船舶原理-船舶阻力
船舶阻力阻力
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
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
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
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
船舶原理公式范文
船舶原理公式范文船舶原理是指研究船舶的运动原理以及与之相关的物理学原理的学科。
船舶运动的原理涉及到船舶的稳性、浮力、阻力、推力等多个方面。
下面将介绍一些与船舶原理相关的公式。
1.船舶稳性公式船舶稳性是指船舶在静态和动态情况下保持平衡的能力。
船舶稳性可以通过测量艏楼舱的倾斜角度来评估。
船舶稳性公式中，最常用的是斯奈德稳性公式和S方程。
斯奈德稳性公式：GM=KB*(1-KB/KM)*BM其中，GM是艇身稳定性力矩中心的高度，KB是纵向稳定力矩的位置，KM是质量中心的高度，BM是浸没体积的功能。
通过斯奈德稳定性公式，可以计算船舶的稳定性矩。
S方程：S=KM/(KB+KG)其中，S是形心水平与质心水平之间的距离，KB是纵向稳定力矩的位置，KG是重心的高度。
2.船舶浮力公式船舶浮力是指在液体中受到的向上推力。
根据阿基米德定律，浸没在液体中的物体所受到的浮力等于所排除的液体的重量。
F=ρ*V*g其中，F是浮力，ρ是液体的密度，V是物体所排除的液体的体积，g是重力加速度。
3.船舶阻力公式船舶阻力是指在航行过程中与流体介质之间产生的摩擦力。
船舶阻力公式主要有摩擦阻力公式和波浪阻力公式。
摩擦阻力公式：Rf=0.5*ρ*V^2*S*Cf其中，Rf是摩擦阻力，ρ是介质密度，V是速度，S是湿表面积，Cf 是摩擦阻力系数。
波浪阻力公式：Rw=0.25*ρ*V^2*L^2其中，Rw是波浪阻力，ρ是介质密度，V是速度，L是舰船的长度。
4.船舶推力公式推力公式：T=P*η其中，T是推力，P是功率，η是效率。
以上是一些与船舶原理相关的公式，涉及船舶稳性、浮力、阻力和推力等方面。
这些公式可以帮助研究者理解船舶的运动原理，并为船舶设计和工程提供参考。
船舶原理备考知识点总结
船舶原理备考知识点总结一、船舶的基本概念1. 船舶的定义：船舶是用于在水上进行运输和航行的交通工具，通常由船体、动力装置、船舱以及导航和控制设备组成。
2. 船舶的分类：根据用途和船体特征，船舶可分为货船、客船、油船、拖船、渔船等各种类型。
3. 船舶的结构：船体是船舶的基本结构，通常由船首、船艏、船中、船艉等部分组成。
船体的外形和结构对船舶的性能有着重要的影响。
二、船舶的稳性1. 船舶的稳性定义：船舶的稳性是指船舶在浮力和重力的作用下保持平衡的能力。
船舶的稳性对航行安全具有重要意义。
2. 船舶的稳性要素：船舶的稳定性要素包括浮力、重力、形心、重点、载重线等。
这些要素相互作用，决定了船舶的稳定性水平。
3. 船舶的稳性计算：船舶的稳性计算是通过考虑船体的形状、载重线位置、重心位置等因素，确定船舶在不同工况下的稳性状况。
稳性计算通常使用形心高度曲线和倾覆曲线等参数来表示。
三、船舶的阻力1. 船舶的阻力概念：船舶在航行中受到水流的阻碍，产生阻力。
阻力包括水动力阻力、摩擦阻力、波浪阻力等。
2. 船舶的阻力影响因素：船舶的阻力受到船体形状、航速、水流状况、载重线位置等多种因素的影响。
船舶的阻力与船舶的动力消耗和航行速度息息相关。
3. 船舶的阻力计算：船舶的阻力计算主要通过实验和模型试验进行。
船舶的阻力计算是船舶设计和航行性能评估的重要依据。
四、船舶的推进1. 船舶的推进基本原理：船舶的推进是利用动力装置产生推力，推动船舶在水中前进。
常见的推进方式包括螺旋桨推进、水射推进、水轮推进等。
2. 船舶的推进装置：螺旋桨是最常用的船舶推进装置，它通过叶片的旋转产生推力。
水射推进和水轮推进则是在特定船舶类型和工况下使用的推进方式。
3. 船舶的推进性能评估：船舶的推进性能评估包括推进效率、推进功率、航速、加速度等指标。
这些指标反映了船舶在不同工况下的推进性能表现。
五、船舶的操纵1. 船舶的操纵原理：船舶的操纵是通过操舵装置控制船舶航向，以实现转向、停泊、靠泊等操作。
船舶阻力
