船舶阻力与船舶推进

一、船舶阻力 总论第一部分：主要知识点一、船舶快速性的含义1、概念：船舶尽可能消耗较小的主机功率以维持一定航行速度的能力。

或者说，船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航行速度高低的一种性能。

对一定的船舶在给定主机功率时，能达到的航速较高者，谓之快速性好，反之为差；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，谓之快速性好，反之则否。

2、船舶能达到航速的高低取决于：它所受阻力的大小、主机功率大小和推进效率高低这三个因素。

3、主要内容：船舶阻力和船舶推进两个方面。

4、推进器是指把发动机发出的功率转换为推船前进的动力的专门装置和机构。

二、船舶阻力的分类 裸船体阻力静水阻力 船舶阻力水阻力 附体阻力船舶阻力 汹涛阻力 附加阻力空气阻力＊汹涛阻力：波浪中的水阻力增加值。

三、船体阻力的成因和分类1、成因船体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。

1）兴波一般首柱后缘为波峰，尾柱前缘为波谷，改变了船体周围的水压力分布，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，于是产生首尾流体动压力差（与船航行方向相反）。

这种由兴波引起的压力分布改变所产生的阻力称为兴波阻力，一般用R w 表示。

从能量观点看，船体兴起的波浪具有一定的能量，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。

2）边界层当船体运动时，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粘性切应力作用，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R f 表示。

从能量观点看，船体携带边界层水流一起前进，边界层水流质点不断消耗能量体现为摩擦阻力。

首部水压力尾部水压力补充：牛顿内摩擦定律dv dyτμ=。

μ：流体的动力粘性系数，2/N s m ⋅；/νμρ=：流体的运动粘性系数，2/m s 。

ν和ρ均为水温的函数。

3）边界层分离在船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部由于水具有粘性常会产生旋涡，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，使首压力大于尾压力。

这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力，用R pv 表示。

从能量观点来看，在船尾部形成旋涡要消耗能量，而—部分旋涡被冲向船的后方，同时船尾处又继续不断的产生旋涡，这样船体就要不断地供给能量，这部分能量的损耗就是以粘压阻力的形式表现的。

粘压阻力习惯上也叫旋涡阻力或形状阻力。

应该指出的是：对于流线型物体，甚至是某些优良船型，虽然并不发生界层分离现象，但仍然存在粘压阻力。

这是因为边界层的形成使尾部流线被排挤外移，尾部也会有压力降而产生首尾压差，形成粘压阻力，不过与界层分离而引起的粘压阻力相比，此时的粘压阻力要小得多。

（P180）2、分类详见课本P154，可按1）产生阻力的物理现象、2）作用力方向、3）流体性质来分。

补充：1）雷诺数e R VLν=、傅汝德数Fr = 式中：V 为船速，/m s ；L 为船舶的水线长WL L ，m ；ν为流体的运动粘性系数，2/m s 。

2）船速的英制单位“节（kn ）”，10.5144/kn m s =。

3）按傅汝德数大小将船分为：低速船： Fr ＜0.18中速船：0.18＜Fr ＜0.30高速船：0.30＜Fr注意：各种阻力成分在总船体阻力中所占比重对不同傅汝德数的船是不相同的。

1）对于低速船来说，摩擦阻力占船体阻力的70﹪~80﹪，粘压阻力约为10﹪左右，而兴波阻力成分很小；2）对于高速船，摩擦阻力约占船体阻力的40﹪~50﹪，而兴波阻力可达50﹪左右，粘压阻力仅占5﹪左右。

另外，傅汝德的阻力分类方法。

由于粘压阻力一般所占比重不大，且实际上亦难以同兴波阻力分开，故通常把粘压阻力与兴波阻力合并在一起称为剩余阻力Rr ，这样船体总阻力又可分为摩擦阻力和剩余阻力两部分。

四、影响船体阻力的因素 影响船体阻力的因素很多，但主要有三个方面：首先是航速。

航速对阻力的影响较大，随着航速增加，阻力的增长十分显著。

其次是船型，不同的船型参数往往会导致阻力性能的变化。

再次是外界条件，船舶在不同的航区中航行，由于外界条件，诸如水深、流体介质和温度等不同，对阻力也会有影响。

显然，对于给定的船型，且在一定的外界条件下，船体阻力仅仅是航速的函数。

五、船舶航行中的航态（P304）有关研究表明，船舶航行中的航态有时会对阻力特性产生较大的影响。

一般说来，船舶在航行时的航态与静浮状态是不相同的，而且航态随航速变化而变化。

根据已有资料表明：船舶在航行过程中，船体各部位的吃水较静浮时将发生变化。

体积傅汝德数Fr ▽＝3/1sg υ∇。

L ρ+∇⋅=1g Δ，∆为船舶的排水量，1∇为船体在航行过程中的排水体积，L 为沿垂直方向作用在船体上的流体动力或称升力。

实际航行表明，根据船舶的Fr ▽值，所有水面船舶大致可以划分为三种航态：1、排水航行状态：Fr ▽＜1.0在这个速度范围内的各种船舶，它们的阻力问题可以认为与航态无关。

大多数的民用船，都是属于这种航态的船舶。

所以，在这一航速范围内的船舶，又统称为水面排水型船舶。

2、过渡状态：1.0＜Fr ▽＜3.0此时随航速增高，航态较静浮状态有明显的变化，船首上抬较大，船尾下沉明显，整个船体呈现明显的尾倾现象。

高速炮艇、巡逻艇、交通艇都是这种航态范围的船舶，这些船称为高速排水型艇，或过渡型艇。

3、滑行状态： Fr ▽＞3.0此时航速很高，船首、船尾的吃水变化很大，而且整个船体被上抬沿水面“滑行”，因此，处在这种航态下的船称为滑行艇。

高速摩托艇、鱼雷快艇及导弹快艇等均属滑行艇之列，滑行艇的阻力特性与航态的关系更为密切。

六、阻力相似定律1、粘性阻力相似定律——雷诺定律对一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关，当雷诺数相同时，则粘性阻力系数必相等。

