在平均海面情况中所能保持的速度，后者是在试航时使用全部功率所能达到的速度。
过去惯例在任务书中规定试航速度，但对实际服务情况未必经济合理，对军舰，其巡航速度与最大速度相差甚大，对船型的要求常相矛盾。
所有这些不同的航速要求，在设计中应根据具体情况予以注意。
2．船舶分类及其主要阻力成分目前研究一般水面排水型船的阻力问题，较普遍的是按照傅汝德数将各类船舶分为低速船(Fr＜0.18)、中速船(0.18＜Fr＜0.30)和高速船(Fr＞0.30)。
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二、平行中体长度和位置的影响 • 采用平行中体可以简化施工工艺，降低造价 。同时又能增加舱容，满足船的载重量要求 。此外，有时对阻力性能产生有利影响。 • 随着航速增高，设置平行中体对阻力性能的 有利因素将下降，不利因素增加，故平行中 体长度随之缩短，直至达到某一航速时，完 全不宜采用平行中体。由此可得结论：最佳 平行中体长度主要与船速有关。
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§5-1 船型对阻力影响的基本概念
一、船型分类及其主要阻力成分 1、低速船：Fr<0.20，兴波阻力很小，设计时 主要考虑减小粘性阻力，形状比较肥大。 2、中速船：0.20<Fr<0.30，兴波阻力较小， 设计时既考虑减小兴波阻力，又要防止其它阻 力成分增大，船型适当趋于瘦削。 3、高速船：0.30<Fr，兴波阻力比较大，设计 时要减小兴波阻力，船型比较瘦长。
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1、排水量一定，修长系数减小对阻力的影响 1）对摩擦阻力的影响
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2）对剩余阻力的影响
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3）对总阻力的影响
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选择船长必须考虑：
1、布置要求 2、阻力性能
3、操纵性
4、经济性
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2、船长一定，修长系数增大对阻力的影响 1）对摩擦阻力的影响
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2）对剩余阻力的影响
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3）对总阻力的影响
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二、宽度吃水比对阻力的影响 1 对 摩 擦 阻 力 的 影 响
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方 尾
因水线面的尾部形状接近方形而得名。形成“ 虚长度”，在不增大湿表面积的前提下，增大 了设计水线长，即摩擦阻力不增大的前提下， 减小了剩余阻力。
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• 高速船舶采用方尾有利于减小阻力， 提高航速。还有利于提高横稳性，有 利于舵机、深水炸弹、水雷的布置。 • Fr<0.4的水面舰船多采用巡洋舰尾和 方尾。 • Fr>0.4的高速水面舰船多采用方尾， 特别是快艇和驱逐舰均采用方尾，故 也称之为驱逐舰式船尾。
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2）对剩余阻力的影响
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3）对总阻力的影响
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§5-3 主要船型系数的影响
一、菱形系数对阻力的影响 1、菱形系数对摩擦阻力的影响
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2、菱形系数对剩余阻力的影响
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• 3、结论 • 由上分析可知，棱形系数的变化将改变船 型，因而对兴波阻力产生不同的影响。由 于不同航速时兴波情况不同，所以从阻力 观点来看，所要求的CP值是不同的。 • 在整个速度范围内可以得出一条最佳棱形 系数曲线。
• 4、经验公式• 1、对阻力的影响 • 根据泰洛试验结果知，Cm很大的范围内 变化，不但对湿面积影响不大，即对摩擦 阻力影响不大，而且其剩余阻力的差别也 很小。 • 2、 Cm值的选取 • Cm值的选取实际上是取决于方形系数，高 速船由于希望有较小的Cm值。
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1、浮心纵向位置对阻力的影响
• 浮心纵向位置的改变对船体湿面积影响不大 ，故对摩擦阻力影响很小，然而对剩余阻力 的影响比较大。
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2、浮心纵向位置的选择
• 由于浮心纵向位置的变化会引起粘压阻力和 兴波阻力完全不同的变化，为此应该根据各 类船舶的各阻力成分所占的比重不同选取相 应的浮心纵向坐标值。 • 1）低速船：浮心纵向位置在船中前为宜； • 2）中速船：浮心位置应适当移向船中部； • 3）高速船：浮心位置取在船中后为宜。
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三、横剖面面积曲线两端形状的影响 • 低速船：两端宜为直线形； • 中速船：前端宜取微凹或凹形，后端直线或 微凹 • 高速肥：两端宜取直线或微凸。
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§5-5 满载水线形状的影响
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§5-6 首尾端性形状的影响
一、船首柱尾柱形状
二、船尾柱尾柱形状
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1）垂直式船首
当航行过程中产生尾倾时，首柱将向 后倾倒。目前不采用。
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二、比较影响阻力的船型参数 1、主尺度比：长宽比、宽度吃水比、吃水长 度比。 2、船型系数：方形系数、菱形系数、船中横 剖面系数和排水体积长度系数等。 3、船体形状：横剖面面积曲线形状、满载水 线面曲线和船体首尾形状。
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§5-2 船体主尺度的影响
一、排水量长度系数对阻力的影响
排水量长度系数 又称修长系数， 表示船舶的瘦长程度。该系数大，意味着 同样船长范围内分布着更多的排水量。它 包含排水量和船长两个变量。
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船舶阻力第五章 船型对阻力的影响
船型选取是船舶设计的首要环节。在船舶设计 中，根据船舶设计任务书的要求，综合考虑船 舶的总体布置、工艺结构、快速性、耐波性、 稳性、航区和经济性等来选定船型。 船型与阻力关系密切。尤其对兴波阻力而言， 船型的微小变化会对兴波阻力产生大的影响。
研究船型与阻力的关系对设计优良的低阻船型 具有非常重要的意义。
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2）斜直式船首
有力于减小纵摇和升沉运动，可增加甲 板面积，有利于甲板机械的布置，也比 较美观。目前多采用。
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3）倾斜式船首
有力于减小纵摇，降低波浪中的阻力增 值，可增加甲板面积，改善淹湿性，也 比较美观。
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4）球鼻船首
有力于减小兴波阻力、破波阻力和舭涡 阻力。大型船舶采用者很多。但制造工 艺较复杂，对首锚的使用也有影响。
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5）飞剪式船首
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6）破冰式船首
此船首用于破冰船
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球鼻首的减阻机理： 1、减小兴波阻力 2、减小破波阻力 3、减小舭涡阻力
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球鼻首的形状
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二、船尾柱尾柱形状 1 椭 圆 形 尾
因船尾甲板成椭圆形而得名。以往民船 多采用，现已被巡洋舰尾代替。
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2 巡洋 舰尾
• 巡洋舰型船艉将满载水线附近的尾部水线向后 作适当延长，增加了水线长度，有利于减小兴 波阻力和粘性阻力。尾部甲板面积增大，有利 于增加初稳性，并便于布置舵机，对螺旋桨和 舵具有保护作用．可提高推进效率，且尾部容 积较大，有利于布置传动机械及工作舱室，可 以减小尾倾和尾部拍击现象。
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三 方 形 系 数 对 阻 力 的 影 响
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§5-4 横剖面面积曲线形状的影响
一、浮心纵向位置的影响 • 浮心纵向位置即横剖面面积曲线所围面积的 形心纵向位置。 • 它表示排水体积对于船中分布不对称的程度 。浮心离船中越后，表示船尾部越肥，船首 部越瘦；反之，浮心离船中超前则表示尾部 越瘦，首部越肥。