1.船舶受力：1地球引力2浮力3流体动力4推进器推力2.船舶阻力：船舶受到流体作用在船舶运动相反方向上的力3.船舶阻力+传播推进=快速性船舶快速性：尽可能消耗较少的主机功率以维持一定航速的能力4.船舶性能：稳性、浮性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性5.船舶阻力曲线：船舶阻力随航速变化的曲线6.1海里/时（节）=1.852公里/时=0.5144m/s1米/秒=3.6km/h=1.942节雷诺数：Re=u L/V 长度弗劳德数：体积弗劳德数：gL UFr =水深弗劳德数：31.∇=∇g U Fr hg U Fr h .=7.船舶航态：1排水航行状态Fr<1.02过渡状态1.0<Fr <3.0(护卫、巡逻、高速双体、V 型快船)3滑行状态Fr>3.08.排水型船舶：低速船（Fr<0.2）中速（0.2<Fr<0.3）高速(Fr>0.3)9.随体坐标系：固接于船体上的坐标系10.航道：1深水航道2限制航道（a 浅水航道水深b 狭窄航道水深宽度）11.船舶阻力：1水阻力（a 静水阻力b 汹涛阻力）2空气阻力12.船体阻力R t ：1摩擦阻力R f 2剩余阻力R r （a 粘压阻力F pv b 兴波阻力F w ）13.湿表面积：船舶处于正浮状态时水线以下裸船体与水接触处表面积14.船体周围流场：主流区、边界层、边界层和由于边界层分离产生的漩涡区15.1摩擦阻力：船舶表面的剪切应力在船舶运动方向上的投影沿船体表面积分所得合力（能量观点）：就某一封闭区，当船在静水中航行，由于粘性作用会带动一部分水运动（边界层），为携带它运动，船体不断提供能量给水，产生摩擦阻力。
2粘压阻力（形状阻力或漩涡阻力）：由于粘性作用，船体前后压力不对称产生压力差即为粘压阻力（能量观点）：船尾部形成漩涡要消耗能量，一部分能量被冲向船后方的同时，在船艉部又持续不断的产生漩涡，船体不断为流体提供能量，这部分能量消耗就是粘压阻力表现形式3兴波阻力：由于船体兴波导致船体压力前后分布不对称而产生的与船体运动方向相反的压力差，成为兴波阻力16.形状效应：船体表面弯曲影响使其摩擦阻力与相当平板计算所得结果的差别17.相当平板理论：假设具有相同长度，相同运动速度和湿表面积的船体和平板的摩擦力相同18.污底：海洋中的生物附着在船体表面，增加船体表面的粗糙度，使阻力增加很大19.船体表面粗糙度：1普通粗糙度：油漆面粗糙度，壳板平面2局部粗糙度：结构粗糙度20.减小摩擦阻力的方法：1减小湿表面积。
知识点二 船舶的阻力-PPT课件
附加阻力
• 汹涛阻力
船舶阻力也会由于风、浪和船身的剧烈摇摆运动的影响而增加。顶浪航行 时，一般船舶总阻力比静水状态增加50%～100%。
• 空气阻力
空气阻力指在静水状态下（3级风以下），船舶水上部分对空气的相对运动产 生的阻力。一般来说，空气阻力与船速的平方以及船体水线以上部分正投影面 积成正比。一般情况下，空气阻力通常占总阻力的2%～4%左右，但集装箱船由 于其船体水线以上部分正投影面积较大，且船速较高，其空气阻力占总阻力的 比例可达10%。 附加阻力的大小与风浪大小、船体污底轻重及航道浅窄有关。
附加阻力
指船舶营运过程中由于船舶附体的增加、船体表面粗糙 度、海况、风以及海流等引起的船舶阻力增量。附加阻 力包括： • （1）附体阻力 • （2）坞底阻力 • （3）汹涛阻力 • （4）空气阻力
附加阻力
• 附体阻力
指由于舵、舭龙骨及轴包架等附体对水运动而增加的部分阻力。
• 坞底阻力
船舶营运过程中，船壳板上漆层的脱落、海生物的生长都会使船体表面变为粗 糙，意味着船舶摩擦阻力的增加。这种船体表面粗糙度的增大，在整个船舶使 用寿命期间可能使总阻力增加25%～50%。有关数据显示，每米长度的粗糙度厚 度为25μm时，船速降低1%。
船舶阻力的构成
• 营运中的船舶所受的阻力总量RT由基本阻力R0和附加阻力 △R两部分构成。 船舶阻力表示为：
RT=R0+ΔR
基本阻力
• 基本阻力是指新出坞的裸船体（不包括附属体）在平 静水面行驶时对船体产生的阻力。由摩擦阻力、兴波 阻力、涡流阻力三部分组成，即
R0=RF+RW+RE
基本阻力
• 摩的阻力
船舶的阻力
• 船舶在水面上以一定的航速航行，船舶必须依靠主机 发出的功率，驱动推进器产生推力，从而克服船舶本 身所受的各种阻力。
船舶原理PPT讲义-船舶阻力试验
三、船模阻力试验的依据
1、实现全相似条件
若 FNm FNs RNm RNs
则 CTm CTs 称为全相似
下标 m: model s: ship
全相似不可能
RN
L
L gL
L gL
gL FN
Slide 8
若要 FN 和 RN 都相等，则必须有
3
3
Ls gLs Lm gLm → Ls 2 Lm 2
1. 速度以Fr表示——不同长度无量纲化有不同形式
L FNL gL
船长Fn
1
3 Fn
1 排水体积Fr（高速船，滑行状态）
g3
Slide 30
B FnB gB
H FnH gH
2. 阻力系数
Ct
Rt
1 2S
2
Ct
Rt
1
2
23
2
CT RT
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船宽Fn 水深Fn（浅水状态）
第五章 船模阻力试验
船舶阻力的定量数据，对影响阻力的船型特 点的认识，来源于试验。今天船舶计算流体力学 已经有了相当的发展，试验地位已经有所改变， 但试验认识不可缺少的，从各国重视水池的情况 可见一般。
5-1船模阻力试验目的及试验设备概述
一. 试验设备情况 投资巨大 阻力试验——拖曳水池
拖车式（大部分） 重力式
③ 现状 超级系列已经不大做了
a) 常规的已经有了 b) 经济上不合算 c) 船型发展上，主尺度→线型改进；球首尾；
双尾；双体；蝸尾等
Slide 6
2. 商业性试验和船型修改 3. CFD-Validation与计算比较。