2、兴波阻力相似定律——傅汝德定律对于给定船型的兴波阻力系数仅是傅汝德数的函数，当两船的傅汝德数相等时，兴波阻力系数必相等。

注意：1）形似船、相应速度、缩尺比的概念。

2）由于实船与船模的船型是相同的，且在相应速度时，它们的傅汝德数亦是相等的，故它们的兴波阻力系数必相等。

傅汝德定律的推论―――傅汝德比较定律：形似船在相应速度时(或相同Fr 数)，单位排水量的兴波阻力必相等。

亦称为比较定律或比较率。

3、船体总阻力相似定律——全相似定律水面船舶的总阻力系数是雷诺数和傅汝德数的函数；若能使实船和船模的雷诺数和傅汝德数同时相等，就称为全相似。

满足全相似条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，故称为全相似定律。

注意：一般来说全相似条件是不可能实现的，在以后的阻力换算中一般只使用傅汝德定律。

补充：阻力系数212Rc SV ρ= 式中：R 为阻力，N ；ρ为水密度，3/kg m ；S 为船体湿面积，2m ；V 为船速，/m s 。

当R 分别为船体阻力t R 、摩擦阻力f R 等，则阻力系数分别对应为船体阻力系数212tt R c SV ρ=、摩擦阻力系数212f f R c SV ρ=。

七、傅汝德假定（P228）1、假定船体总阻力可以分为独立的两部分：一为摩擦阻力R f ，只与雷诺数有关；另一为粘压阻力R p v 与兴波阻力R w 合并后的剩余阻力R r ，只与傅汝德数有关，且适用比较定律。

2、假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。

通常称为相当平板假定。

第二部分：历届真题1、快速性好的船舶指相同排水量下（ ）。

A 、速度较高的船舶B 、相同航速下，使用功率小的船舶C 、推进效率高的船舶D 、船舶阻力小的船舶2、船舶的快速性主要指（ ）。

A 、高速船的有关问题，低速船不考虑快速性B 、船舶阻力和推进两个方面C 、节能船型、节能措施及方法等问题D 、船舶高效推进的有关问题3、船舶阻力与船体阻力的分类各怎样？4、汹涛阻力是波浪中的阻力增量。

（ ）5、试分别用“力”和 “能量观点”解释兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力的成因。

6、船体阻力按物理本质分为： 、 、 。

7、摩擦阻力、船体阻力、兴波阻力和粘压阻力均为静水阻力。

（ ）8、船体阻力与船体周围水的流动现象有关： （兴波阻力）、 （摩擦阻力）、 （粘压阻力）。

9、什么是压阻力？10、船舶阻力中， 阻力与 阻力均属于压差阻力。

11、压阻力包含有粘压阻力和兴波阻力两类不同性质的力。

兴波阻力即使在理想流体中仍然存在，而摩擦阻力和粘压阻力两者都是由于水的粘性而产生的，在理想流体中均不存在。

（ ）12、船体阻力按产生阻力的物理现象分为剩余阻力、粘压阻力和兴波阻力。

（ ）13、附加阻力包括 、 和 。

14、粘性阻力通常包含 和 。

15、船体阻力的影响因素是： 、 、 。

16、船舶滑行状态时，一般船舶体积傅汝德数为（ ）A 、<1.0r F ∇B 、 3.0r F ∇＞C 、 1.0r F ∇＞D 、1.0 3.0r F ∇＜＜17、船舶排水航行时，一般船舶体积傅汝德数为（ ）A 、<1.0r F ∇B 、 3.0r F ∇＞C 、 1.0r F ∇＞D 、1.0 3.0r F ∇＜＜18、什么是雷诺定律？19、什么是傅汝德定律？什么是形似船、相应速度、缩尺比？什么是比较定律？20、什么是全相似定律？什么是全相似？全相似条件在实际上能不能实现？21、形似船是指仅大小相同，形状完全相似的船舶之间的统称。

（）22、傅汝德相似的条件为：实船与船模傅汝德数相等。

（）23、傅汝德相似的条件为：实船与船模兴波阻力系数相等。

（）24、当两条形似船雷诺数相等时，粘性阻力系数必相等。

（）25、形似船在相应速度时（或相同傅汝德数时），单位排水量兴波阻力必相等。

（）26、傅汝德比较律的含义是：。

27、“相当平板”指与船体、、的平板。

28、所谓比较率指几何相似的船舶，当对应的相等时，其相等。

29、理想流体中，兴波阻力存在。

30、水面船舶不能实现全相似，但水下深潜的船舶与模型之间可以实现全相似。

（）31、水面船舶模型试验不能满足全相似，水下潜艇模型试验（）。

A、也不能满足全相似B、可以满足全相似C、部分速度段可以满足全相似D、速度足够高时可以满足全相似32、傅汝德比较率是指（）。

A、傅汝德数相同时，单位排水量的总阻力相等B、傅汝德数相同时，单位排水量的粘压阻力相等C、傅汝德数相同时，单位排水量的兴波阻力相等D、傅汝德数相同时，单位排水量的摩擦阻力相等33、什么是傅汝德假定？什么是相当平板？。