船模试验的目的： 船型研究、确定设计船舶的阻力性能、预报实船性
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。
船舶阻力
第一章 1.什么是快速性？ 船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航速高低的一种性能。
加2.船体阻力的分类： a 、船舶周围流动现象和产生的原因来分类 R t ＝ R w + R f + R pvb 、按作用在船体表面上的流体作用力的方向来分类 R t = R f + R p C 、按流体性质分类 Rt=Rw+Rv ，其中，Rv=Rf+Rpv d.付汝德分类 Rt=Rf+Rr ，其中，Rr=Rw+Rvp 2.什么叫力学相似？ 两物系任一对应里成比例，所有涉及的力有惯性力，粘性力，重力。
3.付汝德相似的条件是什么？当两形似船的付汝德数Fr 相等时，兴波阻力系数Cw 必相等。
4.什么是比较律？ 形似船在相应速度时（或相同付汝德数Fr ），单位排水量兴波阻力必相等。
（付汝德比较定律）5.雷诺相似的条件是什么？当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数必相等。
当雷诺数相同时，不同平板的摩擦阻力系数必相等。
6.为什么说全相似不可能？ 全相似定律：水面船舶的总阻力系数是雷诺数和付汝德的函数，若能实船和船模的雷诺数和付汝德数同时相等，就称为全相似，在满足全相似的条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，称为全相似定律。
若付汝德数和雷诺数同时相等时，则船模和实船的长度以及运动粘性系数应满足实际上船模是在水池中进行试验，而海水和淡水的运动粘性系数相差不大。
可假定，则要满足全相似条件，除非即而且，这意味着实船即船模，或实船在试验池内进行试验，这显然是不现实的。
第二章 7.简述摩擦阻力产生的原因、计算方法。
原因：当水或客气流经平板表面时，由于流体的粘性作用，在平板表面附近形成界层，虽然界层厚度很小，但界层内流体速度的变化率很大。
8.减小摩擦阻力的措施。
减小摩擦阻力的方法：1、首先从船体设计本身考虑，低速船选取较大的排水体积长度系数(或较小的L/B)从减小湿面积的观点看是合理的，另外减少不必要的附体如呆木等，或尽量采用表面积较小的附体亦可减少摩擦阻力。
关于船舶阻力
船舶阻力
船舶阻力是指船舶在航行或静止时所受到的抵抗力，它对船舶运行速度和能耗有重要影响。
船舶阻力可以分为以下几种类型：
1.摩擦阻力：摩擦阻力是由于水流与船体表面摩擦产生的阻
力。
摩擦阻力与船体湿表面积、水流速度和船体表面粗糙
度等因素有关。
2.波浪阻力：波浪阻力是由于船舶行驶时所产生的波浪系统
引起的阻力。
这种阻力与船体速度、船体几何形状和波浪
特性等因素有关。
3.空气阻力：空气阻力是指船舶行驶时，船载货物、船舶部
件和船体上的空气动力学阻力。
空气阻力与风速、风向和
船舶的形状等因素有关。
4.波浪侧倾阻力：波浪侧倾阻力是由于船舶行驶时，波浪在
船体两侧产生的侧倾效应引起的阻力。
这种阻力与船体速
度、船体宽度和波浪特性等因素有关。
5.加速度阻力：加速度阻力是由于船舶改变运动状态时所产
生的阻力。
这种阻力与船舶质量、船速改变率和推进装置
性能等因素有关。
船舶阻力的准确计算对于船舶设计和运行至关重要。
船舶设计师和工程师通常采用数值模拟、实验测试和经验公式等方法来估算和优化船舶阻力，以提高船舶的运行效率和节能性。
船舶阻力-第4章附加阻力-附体阻力,空气阻力,汹涛阻力
R Rm Rm
裸体
附体
比较带有附体的船模实验和裸体船模实验所得阻
力差△Rm
Capm
1 2
Rm
m Smm2
kapm
Rm Rm
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
① 认为 Caps Capm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Rs
Capm
1 2
s Sss2
但由于附体模型小，尺度效应较大，一般应引 入一个附体尺度效应因子β。
b) 轴支架、轴，以粘压阻力为主，也因尽量采用流线型。
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
1. 实用估算方法（附体阻力）
pe1 peb (1 kap )
Peb ：裸体船所需功率 Kap：附体系数
其他可查设计手册
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
2. 应用模型实验确定附体阻力
4-3 波浪中的阻力增值
又称汹涛阻力
一. 波浪中阻力增值的主要原因
a) 摇摆、纵横垂荡、横摇、纵摇、首尾摇 主要是纵摇和升沉对阻力增值影响较大，
其次是横摇和首摇。 b) 波浪（入射波和反射波）
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
二.波浪增阻的特点
• . Raw h(波高)
• 当波浪遭遇周期与船的纵摇、垂荡周期接近 时，产生共振效应，阻力增值变大。
三.波浪中阻力增值与储备马力
➢ 设计时考虑到常遇风浪情况（与海区、航浅等 有关），增加储备马力。
波浪中阻力增值，后果有两种：
① 保持静水中同样的功率——在风浪中航速下降
s（称为失速）
② 如果仍要求达到静水中的相同航速，则必须另
船舶原理上
1. 船体阻力分类 P154（1） 按产生阻力的物理现象分：船体总阻力t R 兴波阻力w R 摩擦阻力f R 粘压阻力p v Rt w f pv R R R R =++（2） 按作用力的方向分类：摩擦阻力f R 压阻力p Rt f p R R R =+（3） 按流体性质分：兴波阻力w R 粘性阻力v Rt w v R R R =+ 式中 v f pv R R R =+（4） 傅汝德阻力分类：摩擦阻力f R 剩余阻力r Rt f r R R R =+ 式中r w pv R R R =+ 2. 摩擦阻力成因 P16122001112222x x f fC R v S b dx v bx C dx xτρτρ⎛⎫⎛⎫==⋅= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰式中 212C v ττρ⎛⎫=⎪⎝⎭为局部摩擦阻力系数；f C 为平均摩擦系数，是局部摩擦阻力C τ在整个x 长度范围内的平均值。
3. 光滑平板紊流摩擦阻力系数计算公式 P165（1） 速度为指数分布的计算方法：nuy v δ⎛⎫= ⎪⎝⎭（2） 速度为对数分布的计算方法：桑海公式 柏兰特-许立汀公式 休斯公式 （3） 我国现用ITTC 公式4. 船体表面弯曲度对摩擦阻力的影响有哪些？ P170 （1） 增大速度梯度和摩擦阻力（2） 产生漩涡5. 普遍粗糙度，又称漆面粗糙度，主要是油漆表面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平等。
P1726. 什么是污底，产生原因及防治方法。
P177污底：船舶在营运过程中，船体水下部分因长期浸泡在水中，除钢板被腐蚀外，海水中的生物，如贝类、海草等附着在船体上生长，使船体表面凹凸不平，大大增加了船体表面的粗糙度，阻力增加很大，这种现象称为污底。
污底会造成船速下降。
一方面由于污底直接增加了阻力，另一方面由于阻力增加导致推进器运转情况改变，致使螺旋桨效率下降。
防治污底的方法通常是先在船体表面敷涂两遍防锈漆，然后再涂一、二遍防污漆。
此外，污底的海船在淡水港内停泊数日候再行出海，其附着的贝类和海草的大部分因死亡而脱离。
船舶原理名词解释
船舶原理名词解释
船舶原理是指对船舶运动规律、浮力特性、船体稳性、航行阻力、推进原理等进行研究和分析的学科。
以下是相关名词的解释：
1. 浮力：物体浸入液体中所受到的上升力，是支撑物体浮起的原因。
2. 偏航力：船舶航行时由于外界作用力的不对称而产生的船头或船尾偏离航线的力。
3. 推力：船舶通过推进器产生的向前推动的力，以克服阻力并推动船体前进。
4. 阻力：船舶在航行过程中受到的阻碍前进的力，包括水阻力、风阻力和波浪阻力等。
5. 船体稳性：指船舶在不同的倾斜状态下保持平衡的能力，主要涉及到艏倾、舯倾和舷倾稳性。
6. 码头效应：船舶在靠近码头或岸边航行时，受到由水流、风力和船舶本身推动引起的特殊影响，如水的流动与反射、涡流等。
7. 空腹航行：船舶未完全装载货物或燃料进行航行，船体浮起部分未被充分利用，造成船舶效能降低。
8. 液压力：液体在容器内均匀受力的压力，船舶中的液压系统可用于控制舵机、推进器等船舶设备的运转。
9. 平稳性：指船舶在航行中保持相对平稳的状态，防止因外界力的作用而产生晃动或滚动。
10. 船尾探伤：通过超声波等手段对船舶船尾进行检测和查漏修补，以确保船舶航行的安全性。
船舶原理_邹早建_船舶阻力习题集_decrypted
船舶阻力习题集1．某万吨船的船长L wL =167m ，排水量∆=25000吨，航速Vs=16节，如船模的缩尺比α=33，试求船模的长度、排水量及其相应速度。
2．设有五艘尺度、船型、航速各不相同的船舶如下表： 船 类船长（米） 航速（海里/小时） 货 船120 12 客 货 船160 23 高速客船85 23 鱼 雷 艇26 32 拖 轮46 12（单放） 7（拖带）试分别计算它们的傅汝德数F n 和速长比L v，并判断它们各属何种速度范围。
3．船排水量为55英吨，当航速为8节时的阻力为18740磅，求此时船工之有效功率EHP 为多少英制马力；多少公制马力。
4．拖带某船，当速度为4.5米/秒时，水平拖索的张力为3250公斤，此拖索方向与该船中纵剖面方向一致，试求在此速度下该船的有效功率（以马力计）。
5．已知某船的主要要素为L WL =70米，B=11.2米，T=2.1米，方形系数δ=0.68，每厘米吃水吨数为吨/厘米，船模缩尺比为α=30，求船模的排水量。
如果船模在无压载在淡水中的吃水T m =0.06米，则应加多少压载重量？6．某海船的排水量为4000吨，航速为12节，试求排水量为6000吨的相似船的相当速度，分别以节，公里/小时，呎/秒，表示。
7．某海船的船长L WL =167米，排水量Δ=25000吨，航速V=16节，与之相似的船模长度为5.00米。
试求船模排水量（在淡水中，以公斤计）及试验时的相当速度（以米/秒计）。
8．某海船L wL =100m ，B=14m, T=5m, 排水体积∇=4200m 3, 航速V=17节。
今以缩尺比α=25的船模在相应速度下测得兴波阻力1公斤，试求当缩尺比为α=35时在相应速度下的兴波阻力。
9．船模试验时，测得船模速度为Vm=1.10m/s 时，剩余阻力系数Cr=1.36×10-3, 模型缩尺比为α=40，实船湿面积S=800m 2, 试求实船剩余阻力。
第七章 船舶阻力9.30
第七章 船舶阻力船舶快速性:船舶消耗较小功率，维持一定航行速度的性能。
由船舶阻力和船舶推进两部分组成。
第一节 船舶阻力的分类及成因船舶阻力构成：空气阻力仅占其总阻力的2％～4％一、船体阻力的分类及成因1.按产生阻力的物理性质分类t w f pv R R R R =++船体总阻力=兴波阻力+摩擦阻力+粘压阻力(漩涡阻力)1）兴波阻力的成因：根据伯努利方程，当水流流经船体时，随着船长方向流速的变化，水面高度也会起变化。
在船舶首尾两端的速度最低处，产生水位上升，而在船体中部速度最高区域内，产生水位下降，这就是形成船波的原因。
伯努利方程：g u g p Z g u g p Z 2//2//22222111++=++ρρ首横波自首柱后一波峰开始，尾横波自尾柱前一波谷开始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。
这种由兴波引起压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力。
从能量观点来解释。
船行波必具有一定能量，这个能量只能由船舶克服流体阻力作功而转化出来，波浪的存在正说明了兴波阻力的存在。
2）摩擦阻力的成因：由于流体的粘性，水质点沿着船体表面运动，构成了阻碍船舶运动的力。
3）粘压阻力的成因：理想流体（无黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化水质点远处为V =V 0，接近A 点V 逐渐变小，到达A 点V =0，过A 点分流向后V 逐渐增大，到达C 点，V 达到最大值V 理，过C 点V 逐渐变小，到达B点V =0支流汇合，离开B 点V 逐渐增大恢复为V 0。
压力分布如曲线I.作用在前后体上的合力相等，阻力为零。
实际流体（有黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化由于黏性形成边界层（流速受到影响的水层）。
当水质点到达C 点，V 达到最大值V 实＜V 理，由于动能较小，到达D 点V =0,过D 点在压力差的作用下水质点回流，形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。
旋涡的产生使船尾部压力降低，从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化，即加大了船首尾压力差（压力分布如曲线Ⅲ）产生了阻力。
第七章 船舶阻力9.30
第七章 船舶阻力船舶快速性:船舶消耗较小功率，维持一定航行速度的性能。
由船舶阻力和船舶推进两部分组成。
第一节 船舶阻力的分类及成因船舶阻力构成：空气阻力仅占其总阻力的2％～4％一、船体阻力的分类及成因1.按产生阻力的物理性质分类t w f pv R R R R =++船体总阻力=兴波阻力+摩擦阻力+粘压阻力(漩涡阻力)1）兴波阻力的成因：根据伯努利方程，当水流流经船体时，随着船长方向流速的变化，水面高度也会起变化。
在船舶首尾两端的速度最低处，产生水位上升，而在船体中部速度最高区域内，产生水位下降，这就是形成船波的原因。
伯努利方程：g u g p Z g u g p Z 2//2//22222111++=++ρρ首横波自首柱后一波峰开始，尾横波自尾柱前一波谷开始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。
这种由兴波引起压力分布的改变所产生的阻力称为兴波阻力。
从能量观点来解释。
船行波必具有一定能量，这个能量只能由船舶克服流体阻力作功而转化出来，波浪的存在正说明了兴波阻力的存在。
2）摩擦阻力的成因：由于流体的粘性，水质点沿着船体表面运动，构成了阻碍船舶运动的力。
3）粘压阻力的成因：理想流体（无黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化水质点远处为V =V 0，接近A 点V 逐渐变小，到达A 点V =0，过A 点分流向后V 逐渐增大，到达C 点，V 达到最大值V 理，过C 点V 逐渐变小，到达B点V =0支流汇合，离开B 点V 逐渐增大恢复为V 0。
压力分布如曲线I.作用在前后体上的合力相等，阻力为零。
实际流体（有黏性）x 轴方向上来流的速度、压力变化由于黏性形成边界层（流速受到影响的水层）。
当水质点到达C 点，V 达到最大值V 实＜V 理，由于动能较小，到达D 点V =0,过D 点在压力差的作用下水质点回流，形成许多不稳定的旋涡并与水流一起被冲向船后方。
旋涡的产生使船尾部压力降低，从而使船体沿船长方向的压力分布发生变化，即加大了船首尾压力差（压力分布如曲线Ⅲ）产生了阻力。
船舶阻力-第2章
量阶分析 χ = o(1)
结果以二维为例
∂ 2u （1 ） γ ∂y 2
u = O (1)
y = o(δ )
∂ 2u 项保留， 项保留，γ ∂x 2
顺流） 顺流）忽略
∂p （ 1 ，层流） 层流） （2）沿边界层法向 ≈O R ex ∂y
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
层内的流动状态取决于局部雷诺数 Rex = 层流 过渡区 湍流
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
平板表面上流速为零， 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， 增至时， 距离y增加，流速也增大，当y增至时，起处流 速达到来流的速度。以内为边界层， 速达到来流的速度。以内为边界层，粘性对流 体的影响只有在这里面， 体的影响只有在这里面，边界层外端可以为是 理想势流。边界层理论的重要意义在于， 理想势流。边界层理论的重要意义在于，它将 流体划分为截然不同的两个部分， 流体划分为截然不同的两个部分，并加以分别 处理。 处理。
上海交通大学2006-2007学年第2 上海交通大学2006-2007学年第2学期 2006 学年第
船舶原理（阻力） 船舶原理（阻力）
张怀新 教授
2007年4月20日
第二章 粘性阻力
由于船体形状比较复杂， 由于船体形状比较复杂，目前利用理论方 法已经得到了很大的发展。 法已经得到了很大的发展。已经能用边界层理 论或直接求解雷诺方程的方法， 论或直接求解雷诺方程的方法，对粘性阻力进 行估算。但计算比较复杂， 行估算。但计算比较复杂，在实际设计和工程 中还往往将摩擦阻力与粘压阻力分开处理， 中还往往将摩擦阻力与粘压阻力分开处理，摩 擦阻力使用Froude假定的相当平板假定。 假定的相当平板假定。 擦阻力使用 假定的相当平板假定
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
船舶阻力-第8章
υi = υ∞ − ∆C
υ h = υ i − ∆υ
对于摩擦阻力，由于回流速度△ 增大， ② 对于摩擦阻力，由于回流速度△V增大，
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
确定△ 2. 确定△C和△V ① △C可用前面公式求 ②
∆υ
Am ∆υ与 有关 h
许立汀给出了
υh
υi
与
Am h
1 ∴∆C = υ∞ 1 − th 2 Frh
航速=波数
υ∞ : 深水中航速
水深Froude数 水深Froude数 Frh = Froude
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υs
gh
=
gλ 2π = λ 2π h gh
上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
① 若同一船在深水中和浅水中产生同样波长的兴 浅水中波速下降， 兴波阻力↓ 波，浅水中波速下降，∴兴波阻力 若浅水中和深水中波速相同（ ② 若浅水中和深水中波速相同（即要求深水与浅 水中航速相同） 水中航速相同）
Ch = gλ 2π h 2π h ⋅ th = C ⋅ th 2π λ λ
无限水深波速
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
（浅水中）波速损失 浅水中）
∆C = C − Ch gλ gλ 2π h = − ⋅ th 2π 2π λ
= gλ 2π 2π h 1 − th λ
Ch =
=
g λh 2π h th 2π λ
g λ λh 2π h th 2π λ λ
λh ∴ >1 λ Rw ∝ λ
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∴ λh > λ
∴兴波阻力↑ 兴波阻力
船舶阻力——精选推荐
船舶阻⼒1.船舶受⼒：1地球引⼒2浮⼒3流体动⼒4推进器推⼒2.船舶阻⼒：船舶受到流体作⽤在船舶运动相反⽅向上的⼒3.船舶阻⼒+传播推进=快速性船舶快速性：尽可能消耗较少的主机功率以维持⼀定航速的能⼒4.船舶性能：稳性、浮性、抗沉性、快速性、操纵性、耐波性5.船舶阻⼒曲线：船舶阻⼒随航速变化的曲线6.1海⾥/时（节）=1.852公⾥/时=0.5144m/s1⽶/秒=3.6km/h=1.942节雷诺数：Re=u L/V 长度弗劳德数：体积弗劳德数：gL UFr =⽔深弗劳德数：31.?=?g U Fr hg U Fr h .=7.船舶航态：1排⽔航⾏状态Fr<1.02过渡状态1.03.08.排⽔型船舶：低速船（Fr<0.2）中速（0.20.3)9.随体坐标系：固接于船体上的坐标系10.航道：1深⽔航道2限制航道（a 浅⽔航道⽔深b 狭窄航道⽔深宽度）11.船舶阻⼒：1⽔阻⼒（a 静⽔阻⼒b 汹涛阻⼒）2空⽓阻⼒12.船体阻⼒R t ：1摩擦阻⼒R f 2剩余阻⼒R r （a 粘压阻⼒F pv b 兴波阻⼒F w ）13.湿表⾯积：船舶处于正浮状态时⽔线以下裸船体与⽔接触处表⾯积14.船体周围流场：主流区、边界层、边界层和由于边界层分离产⽣的漩涡区15.1摩擦阻⼒：船舶表⾯的剪切应⼒在船舶运动⽅向上的投影沿船体表⾯积分所得合⼒（能量观点）：就某⼀封闭区，当船在静⽔中航⾏，由于粘性作⽤会带动⼀部分⽔运动（边界层），为携带它运动，船体不断提供能量给⽔，产⽣摩擦阻⼒。
2粘压阻⼒（形状阻⼒或漩涡阻⼒）：由于粘性作⽤，船体前后压⼒不对称产⽣压⼒差即为粘压阻⼒（能量观点）：船尾部形成漩涡要消耗能量，⼀部分能量被冲向船后⽅的同时，在船艉部⼜持续不断的产⽣漩涡，船体不断为流体提供能量，这部分能量消耗就是粘压阻⼒表现形式3兴波阻⼒：由于船体兴波导致船体压⼒前后分布不对称⽽产⽣的与船体运动⽅向相反的压⼒差，成为兴波阻⼒16.形状效应：船体表⾯弯曲影响使其摩擦阻⼒与相当平板计算所得结果的差别17.相当平板理论：假设具有相同长度，相同运动速度和湿表⾯积的船体和平板的摩擦⼒相同18.污底：海洋中的⽣物附着在船体表⾯，增加船体表⾯的粗糙度，使阻⼒增加很⼤19.船体表⾯粗糙度：1普通粗糙度：油漆⾯粗糙度，壳板平⾯2局部粗糙度：结构粗糙度20.减⼩摩擦阻⼒的⽅法：1减⼩湿表⾯积。
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拖曳水池
Froude(傅汝德） 1871年 2783610英尺
上海交大
11063 米
708所
7552.5 米
702所
474147 米
试验性质
• 校核试验 • 变参数试验 • 系列试验
试验种类
• 阻力试验 （无螺旋桨） • 自航试验
Slide 9
实船试验
鉴定船舶的各种性能是否达到设计要求，并 同船模试验比较，分析尺度效应的影响，验证船 模试验结果的准确性。但是由于经济原因和测试 的困难，除新船试验外很少进行。
2
mm
Sm
Frm Frs m s
Lm Ls
Crs
1 2
s s 2
SsLm Ls
Sm
Crs
s m
Lm Ls
Sm Ss
m s
Crm
Crs Crm
Crs Crm Ctm C fm
实验测定 平板公式
Cts Cfs Ctm Cfm
Froude假定的问题点 ①忽略相互干涉
Slide 10
理论分析
应用流体力学的理论，建立解决问题的基本 数学模型，对一些复杂问题减化为简单的情况， 抓出问题的本质，给出一些指导性的定性结果。
Slide 11
CFD(Computational Fluid Dynamics) 数值模拟
利用计算机，根据数学模型，采用数值方法，模 拟船体航行时的流场，阻力性能等，与模型试验进行 比较，预报船舶航行性能。
Slide 6
研究方法
试验方法
• 模型试验 • 实船试验
理论计算分析
• 理论分析 物理概念 简单分析 • 计算分析 CFD （Computational
Fliud Dynamics） 数值模拟
Slide 7
模型试验
长期以来船模试验是研究船舶阻力的主要 手段。至今，凡重要船舶设计、新船型的采用 都必须进行。
2
定律
Cw
Rw
1 2S
1 (
Fr2
)
f (Fr )
2
＊即 Fr 相等时，实船与船模的兴波阻力系数相等。
Slide 29
形似船：几何形状相似（如实船与船模）
当傅汝德数相等，则
vm vs gLm gLs
相应速度（模型） vm
vs
vs
Ls / Lm
这里 Ls / Lm 为实船与船模之间的缩尺比
其中
R
为相当平板的摩擦阻力
fp
相当平板：船长与湿表面积相等的平板
近似认为： R f R fp 则 Rr Rpv Rw
Slide 18
阻力成分的比例
低速船
摩擦阻力70%~80%，粘压阻力10%以上 兴波阻力很小
高速船
兴波阻力40%~50%，摩擦阻力50% 粘压阻力5%
Rt ~ 1.83 Rp ~ 2 Rw ~ 4~6
• P 功率 单位 kW（千瓦）1W=1J/s（焦耳/秒） = 1 N m / s（牛• 米/ 秒）
1HP（马力）=75 kgf m / s =75 9.80665W
=0.7355kW
Slide 22
1-3 阻力相似定律
模型 实船
因为尺寸不同，所以要寻找无量纲的数学表达式。
Slide 23
Slide 15
按物理现象分类
Rt s cos( , x)ds s p cos( p, x)ds
Rf （摩擦阻力） RP（压阻力）
其中 S 为湿表面，cos( , x)为 与 x 夹角的余弦 cos( p, x)为 p与 x 夹角的余弦
Rf（摩擦阻力）R（pv 粘压阻力）RW（兴波阻力）
Slide 16
用于克服船体阻力所需功率称为有效功率。
Slide 21
阻力的因素：速度 船型 介质水运动粘性系数
• R 阻力 单位 N（牛）= kg m / s 2 KN= t m / s2
kgf=9.80665N
• 航速s单位 m/s
• V 节 1kn（节）=1mile/h（海里/小时） =1852/h=0.5144m/s
Slide 30
按照傅汝德定律，实船与船模船型相似， Fr 相 等时，其兴波阻力系数相等，则
Rws
Rwm
1 2
svs 2S
s
1 2
m vm 2 S m
因为 Ss / Sm 2
vs2 / vm2 ，
则
Rws
Rwm
s m
3
Rwm
s m
s m
Rwm
s m
或 Rws Rwm 即Froude比较律。
Ship Design
船舶原理
结构力学
市场、经济
材料工艺
设备
法规
静力学
动力学
浮性、抗沉性
稳性
快速性
运动性
船舶阻力 船舶推进
操纵性
耐波性
船型 功率
Slide 3
• 快速性：指在给定主机功率时，船舶航行速 度快慢的一种性能。它包括：
船舶阻力：研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问 题。
船舶推进：克服阻力的推进器（常用螺旋桨）及船体相 互干扰与匹配问题。
解决问题的有效途径
以理论分析为基础，把数值模拟和模型试验相结 合，提高计算预报的精度和使用范围，总结出一些对 船舶设计的指导意见。
Slide 12
1-2 船舶阻力的成因及分类
Slide 13
从作用力的方向分类
Slide 14
船体受力分析
Rf s cos( , x)ds
Rp s p cos( p, x)ds
傅汝德阻力分类
Rt
R
（摩擦阻力）
fp
Rr（剩余阻力）
其中
R
为相当平板的摩擦阻力
fp
相当平板：船长与湿表面积相等的平板
近似认为： R f R fp 则 Rr Rpv Rw
Slide 39
2．船体摩擦阻力近似于等长、等面积 平板的摩擦阻力
即 Cfs Re 可从平板公式求得（湍流平板的摩擦阻力）
阻力中所占比重较小，且粘压阻力系数与 Re 关系不大，
即近似为常数，因此并入剩余阻力系数应用比较定律也不 致有明显误差。
Slide 43
船舶原理（阻力）
船舶阻力(ship Resistance)
船舶阻力对于船舶和海洋工程系的学生来 说是一门很重要的专业课。本课程着重介绍船 舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力 的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以 及减少阻力的途径等问题。
Slide 2
第一章 总论
1-1 船舶快速性及其在船舶设计中的地位
Slide 34
若要 Fr 和 Re 都相等，则必须有
3
3
Ls gLs Lm gLm
s
m
→
Ls 2 Lm 2
s m
3
→
Ls Lm
2
s m
淡水 m 1.139 10 6
海水 s 1.188 10 6
导致 Ls Lm ！
Slide 35
部分相似
1． Res Rem , Frs Frm
Rt R Fr , Re Rw Fr , Re R Re Rw Fr Rw Fr , Re Rw Re , Fr
Slide 42
②粘压与兴波放在一起，并符合比较律
③平板摩擦力：实际船体是三维的
Froude假定虽有欠妥当之处，但尚能 比较准确地满足 实际工程上的需要，其原因在于：①非常简单，可通过模 型实验求得实船的阻力；②粘压阻力 Rpv 一般情况下在总
1．一拆二个独立分量 全阻力分为两个部分：
① 摩擦阻力Rf 只与Re有关
②
剩余阻力Rr
Rw
兴波
Rpv
粘压
只与Fr
有关，并满足比较律
Rt Rf Rr f Re , Fr Froude假定f1 Re f2 Fr
Rw Rpv
其中 Rf f1 Re , Rr f2 Fr
Slide 38
1 2 2
2
Ct
1
Rt
2 S
( 2,3)
( 1 Re
,
1 Fr 2
)
2
Ct f (Re , Fr )
Slide 33
结论：对几何相似的实船与船模
包括流场 若
Frm Frs
Rem Res
则 Ctm Cts 称为全相似
下标 m: model s: ship
全相似不可能
Re
L
L gL L gL gL Fr
根据以上Froude假定，可从船模实验求得实船阻力
Rts R fs Rrs
上式写成无量纲形式
即两边除以
1 2
2
S
s
Cts C fs Crs
C fs可从湍流平板公式求得，Crs可从比较律求得
Slide 40
Slide 41
比较律
Rrs
s m
Rrm
Crs
1 2
s s 2 S s
s m
Crm
1 2
Rv L2 2
Slide 25
同样 L
1
Rv
L2 2
2
L
1
L
1 Re
Re : 雷诺数
Slide 26
S:湿表面积 和 L2的量纲相同
动压力 1 2 代替 2
2
可得
粘性阻力系数
Cv
1
Rv
2 S
2
根据 定律 1 ( 2 )
Slide 27
Cv
1
Rv
2S
( 1 ) Re
s
m